工业3D打印:迎接“中国制造2025”

2019-07-10 11:41

  中国如何从制造大国转向制造强国?随今年政府工作报告明确部署中国制造2025,推动中国制造由大变强,使中国制造包含更多中国创造因素,将发展先进制造业上升为国家战略,智能制造成为主攻方向,就此要求企业加快从要素驱动向创新驱动转变,由低成本竞争优势转变为质量效益竞争优势,改变资源消耗大、污染物排放多的粗放制造。工业3D打印就此成为绿色制造的重要实施路径。

  同时,面对中国这样一个潜在庞大的市场,无论是上游的3D打印生产研发企业,还是下游的应用企业,是否能在全球化竞争中把握机遇,实现信息化与工业化的深度融合,都将成为新经济时代能否具有长久生存的重要挑战。

  工业3D打印将打破多年的不温不火

  把握时代洪流,作为智能制造重要环节的工业3D打印会逐步在中国发现更多用武之地。越来越多的企业,从转型发展的过程中,寻找到应用3D打印的理由。

  假如我买一台比较好的工业3D打印机,在环保上的顾虑就要小很多。浙江红光机械、温州市机电技术协会会长董事长管洪光告诉《3D打印世界》。今年年初他主动走出去,在认真考察了一圈后,最终对一台欧洲公司生产售价达500万元人民币的3D打印机产生浓厚兴趣。

  其公司年产值超过6000万,经营稳健,但同样面临转型升级的挑战。如果工厂用了这台机器,就能省去开模、炼废钢铸造的环节,不用请那么多人工,也减少了污水和废气的排放。这种思路与其温州老乡郭先生相似。后者经营一家小型五金机械加工厂,青睐工业3D打印机在制模的高效率、低成本及环保,但对于究竟要不要买下一台200万的3D打印机仍犹豫不定,对于小企业来说200万不是小数目,回去后还需要仔细计算成本与回报。

  作为高精尖的辅助设备,在全球范围内工业级3D打印机应用于较高端的航天军工、生物医疗、汽车、船舶等领域,中国亦有相似之处。其实国内不少大型企业比如广汽集团,早开始用我们的机器,只是没有宣传而已。一位不愿具名的美国3D打印巨头STRATASYS的中国华南区销售主管冷静看待外界对3D打印的稀奇。但他已感受到国内尤其是制造业发达的珠三角地区,大中型企业对工业级3D打印机的需求正逐年提升。

  在向智能制造转型的背景下,除继续在原有高端领域深耕外,国内工业级3D打印设备及服务能否进一步应用于加工制造等工业领域,取得超过全球平均水平的增速,值得期待。根据Wohlers report2014统计数据,从1988年至2013年,售价5000美元以上的工业级3D打印机年复合增长率达到了30.9%,经济危机后2010年至2013年的平均增速为22%,但2013年提升至26.4%销量达到9832件,并预测2015年全球工业级3D打印机的销售将超过15000件,其中定价于5000-20000美元的机器将占据销售主导。

  尽管与个人桌面级3D打印机在近两年取得的3位数增长相比逊色,但多位业内人士认为,从中国制造2025提出的元年开始,工业3D打印将打破多年的不温不火,有望迎来市场放量的一天。中国工业3D打印最好的时代可能才刚刚开始。全球知名的3DInside Printing全球巡展策展商珠海再生时代董事总经理李广连表示。他认为,在国家战略发展的支撑之下,讲求高质量、高精度的工业3D打印产业将伴随企业转型而逐步成长,就此开拓高端与高附加值的全新工业应用市场。

  3D打印直接生产工业零件将成为一大趋势

  面对中国制造的升级版,3D打印将如何真正成为国内企业跨越PMI枯荣线、迈向智造的强大助推器?《3D打印世界》了解到,现实矛盾难以忽视:一面工业级3D设备普遍昂贵,材料局限性较大,精度、速度与效率不太尽人意的产业局限客观存在,另一面是中国级工业4.0过程中潜伏的规模个性化定制巨大市场开始启动。

  在医疗和文创方面,3D打印可满足个性化定制化需求;在汽车及航空航天领域,3D打印在集成化、柔性制造及快速模具方面,为缩短周期具有很大优势。陕西恒通智能机器有限公司总经理杨锋评价。我们还要做好行业应用研发,保证行业应用的工艺最优化,把3D打印的优点完美体现出来,与传统制造业更好的融合。

