揭秘3D打印產(chǎn)業(yè)難以擴張的幾大“內(nèi)幕”
發(fā)布日期:2022-12-22
| 也稱為“增材制造”，它是新興的一種快速成型技術(shù)。與傳統(tǒng)的減材制造工藝不同，3D打印是以數(shù)據(jù)設(shè)計文件為基礎(chǔ)，將材料逐層沉積或黏合以構(gòu)造成三維物體的技術(shù)。現(xiàn)代意義上的3D打印技術(shù)于20世紀80年代中期誕生于美國。以3DSystems和DTM公司為代表的一批美國中小科技公司在20世紀80年代末-90年代初相繼研發(fā)出立體光固成型(SLA)、選擇性激光燒結(jié)(SLS)和熔絲沉積造型(FDM)等主流技術(shù)路線，經(jīng)過20多年的沉淀和不斷完善已經(jīng)日臻成熟。
3D打印與傳統(tǒng)制造業(yè)的最大區(qū)別在于產(chǎn)品成型的過程上。在傳統(tǒng)的制造業(yè)，整個制造流程一般需要經(jīng)過開模具、鑄造或鍛造、切割、部件組裝等過程成型。3D打印則免去了復(fù)雜的過程，無需模具，一次成型。因此，3D打印可以克服一些傳統(tǒng)制造上無法達成的設(shè)計，制作出更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
規(guī)�；a(chǎn)的條件尚不具備，而且本質(zhì)是單體機，是現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈的一種方式，而不是一個制造能力總成體系(比如星際里面的主機)。
事實上，在二三十年前，3D打印技術(shù)就已經(jīng)能用樹脂或膠等材料制作產(chǎn)品。近幾年，由于3D打印可處理的材料范圍擴大到了(激光燒結(jié)技術(shù))，而且成功地將幾十年前就有的工藝技術(shù)重新組合利用，例如結(jié)合信息技術(shù)，使用激光和電子束進行表面工程和增材制造。而目前而言的發(fā)展，是由于激光和電子槍等關(guān)鍵元器件品質(zhì)不斷提高。
而現(xiàn)在3D打印被炒熱很多是因為民用領(lǐng)域的流行，比如Stratasys在到處銷售的，讓人吐槽連連的FDM機。而在工業(yè)制成上，3D打印機的主要應(yīng)用在兩個，
一、某些結(jié)構(gòu)復(fù)雜化的零件或者制成品
主要是對于精度要求和工藝細節(jié)要求很高的制成品，包括小型零件和大型構(gòu)件。也就是說，大部分3D打印技術(shù)可以突破結(jié)構(gòu)幾何約束。并且因此，在某些結(jié)構(gòu)的大型構(gòu)件的加工上，不僅工藝難度相對于傳統(tǒng)下降，而且成本還降低。
比如所謂的LaserAdditiveManufacturing，傳統(tǒng)上，在F-22的機身隔框就是由鈦合金鍛件加工而成而LAM由于采用疊加技術(shù)，它節(jié)約了90%十分昂貴的原材料，加之不需要制造專用的模具，原本相當于材料成本12倍的加工費用現(xiàn)在只需要原來的10%。加工1噸重量的鈦合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，粗略估計，傳統(tǒng)工藝的成本大約是2500萬元，而LAM的成本僅比傳統(tǒng)工藝要降低很多。
包括我朝也有這樣的例子，王華明團隊的在“大飛機計劃中”，大型客機C919機頭工程樣機的鈦合金主風擋整體窗框，就是用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的，只花了55天，零件本錢不敷20萬美元。
二、某些行業(yè)的應(yīng)急制品或者快速制成品
最簡單的是軍用上，給予機械維修團隊，就地加工一些制成品來保證緊急狀況下的機械維護，在大部分情況下，陸戰(zhàn)坦克，裝甲車在受到損害后，超過一定比例，就因為成本原因，直接廢棄掉了。3D打印可以解決這些問題，當然給予行軍途中，在后勤緊張的時候，快速制成一些用品更不用說了。
