3D打印的前景可能超出你的想象

2022-08-20 133

随着社会的发展总是有一些新的技术出现在我们生活中,并且扮演着越来越重要的角色,今天我们要讲的3D打印就是这样的技术。3D打印出现也就几十年的时间,但是它的发展却是肉眼可见的,可能许多人提到3D脑海中第一涌现多的就是在电影院看的3D电影,那的确也是3D技术的一种运用,但是今天讲的是3D打印,一个在我们生活中运用更广泛也对我们生活改变最大的一种技术。

3D现在被广泛的运用于制造、医疗、教育、航空航天、军事等多个领域。3D打印技术自上世纪80年代诞生以来,在很长一段发展时期内都被认为是一种快速原型技术,但是在过去的五到十年里,3D打印技术的应用领域已经超越了用于原型的制造而是逐步向中小批量生产制造方向演化,成为一种增材制造技术。简而言之,3D打印赋能产品性能提升,将重塑万亿制造业市场的竞争格局。3D打印正在以附加值创造的方式与传统制造业深度结合,如果你是制造业中的一员,你不能选择忽略这种技术,因为这种技术不是噱头,增材制造不仅仅是一种制造工艺,最核心的是这种工艺的影响力,这种工艺创造的是产品的整个生命周期效益的提升,并重塑企业的竞争力。

奥巴马在2011年底和2012年4月,两次在公开演讲会上大力提倡快速成型和快速制造技术,把人工智能、3D 打印、机器人视为重振美国制造业的三个重要支柱,认为可以凭借这几项技术,使制造业“重归美国”。随后美国的3D 打印产业得到政府扶持。美国国防部、能源部和商务部等5 家政府部门将共同出资4500 万美元,由俄亥俄州、宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州的企业、学校和非营利性组织组成的联合团体将出资4,000 万美元,在俄亥俄州建立了一所由政府部门和私营部门共同出资的制造业创新研究所——美国国家增材制造创新学会(National Additive Manufacturing Innovation Institute),研发3D 打印技术。

毋庸置疑的是,3D打印本身就是一个大的生态圈体系,3D打印推动分布式制造的发展是设备硬件、设计软件、打印材料、后处理、质量控制技术共同发展的结果。由这些企业所构成的3D打印上下游生态系统,将在未来几年持续发生变化,随着新的公司持续进入3D打印领域,3D打印企业不断推出新的技术、建立新的合作伙伴关系,未来我们将会更加清晰的看到3D打印进一步向生产制造方向演化的趋势

概述

1、3D打印的特点

(1)、无需机械加工或模具,直接从计算机中生成零件;

(2)、可以制造出传统生产技术无法制造出的外形;

(3)、在具有良好设计概念和设计过程的情况下,该技术还可以简化生产制造过程。

2、3D打印的优点:

(1)、制造形状复杂的物品成本不增加。本质上是一种在计算机上运用数字模型而进行的打印,通过它制造一个形状复杂的物品,并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。

(2)、一台3D打印机可以打印许多形状,它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品。由于采取的是分层制造,甚至还可以打印我们需要的整件,而不是传统的制造整件只能通过零部件加工,最后在进行组装。

(3)、创新了生产模式。由于是采取的计算机控制的数字模型打印,压根就没有多余的材料浪费,打印出来就是我们需要的产品了;其次,3D打印可以实现空间的最大化的利用,相较于传统的模式它是不需要机床,数控的器具的;最后,它是快速成型的,从一张设计图到产品往往只需要数个小时的时间,相较于传统的模式快得不是一星半点。

发展的前景

、政策的支持

3D打印将成为未来产业发展的新增长点,该行业属于国家战略新兴产业的重点的支持对象。在《十三五国家战略新兴产业发展计划》中就明确的指出,要打造增材制造,该产业链的发展是促进高端装备与新材料产业发展突破、引领中国制造新跨越的重要举措。3D打印作为一种新兴的“去模具、减废料、降库存”等特点,已经逐渐成为当前制造方式的重要补充。就从世界上的国家来看,许多发达的国家也都出台了许多相关政策支持该技术的发展。

