圈地运动即将来临 3D打印应理性降温

作者:科技技术

原标题:未来5年中国3D打印产业发展前景预测分析

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近几个月来,3D打印技术在中国的热度不断攀升,目前全国多个省市都在举行3D打印项目论证会,一轮由3D打印引发的圈地运动即将来临。对于风起云涌的3D打印热潮,我们应该如何看待?

相关报告:2018-2022年中国3D打印产业深度调研及投资前景预测报告(上下卷)

影响因素分析

12月21日,当记者在北京航空航天大学见到王华明的时候,他刚刚获得了由光华设计基金会颁发的中国设计贡献奖银质奖章,而获奖理由则是他在增材制造技术方面所作出的杰出贡献。

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一、有利因素

增材制造俗称3D打印,近几个月来,3D打印技术在中国的热度不断攀升,工信部副部长苏波近日在2012年增材制造技术国际论坛暨第六届全国增材制造技术学术会议上的表态更将这一热度推至高点。苏波表示,工信部未来将推动3D打印产业化,3D打印路线图和中长期发展战略也即将制定。

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政策支持

然而,面对风起云涌的3D打印热潮,作为我国3D打印领域的权威专家,王华明却仍旧保持了低调冷静。他告诉记者,3D打印确实会给制造技术带来革命,但并不会如英国《经济学人》杂志所声称的那样成为第三次工业革命的引擎。与当下占据媒体眼球的快速原型制造技术相比,3D打印的另一技术方向高性能金属构件直接制造技术才是该领域未来的技术制高点。

影响因素分析

近年来,3D打印在国际、国内都引起广泛关注,被列入《国家高技术研究发展计划》,全国各重要工业城市也纷纷出台3D打印相关的扶持及优惠政策,鼓励创新,大力发展该项业务。国务院印发的《中国制造2025》,是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。《中国制造2025》中提到,要增加增材制造等前沿技术和装备的研发,推动优势和战略产业快速发展。

为什么会火

一、有利因素

2017年12月,工业和信息化部、发展改革委等十二部门印发《增材制造产业发展行动计划》。计划中提到,到2020年,增材制造产业年销售收入超过200亿元,年均增速在30%以上。关键核心技术达到国际同步发展水平,工艺装备基本满足行业应用需求,生态体系建设显著完善,在部分领域实现规模化应用,国际发展能力明显提升。行业应用显著深化。

已是长江学者、大型金属构件激光直接制造教育部工程研究中心主任的王华明,从上世纪80年代就开始关注并研究3D打印技术。其所在的北京航空航天大学团队历经近20年的研究,在国际上首次全面突破了钛合金等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术,使我国成为迄今为止世界上唯一突破大型整体钛合金关键构件激光成形技术并成功实现装机工程应用的国家。

(一)政策支持

部分技术世界先进

据记者了解,目前全国多个省市都在举行3D打印项目论证会,一轮由3D打印引发的圈地运动即将来临。不久的将来,不仅各个省市,甚至包括地级市,都会如雨后春笋般地出现3D打印产业园。但王华明认为,为了未来技术和产业的健康发展,3D打印应理性降温。

近年来,3D打印在国际、国内都引起广泛关注,被列入《国家高技术研究发展计划(863计划)》,全国各重要工业城市也纷纷出台3D打印相关的扶持及优惠政策,鼓励创新,大力发展该项业务。国务院印发的《中国制造2025》,是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。《中国制造2025》中提到,要增加增材制造等前沿技术和装备的研发,推动优势和战略产业快速发展。

目前我国在3D打印已有部分技术处于世界先进水平。其中,激光直接加工金属技术发展较快,已基本满足特种零部件的机械性能要求。在这方面,西北工业大学的黄卫东团队采用这类技术直接制造金属零件,并已成功对航空发动机叶片进行了再制造修复。与此同时,北京航空航天大学教授王华明领衔的飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术,让我国在高性能金属材料3D打印上,跻身世界领先行列,如今已广泛应用于我国的航空航天领域。