  工业3D打印更多作用在于对传统制造业的补充与优化,而非全面置换。中国快速成形技术的先驱人物之一、江苏永年激光成型技术有限公司董事长颜永年评论。以金属3D打印为例,未来方向是与传统重型金属装备成型制造业紧密结合,充分发挥前者制成品材料均匀,尤其是毫无偏析的最大好处。3D打印成品可以提高强度,但抗冲击力不足,而传统锻造出的产品,强度有限,但具有较好的承受力。两者可以互补。

  对于当下工业3D打印设备及材料较高的成本,颜永年辨证看待:成本是贵,但材料利用率高,对比传统锻造工艺中材料的利用率只有20%,3D打印增材利用率高达80%。杨锋则对工业3D打印的主要成本继续下降持乐观态度,原因在于过去大多数依赖国外进口设备及零部件的局面已有所改变,虽然有些关键和国内未能完成攻关的零部件或材料还没有降。未来随着市场占有率的增大,国内设备的价格也会有所下降。

  由于3D打印可按需生产,对传统工业的供应链和存储体系产生重大影响,3D打印直接生产零件的市场份额提升也将成为国内工业3D打印的一大趋势。中科院广州电子技术研究所研究员李耀棠在公开报告中指出,3D打印零件在直接应用于工业生产、跳过模具开发这一阶段,于节约成本与时间上都独具优势。同时零件生产地点也非常灵活,可以实现分散制造,最重要的是3D打印零件在提升强度、轻量化、框格结构方面大大超过与传统机加工的零件。因此,3D打印功能零件将越来越多地在各个领域直接应用,而不只停留于产品原型、样品开发上。

  顺应智能制造的大浪潮,李广连推测,未来10年3D打印技术将与物联网技术、大数据、云计算、机器人、智能材料等其他先进技术充分融合,成为若干智能制造平台上的某个部分。

  未来竞争将百家争鸣

  今年2月底,《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》公布,明确国家对3D打印的发展目标:到2016年初步建立较为完善的增材制造(即3D打印)产业体系,整体技术水平保持与国际同步,在航空航天等直接制造领域达到国际先进水平,在国际市场上占有较大的市场份额。在这份计划的背后,隐藏的另一个重要事实是中国在工业3D打印领域需要不断缩小国际先进水平的差距。

  不管是工业3D打印的设备还是材料,我们可能需要至少10年的时间追赶上别人的工艺与技术。颜永年总结,目前国内的差距主要体现于设备的稳定性、零件的精度与原材料尤其是金属粉末的水平三点,也因此让国外厂商接连赚到了设备、工艺与供应材料的钱。同时,国内以金属打印为方向的工业3D打印研发才从2012年起步,他认为,目前只有北京航空航天工业大学能始终坚持这一研究方向,取得较快进展。

  杨锋认为,中国在3D打印技术研发上取得了很大进步,并在相关的精度保障上已经达到国外标准。但受限于装配工艺研究水平,激光器,振镜、喷头等关键零部件及材料仍算是我们的弱项。材料研发仅仅是重点材料取得了突破,在多样性方面与国外仍有差距。此外,国内3D打印方面的应用型研究不如国外做的精细。

  据了解,目前在工业3D打印领域,在塑料建模方面,美国STRATASYS、3DSYSTEMS两家企业处于行业垄断地位,而在金属材料打印方面,德国EOS等企业占有绝对话语权。在全球范围内,行业巨头正加快巩固行业领导者角色。Wohlers report2014数据显示,在工业3D打印机销售领域STRATASYS已连续12年保持领先,市场份额从2012年的38.9%扩展至54.7%。

  越来越多的观点认为中国将成为全球最大的3D打印市场,其中包括工业应用。但中国3D打印研发与生产企业究竟能在其中占得几分羹,尚是悬念。未来与世界上同类企业的竞争不是越来越有优势,而是会越来越残酷。颜永年预测。而3DInside Printing全球巡展策展商李广连提醒,工业3D打印的技术成熟如材料等需要长时间的累积与沉淀,中国3D打印企业想实现弯道超车就需要用核心技术作为核心竞争力,否则就算短暂赶上也终会被淘汰。

  杨锋同样判断未来的竞争肯定会加剧,形成百家争鸣的局面。他提议把握国内发展智能制造业及出台扶持政策的机遇,加快研发与制造业的转型,包括改变工作方式和模式、优化生产流程及工艺的优化、顺应市场改变技术及运营模式。我相信,我们在这块会紧跟世界的脚步,他说。

  未来十年,中国企业是否能把握时机,走出高精度、高性能工业3D打印装备的方向,奏响独具特色的中国制造2025篇章,充满无限想象空间。

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