3D打印如何實現(xiàn)5500億美元經(jīng)濟效益互聯(lián)網(wǎng)3D打印云平臺
時間：2016-01-10 00:14 來源：在e鍵打印 作者：中國3D打印網(wǎng) 閱讀：次
新年伊始，3D打印行業(yè)未來發(fā)展又會有怎樣的發(fā)展呢？面對2015年麥卡錫報告預估的增材制造2020年可達到5500億美元的效益，未來3D打印應(yīng)該怎樣實現(xiàn)這一目標呢？為此，特整理為國務(wù)院講述3D打印知識的盧秉恒院士的見解，為大家指點迷津。
一、增材制造(3D打印)簡介
3D打印是一個顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)。
從制造方式來說，鑄、鍛、焊在制造過程中重量基本不變，屬于等材制造，已經(jīng)有3000年歷史了。
車銑刨磨機床通過材料的切削去除，達到設(shè)計形狀，稱為減材制造，已有300年的歷史。
增材制造中材料一點一點地累加，形成需要的形狀。發(fā)明于1984年，才30年的歷史。
當前3D打印幾種主流技術(shù)有：
SLA(光固化技術(shù))利用激光掃描，使液態(tài)光敏樹脂固化。是最早發(fā)明出來的3D打印技術(shù)。廣泛應(yīng)用于設(shè)計驗證。
SLS(選擇性激光燒結(jié))是一種將非金屬(或普通金屬)粉末分層鋪設(shè)，激光在程序控制下，選擇區(qū)域掃描燒結(jié)成三維物體的工藝。用于飛機、航空航天零件的制造以及精密件的制造，包括飛機的格柵、牙科的修復、顱骨的修復。
SLM是在送粉中，實現(xiàn)激光融化和燒結(jié)，類似堆焊，制造件更加致密、強度達到鍛件水平，可用于制造大型結(jié)構(gòu)件、承載件。
FDM技術(shù)(熔融堆積法)將熱塑性絲狀材料加熱從小孔擠出，將絲材熔化堆積成型。適合于教育或者創(chuàng)客設(shè)計驗證。大尺寸FDM裝備可用于汽車和無人機的制造。
二、3D打印(增材制造)的特點與意義
1984年美國發(fā)明了光固化激光成型技術(shù)，1986年實現(xiàn)SLA樣機，按照材料累加概念，各種增材制造工藝與裝備紛紛涌現(xiàn)，當時采用激光快速原型制造等學術(shù)名詞。這些技術(shù)中有一種以石蠟等材料的3D打印機。近年來，美國媒體開始把增材制造技術(shù)稱為3D打印技術(shù)，有利于大眾理解。增材制造被美國自然科學基金會稱為上世紀最重要的制造技術(shù)創(chuàng)新。麥卡錫報告列出了對人類生活有顛覆性影響的12項技術(shù)，3D打印排在第九位，排在新材料和頁巖氣之前。預測在2030年全世界將達到1萬億左右美元的效益，15年麥卡錫報告又將這一進程前移，認為增材制造2020年可達到5500億美元的效益。
3D打印制造有如下特點與優(yōu)勢：
1、 3D打印無處不在：3D打印可以打印許多材料、任意復雜形狀、任意批量，可以應(yīng)用于各工業(yè)和生活領(lǐng)域，可以在車間、辦公室及家里實現(xiàn)制造。理論上3D打印無處不在，無所不能。但許多材料的打印、工藝的成熟度、打印成本、效率等等尚不盡人意，需要多學科交叉的創(chuàng)新研究，使之更好、更快、更廉價。
2、 支持產(chǎn)品快速開發(fā)：3D打印可以制造形狀復雜的零件，所想即所得。直接由設(shè)計數(shù)據(jù)驅(qū)動，不需要傳統(tǒng)制造必須的工裝夾具模具制造等生產(chǎn)準備，編程簡單。在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與設(shè)計驗證中，特別方便。使產(chǎn)品開發(fā)周期與費用至少降低為一半，成為機電產(chǎn)品和裝備快速開發(fā)的利器。
3、 節(jié)材制造：增材制造僅在需要的地方堆積材料，材料利用率接近100%。航空航天等大型復雜結(jié)構(gòu)件采用傳統(tǒng)切削加工，往往95%—97%的昂貴材料被切除。而在航空航天裝備研發(fā)機制造中采用增材制造將會大大節(jié)約材料和制造成本，具有極其重要的價值。