仅仅短短几个月时间,3D打印为何就变得如此如火如荼?王华明认为,其起因大概有两个。

2017年12月,工业和信息化部、发展改革委等十二部门印发《增材制造(3D打印)产业发展行动计划(2017-2020年)》。计划中提到,到2020年,增材制造产业年销售收入超过200亿元,年均增速在30%以上。关键核心技术达到国际同步发展水平,工艺装备基本满足行业应用需求,生态体系建设显著完善,在部分领域实现规模化应用,国际发展能力明显提升。行业应用显著深化。

3D打印从科研走向产业

今年3月19日,美国总统奥巴马在卡内基梅隆大学宣布了创立美国制造创新国家网络的计划,其目标是要重振美国的制造业。该计划决定,由美国联邦政府和工业部门共同斥资10亿美元,遴选出制造领域15项前沿、前瞻的技术,建立15个研究中心。4月17日,增材制造技术被确定为首个研究中心努力的方向。8月16日,美国国家增材制造创新中心正式宣告成立,成为制造创新国家网络计划的首个样板示范中心。

(二)部分技术世界先进

2017年12月8日,2017世界智能制造大会专项活动制造业+增材制造技术分论坛在南京国际青年会议中心举行。多位业界专家及领军企业负责人现场介绍了增材制造技术的最新成就,3D打印正逐渐从科研走向产业。

其后,今年4月,英国《经济学人》发表封面文章称,3D打印将推动第三次工业革命,引发了全球科技界的关注,也成为我国3D打印热潮的直接推手。并非万能制造机

目前我国在3D打印已有部分技术处于世界先进水平。其中,激光直接加工金属技术发展较快,已基本满足特种零部件的机械性能要求。在这方面,西北工业大学的黄卫东团队采用这类技术直接制造金属零件,并已成功对航空发动机叶片进行了再制造修复。与此同时,北京航空航天大学教授王华明领衔的“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”,让我国在高性能金属材料3D打印上,跻身世界领先行列,如今已广泛应用于我国的航空航天领域。

3D打印现在已被应用到了高性能大型金属构件的生产中。由于3D打印是热加工,目前还存在很多缺陷,尤其是在生产大型的构件方面,容易出现断裂等问题。大型金属构件增材制造国家工程实验室副主任张述泉介绍,他们经过长期科研攻关,现在在很多材料的3D打印中终于克服了这一难题,最大已经可以3D打印出12平方米的高性能金属构件,被广泛应用于航空、核电、汽车等领域。

从打印器官、鲜肉到房子、飞机,经过媒体的渲染,3D打印俨然已是美国科幻作家罗伯特希克利笔下的 万能制造机。而事实上3D打印技术却并非如此神奇。

(三)“3D打印”从科研走向产业

物联网+3D打印

据介绍,增材制造技术包括快速原型制造技术和高性能金属构件直接制造技术两大类。时下为大家所热炒的3D打印成果绝大多数都属于快速原型制造技术范畴,而3D打印只是实现快速原型制造的路径之一。王华明告诉记者,增材制造技术之所以被通称为3D打印,主要是因为其比较形象,易于理解。实际上,除3D打印外,快速原型制造技术还包括立体印刷、叠层实体造型、熔融沉积造型、选择性激光烧结等其他四种方式。

2017年12月8日,2017世界智能制造大会专项活动--制造业 增材制造技术分论坛在南京国际青年会议中心举行。多位业界专家及领军企业负责人现场介绍了增材制造(俗称“3D打印”)技术的最新成就,3D打印正逐渐从科研走向产业。

无处不在的互联网技术和日益成熟的3D打印结合后,可以形成威力巨大的智能制造生态系统,打通从设计师到消费者之间的通道,并有可能干掉工厂。

肇始于上世纪80年代中期的原型制造技术目前已经比较成熟,去年中国3D打印2亿元人民币的产值基本上都来源于此。其基本原理是,通过数字化技术,数控系统先对所要打印的模型进行细致地切分,然后再通过打印机将材料一层层叠加起来,就可以形成原型实物。