舉些例子，比如醫(yī)用領(lǐng)域最著名的就是通過3D打印，打印高精度的模型，來輔助治療。比如，StratasysSolidoodle2可以用來打印病人的體內(nèi)器官或者組織模型，輔助制定精確的手術(shù)方案。
而無需與生物組織相容的外部肢體，醫(yī)用3D打印可以進行深度定制。體外醫(yī)療器械包括醫(yī)療模型、醫(yī)療器械——如假肢、助聽器、齒科手術(shù)模板等。根據(jù)美國組織AmputeeCoalition的統(tǒng)計，目前美國正有約200萬人使用3D打印假肢。
而更高端一點，比如還完全不成熟的細胞打印，Organovo公司宣稱用3D打印機完整打印一個有正常生命機能的肝臟，為肝臟移植患者提供幫助。公司先通過獨特的細胞3D打印技術(shù)，在細胞培養(yǎng)基座中打印出肝臟所需的細胞組織，然后再在培養(yǎng)皿中進行培養(yǎng)，并生成正常形狀和機能的肝臟，然后便可以移植到人體中，進行身體解毒和排毒等正常代謝功能。不過，該肝臟的生命周期只有40天左右。
而航天上的應(yīng)用，主要集中在NASA的項目上，NASA主要在冷卻、包裝和屏蔽電子的物體上使用3D打印技術(shù)。例如，航天器的電池盒是使用熱塑性聚醚(PKK)3D打印的。
而無法規(guī)模化的原因在于：
1、生產(chǎn)模式的效率問題
單體的一體化成型的效率，肯定是比不上“行業(yè)內(nèi)分級零件加工組裝”的效率的，因為后者是在調(diào)動整個制造業(yè)體系的產(chǎn)能，半成品加工和分級加工可以把工序效率做到幾乎最高，相當于整個業(yè)界就形成了一個流水線。而單體的一體化成型，工作流程是完全固定的，無法形成此類產(chǎn)業(yè)效應(yīng)，且目前的3D打印機體無法承受長時間，高強度的負荷。且單體機做生產(chǎn)，維護費用和難度是遠遠高出傳統(tǒng)工藝把產(chǎn)業(yè)鏈平攤開的做法。
2、材料問題
首先，材料應(yīng)用導(dǎo)致的工藝問題。
因為需要預(yù)先制成專用的金屬粉末;打印出的金屬制品致密度低，最高能達到鑄造件致密度的98%，某些情況下低于鍛造件的力學(xué)性能，當然在某些構(gòu)件，比如大型鈦合金構(gòu)件上(比如比較熱的航空行業(yè))，是完全能夠滿足力學(xué)性能的，但總體狀況，值得商榷;某些打印制品表面質(zhì)量差，精度2-10μm，需要打磨加工等后處理;3D打印具有復(fù)雜曲面的零部件時，支撐材料難以去除。
其次，材料的適用范圍的問題。
目前，工業(yè)領(lǐng)域能用的就適用的金屬材料只有10余種，鋁硅合金、鈦合金、鎳合金和不銹鋼比較成熟。新一點的東西的話，有3DXNanoESD碳納米管燈絲，3DXNano是基于CNT(碳納米管)的技術(shù)，可用于打印一些關(guān)鍵零件如在汽車，電子/電氣，工業(yè)，以及需要靜電放電(ESD)保護和清潔高水平市場。該材料是由100%的純ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)樹脂和多壁碳納米管的制造。
3、成本問題
當然這個成本主要是剛才提到的如果長期，高負荷運轉(zhuǎn)的單體機的維護成本，導(dǎo)致規(guī)�；a(chǎn)的成本過高。還有就是材料——零件類型的深度定制化的模式，實際上不是一個成本低，而且市場廣闊的生產(chǎn)模式。
不過，個人覺得首要問題，是目前3D打印行業(yè)，要精準定位下旗下產(chǎn)品的市場類型和受眾，行業(yè)內(nèi)將市場推廣開來，可能是需要馬上解決的事情。3D技術(shù)在好幾年前很就有很多的手辦公司開始接觸了，最先使用到的應(yīng)該就是鋼普拉了，然后手辦公司也開始漸漸的使用到了這個技術(shù)，比如一些武器道具類的，武器道具雖然也可以直接用手工制作，但是在精度和對稱度上遠遠比不上3D打印的。
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