4、 個性化制造：可以快速、低成本實現(xiàn)單件制造，使單件制造的成本接近批量制造。特別適合個性化醫(yī)療和高端醫(yī)療器械。如人工骨、手術(shù)模型、骨科導航模板等。
5、 再制造：用于修復磨損零部件的再制造，如飛機發(fā)動機葉片、軋鋼機軋輥等，以極少的代價，獲得超值。應(yīng)用在軍械、遠洋輪、海洋鉆井平臺、乃至空間站的現(xiàn)場制造，具有特殊的優(yōu)勢。
6、 開拓了創(chuàng)新設(shè)計的新空間：可以制造傳統(tǒng)制造技術(shù)無法實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，為設(shè)計創(chuàng)新提供了非常大的創(chuàng)新空間。可以將數(shù)十個、數(shù)百個甚至更多的零件組裝的產(chǎn)品一體化一次制造出來，大大簡化了制造工序，節(jié)約了制造和裝配成本。以3D打印新工藝的視角對產(chǎn)品、裝備再設(shè)計，可能是3D打印為制造業(yè)帶來的最大效益所在。
近兩年，3D打印顯現(xiàn)出顛覆性變革。如GE公司做的飛機發(fā)動機的噴嘴，把20個零件做成了一個零件，成本材料大幅度的減少，還節(jié)省燃油15%。這是一代發(fā)動機的概念，每開發(fā)一代發(fā)動機要上億歐元，一個噴嘴就解決了。美國3D打印的概念飛機，重量可以減輕65%。
7、 引領(lǐng)生產(chǎn)模式變革：3D打印可能成為可穿戴電子、家居用品、文化產(chǎn)業(yè)、服裝設(shè)計等行業(yè)的個性化定制生產(chǎn)模式。一些專家認為，3D打印等數(shù)字化設(shè)計制造將引領(lǐng)生產(chǎn)從大批量制造走向個性化定制的第三次工工業(yè)革命。
3D打印已經(jīng)成為創(chuàng)客最歡迎的工具，將有力促進大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)。GE公司在網(wǎng)上發(fā)布了一條消息，挑戰(zhàn)3D打印，將飛機的一個零部件讓創(chuàng)客設(shè)計。第一名只用了原始結(jié)構(gòu)的1/6的重量就完成了全部測試，而設(shè)計者是19歲的年輕人。3D打印展現(xiàn)了全民創(chuàng)新的通途。互聯(lián)網(wǎng)+3D打印的制造模式：收集大眾的個性化需求，由創(chuàng)客完成設(shè)計，設(shè)計方案由3D打印件進行驗證;再由虛擬制造組織生產(chǎn)，由物聯(lián)網(wǎng)來配送。美國眾創(chuàng)公司，15000名訪客、6000名創(chuàng)客。亞馬遜利用網(wǎng)絡(luò)銷售3D打印商品，營業(yè)額已達數(shù)十億美元，利潤30%。所以互聯(lián)網(wǎng)+3D打印=萬眾創(chuàng)新、萬家創(chuàng)業(yè)的最佳技術(shù)途徑。
8、 創(chuàng)材：3D打印制造出了耐溫3315℃的高溫合金，用于龍飛船2號，大幅度增強了飛船推力。利用3D打印高能束的集中能量，以3D打印設(shè)備作為材料基因組計劃的研制驗證平臺，可以開發(fā)出超高強度、超高韌性、超高耐溫、超高耐磨的各種優(yōu)秀材料，增材制造變成為創(chuàng)材技術(shù)。
9、 創(chuàng)生：應(yīng)用于組織支架制造、細胞打印等技術(shù)，實現(xiàn)生物活性器官的制造，一定意義上的創(chuàng)造生命。為生命科學研究和人類健康服務(wù)。
10、 目前，3D打印的技術(shù)尚有待深入廣泛研究發(fā)展，其應(yīng)用還很有限，但其創(chuàng)造的價值高，利潤空間大。隨著研發(fā)的深入，工業(yè)應(yīng)用的不斷擴大，其創(chuàng)造的價值越來越高。不久的將來，不僅在制造概念上，減材、等材、增材三足鼎立，從創(chuàng)造的價值上，也必將走上三分天下。
一、增材制造(3D打印)簡介