3D打印现在已被应用到了高性能大型金属构件的生产中。由于3D打印是热加工,目前还存在很多缺陷,尤其是在生产大型的构件方面,容易出现断裂等问题。大型金属构件增材制造国家工程实验室副主任张述泉介绍,他们经过长期科研攻关,现在在很多材料的3D打印中终于克服了这一难题,最大已经可以3D打印出12平方米的高性能金属构件,被广泛应用于航空、核电、汽车等领域。

对于3D打印在中国制造向中国智造过程中的角色定位,3D打印是发展智能制造的核心技术之一,有不可替代的作用。特别是将3D打印技术与物联网技术、大数据、云计算、机器人、智能材料等其他先进技术结合,将构成一个智能产业生态系统。设计师将各种富有创新意义的设计放到数据库平台上,用户通过物联网技术,就可以自由选择需要的产品,然后在家里打印出来,从而实现万物互联,万物打印。

然而,和公众的理解有所偏差的是,基于快速原型制造技术打印出来的结果只是原型样品和模型。此外,绝大多数型号的3D打印机只能使用一种耗材,这也是其局限所在。王华明认为,快速原型制造技术最大的用途是服务于新产品的快速设计及优化以及顾客预体验、商业宣传等,同时也能大大缩短产品研制和投放的市场周期,降低产品研发和制造成本。技术制高点

(四)物联网 3D打印

二、不利因素

去年全球3D打印产业的总产值是17.2亿美元,不到制造业总GDP的0.01%。据中国最早从事3D打印研究的中国工程院院士卢秉恒估算,即便3D打印保持每年30%以上的速度增长,到2020年全世界3D打印产业的总产值也只有50亿~60亿美元。在2012年增材制造技术国际论坛上,卢秉恒也呼吁,对3D打印应保持冷静。为什么已经发展了近30年,而3D打印技术的产值还这么低?王华明认为,我们固然不能以GDP论英雄,但也可以之作为参考,对3D打印的重要性我们要客观加以认识。

无处不在的互联网技术和日益成熟的3D打印结合后,可以形成威力巨大的智能制造生态系统,打通从设计师到消费者之间的通道,并有可能干掉工厂。

与领先国家差距大

王华明认为,实际上第三次工业革命早已开始, 3D打印只是第三次工业革命的一个组成部分,而且有明确的细分市场。与快速原型制造技术相比,高性能金属构件直接制造技术对于制造领域的变革性作用更加明显。

对于3D打印在“中国制造”向“中国智造”过程中的角色定位,3D打印是发展智能制造的核心技术之一,有不可替代的作用。特别是将3D打印技术与物联网技术、大数据、云计算、机器人、智能材料等其他先进技术结合,将构成一个智能产业生态系统。设计师将各种富有创新意义的设计放到数据库平台上,用户通过物联网技术,就可以自由选择需要的产品,然后在家里打印出来,从而实现万物互联,万物打印。

我国3D打印领域尽管专利数量多,但是质量较领先国家仍有很大差距。我国3D打印领域被引用频率高的专利明显较少,而且专利的权利要求书条目也相对少一些。条目数量在一定程度上反映了技术的先进性和复杂性,同时也体现了专利的质量。缺乏核心技术与人才是制约中国3D打印发展的关键因素。

据记者了解,以传统制造方法生产金属零件,要经过模锻毛坯、铣削加工等工序。以JSF飞机上用的升力风扇钛合金整体叶盘为例,其锻件毛坯重达1500公斤,而最终零件则只有100公斤,其材料利用率只有6.67%。而利用高性能金属构件直接制造技术,则可以合金粉末为原料,通过激光熔化、逐层堆积的方式,从零件数模一步制造出高性能、大型的复杂构件,其最终成果在实用化之前只需少量后续加工,大大降低了材料的浪费度并节省了生产时间。

二、不利因素

无法商业化量产

利用直接制造技术生产高性能、难加工的大型复杂整体构件,是先进制造技术的发展方向。王华明认为,它不仅可以解决一些重大装备制造中的瓶颈问题,也是未来抢占增材制造技术战略制高点的关键。