、市场规模巨大,并且正在快速扩大之中

作为整个3D打印产业来说,有两个部分是最受国家重视,同时也是最吸引产业发展的一是3D数字化,二是3D打印。就数字化市场来说,规模实现了平稳的增长。在2014到2017年之间全球的3D数字化规模从28亿美元到37亿美元,CARA为7.64%,预计到2023年整个全球的市场要达到59亿美元。再从中国3D数字化来看,中国作为整个亚太区最大的市场,在2014年到2017年就已经从22.6亿人民币到33.8亿元人民币,CAGR更是达到10%以上,预计到2023年的时候要达到66亿元人民币。

再从3D打印来看,在该领域中国已经逐渐成为世界举足轻重的组成部分,美国依旧是该行业的霸主。3D打印机的数量也在不断的上升之中,在1998年刚产生是只有几十台,到2022年专业级的打印机已经有近3万台,全世界拥有超百万台,增速迅猛。

、应用广泛

《Wohlers Report 2021》问卷调查显示,2020年工业中使用3D打印最多的行业是汽车工业,遥遥领先,占比为16.4%。消费领域/电子领域和航空航天则紧随其后,分别为15.4%和14.7%。图中标注为其他的领域是指栏目中没有列出的较宽范围的其他工业领域,如矿物加工、化工、水处理、木材/纸张以及其他目前还没能单独列出的行业

、产业现在还处于成长期

依托行业不同生命阶段关键因素的发展特征对行业的成熟度进行综合判定和分析,目前全球3D打印行业处在行业成长中期。3D打印起源于19世纪末的美国,由美国研究的照相雕塑和地貌成型技术开创了的3D打印核心思想,1986年,世界上第一家生产3D打印设备的公司3D Systems成立,自此,美国开始涌现出多家3D打印公司。


产业链分析

3D打印产业链的上游为原材料及基础配件,原材料分为金属专用材料及非金属专用材料两大类,是基础配件及3D打印耗材的原材料。基础配件包括核心零部件(主板、振镜系统、芯片、电子束枪、激光器、DLP光引擎等)和辅助运行系统(三维扫描仪、三维建模软件、打印控制软件及切片软件等);

中游为3D打印耗材(金属粉末、光敏树脂、工程塑料、陶瓷材料、生物材料等)及3D打印设备的研发制造;

下游为3D打印服务及应用,3D打印主要应用场景于航空航天、模具铸造、生物医疗、汽车、军工等领域。

、上游分析

3D打印原材料包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、陶瓷材料、金属材料

在材料分类上,主要分为金属和非金属类材料。其中金属类材料包括钛合金、铝合金和不锈钢等,基本依赖进口,成本高昂。2019年,国内3D打印材料市场规模为41亿元,同比增长26%,其中金属类材料占比约4成,对应市场规模约16亿元

中游分析

就中游来说主要是指3D打印机,从1988年开始第一台打印机诞生,到现在已经拥有超百万台打印机,每年的CARA都超过20%。

下游分析

3D打印主要应用于航空航天、医疗、汽车等领域,以制造业和医疗领域应用最为广泛

在医疗上:

3D打印最令人鼓舞的应用是在医疗行业,3D打印具有挽救生命或大幅改善医疗的潜能。可利用3D打印技术使用金属、塑料等非活体组织材料定制化假肢、牙科、骨科植入物、助听器外壳等医疗器械。当然这些都只是3D技术最简答的运用是初阶的东西,我们可以大胆的想象,未来考3D打印技术我们可以打印血管,甚至可以打印我们身体上的一些器官,可以说这不仅是对我们生活方式的一种改变,更多是帮助了我们可以更好应对生活中的一些疾病。

在航空航天、军事上

因为3D打印有着精度高、时间快等特点,也被广泛的运用于航天领域。例如波音公司已经使用3D打印机为其新型787飞机生产环境控制管道(ECD)。通过3D打印,可以将ECD作为一体,不需要组装;并且由于3D打印件的重量减少,节省燃料

当然 ,3D打印还被广泛的运用于制造业,像汽车制造;武器装备,像坦克制造;在我们的服装行业、食品行业、教育行业等都可以看到它的身影,相信随着技术的进步我们把3D打印技术运用到我们生活中的各行各业之中去。


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