3D打印是一個顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)。
從制造方式來說，鑄、鍛、焊在制造過程中重量基本不變，屬于等材制造，已經(jīng)有3000年歷史了。
車銑刨磨機床通過材料的切削去除，達到設(shè)計形狀，稱為減材制造，已有300年的歷史。
增材制造中材料一點一點地累加，形成需要的形狀。發(fā)明于1984年，才30年的歷史。
當前3D打印幾種主流技術(shù)有：
SLA(光固化技術(shù))利用激光掃描，使液態(tài)光敏樹脂固化。是最早發(fā)明出來的3D打印技術(shù)。廣泛應(yīng)用于設(shè)計驗證。
SLS(選擇性激光燒結(jié))是一種將非金屬(或普通金屬)粉末分層鋪設(shè)，激光在程序控制下，選擇區(qū)域掃描燒結(jié)成三維物體的工藝。用于飛機、航空航天零件的制造以及精密件的制造，包括飛機的格柵、牙科的修復、顱骨的修復。
SLM是在送粉中，實現(xiàn)激光融化和燒結(jié)，類似堆焊，制造件更加致密、強度達到鍛件水平，可用于制造大型結(jié)構(gòu)件、承載件。
FDM技術(shù)(熔融堆積法)將熱塑性絲狀材料加熱從小孔擠出，將絲材熔化堆積成型。適合于教育或者創(chuàng)客設(shè)計驗證。大尺寸FDM裝備可用于汽車和無人機的制造。
二、3D打印(增材制造)的特點與意義
1984年美國發(fā)明了光固化激光成型技術(shù)，1986年實現(xiàn)SLA樣機，按照材料累加概念，各種增材制造工藝與裝備紛紛涌現(xiàn)，當時采用激光快速原型制造等學術(shù)名詞。這些技術(shù)中有一種以石蠟等材料的3D打印機。近年來，美國媒體開始把增材制造技術(shù)稱為3D打印技術(shù)，有利于大眾理解。增材制造被美國自然科學基金會稱為上世紀最重要的制造技術(shù)創(chuàng)新。麥卡錫報告列出了對人類生活有顛覆性影響的12項技術(shù)，3D打印排在第九位，排在新材料和頁巖氣之前。預測在2030年全世界將達到1萬億左右美元的效益，15年麥卡錫報告又將這一進程前移，認為增材制造2020年可達到5500億美元的效益。
3D打印制造有如下特點與優(yōu)勢：
1、 3D打印無處不在：3D打印可以打印許多材料、任意復雜形狀、任意批量，可以應(yīng)用于各工業(yè)和生活領(lǐng)域，可以在車間、辦公室及家里實現(xiàn)制造。理論上3D打印無處不在，無所不能。但許多材料的打印、工藝的成熟度、打印成本、效率等等尚不盡人意，需要多學科交叉的創(chuàng)新研究，使之更好、更快、更廉價。
2、 支持產(chǎn)品快速開發(fā)：3D打印可以制造形狀復雜的零件，所想即所得。直接由設(shè)計數(shù)據(jù)驅(qū)動，不需要傳統(tǒng)制造必須的工裝夾具模具制造等生產(chǎn)準備，編程簡單。在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與設(shè)計驗證中，特別方便。使產(chǎn)品開發(fā)周期與費用至少降低為一半，成為機電產(chǎn)品和裝備快速開發(fā)的利器。
3、 節(jié)材制造：增材制造僅在需要的地方堆積材料，材料利用率接近100%。航空航天等大型復雜結(jié)構(gòu)件采用傳統(tǒng)切削加工，往往95%—97%的昂貴材料被切除。而在航空航天裝備研發(fā)機制造中采用增材制造將會大大節(jié)約材料和制造成本，具有極其重要的價值。
4、 個性化制造：可以快速、低成本實現(xiàn)單件制造，使單件制造的成本接近批量制造。特別適合個性化醫(yī)療和高端醫(yī)療器械。如人工骨、手術(shù)模型、骨科導航模板等。
5、 再制造：用于修復磨損零部件的再制造，如飛機發(fā)動機葉片、軋鋼機軋輥等，以極少的代價，獲得超值。應(yīng)用在軍械、遠洋輪、海洋鉆井平臺、乃至空間站的現(xiàn)場制造，具有特殊的優(yōu)勢。