(一)与领先国家差距大

国内3D打印企业由于生产效率、材料短缺、缺乏核心技术等问题,短期内恐无法实现批量化、规模化生产。以3D打印制造出的电话为例,说明电话可以制造出,但只能看,不能用,因此,3D打印商品不能加上电子组件,无法让电子产品量产。

据悉,该技术自1992年问世伊始就受到国内外的高度关注,但由于存在变形开裂预防、力学性能控制等瓶颈,目前美国、英国、德国等国均主要集中于不锈钢、高温合金等小尺寸零件的激光成形,一直未能突破大型金属构件激光成形关键技术。

我国3D打印领域尽管专利数量多,但是质量较领先国家仍有很大差距。我国3D打印领域被引用频率高的专利明显较少,而且专利的权利要求书条目也相对少一些。条目数量在一定程度上反映了技术的先进性和复杂性,同时也体现了专利的质量。缺乏核心技术与人才是制约中国3D打印发展的关键因素。

究其原因,一方面3D打印所使用的耗材非常有限。目前3D打印的耗材原料主要分为仅有石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料、陶瓷等10多种,且价格较为昂贵,金属尤是。国产3D设备对应的耗材短缺主要源自两个原因:便宜的赚不到钱,厂家不愿意生产,而贵的耗材现有技术跟不上,由于缺少政策扶持和补贴,厂家又不愿意投入资金和人力成本去研发。

而王华明所在团队历经近20年研究,通过产学研合作,率先攻克了上述难题,提出了钛合金等高活性、难加工金属大型结构件激光直接制造成套装备新原理,并研发出具有原创性核心技术、零件成形能力可达400030002000毫米、迄今为止世界最大的激光直接制造成套装备。其成果已应用于大型客机等飞机的研制。

(二)无法商业化量产

另一方面,3D打印机的价格十分高昂,大多桌面级的3D打印机售价都在2万元人民币左右,国内仿制品的价格在6,000元左右,但质量却难以保障。此外,3D打印在产品精度和生产时长等生产效率上都有一定的局限性,也成为阻碍量产的主要原因之一。

虽然已在国际竞争中占据了领先位置,但王华明并不满足。他告诉记者:现在还仅仅只是一个开始。他表示,直接制造的核心是做材料。基于此,未来他们还将研发出更多的材料、更好的性能、更高的精度,将直接制造技术应用到更广的领域。

国内3D打印企业由于生产效率、材料短缺、缺乏核心技术等问题,短期内恐无法实现批量化、规模化生产。以3D打印制造出的电话为例,说明电话可以制造出,但只能看,不能用,因此,3D打印商品不能加上电子组件,无法让电子产品量产。

3D打印产业规模预测

关键词:3D印刷

究其原因,一方面3D打印所使用的耗材非常有限。目前3D打印的耗材原料主要分为仅有石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料、陶瓷等10多种,且价格较为昂贵,金属尤是。国产3D设备对应的耗材短缺主要源自两个原因:便宜的赚不到钱,厂家不愿意生产,而贵的耗材现有技术跟不上,由于缺少政策扶持和补贴,厂家又不愿意投入资金和人力成本去研发。

2015年,中国3D打印产业规模为7.78亿美元;2016年,中国3D打印产业规模为9.26亿美元。我们预计,2018年我国3D打印产业规模将达到17.3亿美元,未来五年年均复合增长率约为34.61%,2022年将达到56.8亿美元。

另一方面,3D打印机的价格十分高昂,大多桌面级的3D打印机售价都在2万元人民币左右,国内仿制品的价格在6,000元左右,但质量却难以保障。此外,3D打印在产品精度和生产时长等生产效率上都有一定的局限性,也成为阻碍量产的主要原因之一。

关键词:3D打印预测

3D打印市场规模预测

2017年中国3D打印市场规模达到110.0亿元,增长率为37.5%。我们预计,2018年我国3D打印市场规模将达到152亿元,未来五年(2018-2022)年均复合增长率约为35.25%,2022年将达到508亿元。

图表 中投顾问对2018-2022年中国3D打印市场规模预测

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数据来源:中投顾问产业研究中心返回搜狐,查看更多

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