6、 開拓了創(chuàng)新設(shè)計的新空間：可以制造傳統(tǒng)制造技術(shù)無法實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，為設(shè)計創(chuàng)新提供了非常大的創(chuàng)新空間。可以將數(shù)十個、數(shù)百個甚至更多的零件組裝的產(chǎn)品一體化一次制造出來，大大簡化了制造工序，節(jié)約了制造和裝配成本。以3D打印新工藝的視角對產(chǎn)品、裝備再設(shè)計，可能是3D打印為制造業(yè)帶來的最大效益所在。
近兩年，3D打印顯現(xiàn)出顛覆性變革。如GE公司做的飛機發(fā)動機的噴嘴，把20個零件做成了一個零件，成本材料大幅度的減少，還節(jié)省燃油15%。這是一代發(fā)動機的概念，每開發(fā)一代發(fā)動機要上億歐元，一個噴嘴就解決了。美國3D打印的概念飛機，重量可以減輕65%。
7、 引領(lǐng)生產(chǎn)模式變革：3D打印可能成為可穿戴電子、家居用品、文化產(chǎn)業(yè)、服裝設(shè)計等行業(yè)的個性化定制生產(chǎn)模式。一些專家認為，3D打印等數(shù)字化設(shè)計制造將引領(lǐng)生產(chǎn)從大批量制造走向個性化定制的第三次工工業(yè)革命。
3D打印已經(jīng)成為創(chuàng)客最歡迎的工具，將有力促進大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)。GE公司在網(wǎng)上發(fā)布了一條消息，挑戰(zhàn)3D打印，將飛機的一個零部件讓創(chuàng)客設(shè)計。第一名只用了原始結(jié)構(gòu)的1/6的重量就完成了全部測試，而設(shè)計者是19歲的年輕人。3D打印展現(xiàn)了全民創(chuàng)新的通途。互聯(lián)網(wǎng)+3D打印的制造模式：收集大眾的個性化需求，由創(chuàng)客完成設(shè)計，設(shè)計方案由3D打印件進行驗證;再由虛擬制造組織生產(chǎn)，由物聯(lián)網(wǎng)來配送。美國眾創(chuàng)公司，15000名訪客、6000名創(chuàng)客。亞馬遜利用網(wǎng)絡(luò)銷售3D打印商品，營業(yè)額已達數(shù)十億美元，利潤30%。所以互聯(lián)網(wǎng)+3D打印=萬眾創(chuàng)新、萬家創(chuàng)業(yè)的最佳技術(shù)途徑。
8、 創(chuàng)材：3D打印制造出了耐溫3315℃的高溫合金，用于龍飛船2號，大幅度增強了飛船推力。利用3D打印高能束的集中能量，以3D打印設(shè)備作為材料基因組計劃的研制驗證平臺，可以開發(fā)出超高強度、超高韌性、超高耐溫、超高耐磨的各種優(yōu)秀材料，增材制造變成為創(chuàng)材技術(shù)。
9、 創(chuàng)生：應(yīng)用于組織支架制造、細胞打印等技術(shù)，實現(xiàn)生物活性器官的制造，一定意義上的創(chuàng)造生命。為生命科學研究和人類健康服務(wù)。
10、 目前，3D打印的技術(shù)尚有待深入廣泛研究發(fā)展，其應(yīng)用還很有限，但其創(chuàng)造的價值高，利潤空間大。隨著研發(fā)的深入，工業(yè)應(yīng)用的不斷擴大，其創(chuàng)造的價值越來越高。不久的將來，不僅在制造概念上，減材、等材、增材三足鼎立，從創(chuàng)造的價值上，也必將走上三分天下。
整理分析，3D打印目前的技術(shù)優(yōu)勢已經(jīng)得到初步顯示，未來3D打印的應(yīng)用范圍將愈發(fā)廣泛，其相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生的產(chǎn)業(yè)價值將不可估量。
文章來源：中國3D打印論壇 http://bbs.3ddayin.net/forum.php?mod=viewthread&tid=53664
(責任編輯：admin)
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