右圖為3D打印機(jī) 左圖為“打出”的骷髏頭
這不是想象，而是正在濟(jì)南高新區(qū)齊魯軟件園內(nèi)發(fā)生著的事實(shí)，是3D打印機(jī)帶來的“奇跡”，它不僅能“打印”出玩具，未來還能“打印”衣服、飛機(jī)。甚至有人放言，它可能引領(lǐng)第三次工業(yè)革命。
在濟(jì)南，這一新鮮事物正進(jìn)入決策者視野。近日，濟(jì)南市經(jīng)濟(jì)信息委員會(huì)已對(duì)此行業(yè)完成調(diào)研形成報(bào)告上報(bào)，一些濟(jì)南企業(yè)也已試水3D打印機(jī)。
3D打印之便
打印建模從2個(gè)月降至10分鐘
在濟(jì)南高新區(qū)齊魯軟件園內(nèi)，一臺(tái)3D打印機(jī)正將塑料線熔融后，一層層覆蓋在模型上，10分鐘左右，一個(gè)寫有個(gè)性字的白色鑰匙扣成型。在研發(fā)者馮旭明看來，其原理并不復(fù)雜。
據(jù)介紹，最初的技術(shù)是計(jì)算機(jī)先將3D模型分層掃描并切分成很多的薄層，而后3D打印機(jī)會(huì)像普通打印機(jī)一樣，把每一個(gè)薄層打印出來，只是不打印在紙上，而打印在一些能夠快速成型的塑料、陶瓷等材料粉末上。墨盒里裝的也不再是墨，而是特殊的膠水。一層層膠水將粉末粘結(jié)成需要的形狀，當(dāng)所有的薄片都被打印出來之后，一個(gè)物體就成型了。
這項(xiàng)技術(shù)已有30年歷史，主要制造由塑料、樹脂、石蠟、陶瓷等材料組成的原型樣件或模型，可以縮短新產(chǎn)品研制周期，降低研發(fā)和制造成本。
馮旭明的一位客戶是做個(gè)性工藝品制造生意的。如果按照傳統(tǒng)制作模式，從設(shè)計(jì)到建模再到制造，至少兩個(gè)月的時(shí)間，關(guān)鍵是這些工藝品多小批量生產(chǎn)，“自己建模型制作太浪費(fèi)。”如今，他可以直接設(shè)計(jì)好三維圖，“打印”出工藝品。
在山東大學(xué)興隆山校區(qū)的一間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，也陳列著大大小小3D打印出的零件或模型。每一個(gè)零件背后都有一個(gè)“不可思議”。實(shí)驗(yàn)室管理者吳濤告訴記者，他們?cè)?D打印機(jī)解決了口腔手術(shù)中普遍遇到的難題。
據(jù)介紹，由于口腔內(nèi)部可視性差，醫(yī)生切開皮膚、肌肉，暴露手術(shù)部位后，往往依然無(wú)法對(duì)需要切除的患處精確下刀。面對(duì)這種情況，他們用3D打印機(jī)做出患者手術(shù)部位模型后，只需將模型安放上去，模型間有一條直線接縫，手術(shù)刀沿直線接縫游走，切下手術(shù)導(dǎo)板的同時(shí)，也精確切除了患處。
或成為磨具機(jī)床行業(yè)“掘墓人”
“只要能設(shè)計(jì)出來，就能打印出來。”華中科技大學(xué)快速制造中心教授史玉升對(duì)3D打印技術(shù)如此詮釋。近日，史玉升團(tuán)隊(duì)成功開發(fā)出世界最大激光快速制造裝備，成形空間1.2米×1.2米、基于粉末床的激光燒結(jié)快速制造裝備，使我國(guó)在這一領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
正如史玉升所說，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)給人們帶來不少驚喜。
2011年，英國(guó)科學(xué)家利用3D打印技術(shù)打印了一輛可以騎行的尼龍材料自行車，重量只有普通鋼鋁材質(zhì)的1/3，但堅(jiān)固度不遜色；同年，英國(guó)某大學(xué)打印了一架最高時(shí)速可達(dá)100英里/小時(shí)的無(wú)人駕駛小飛機(jī)；今年，美國(guó)一家時(shí)尚工作室打印出了無(wú)須縫制的比基尼泳衣，圖案美觀、結(jié)實(shí)、防水，已在網(wǎng)上銷售。
記者在豆瓣網(wǎng)一個(gè)3D打印機(jī)愛好者小站看到，不少愛好者利用自己的打印機(jī)打印出不少個(gè)性飾品或工藝品。
據(jù)了解，隨著各種打印材料研制成功，“3D打印”技術(shù)已應(yīng)用于珠寶、玩具、工具、衣服等行業(yè)，甚至可以直接打印人體骨骼、假肢、鮮肉。業(yè)內(nèi)人士透露，3D打印機(jī)在國(guó)內(nèi)企業(yè)級(jí)裝機(jī)量在400臺(tái)左右，2010年以來年增速均70%左右，市場(chǎng)規(guī)模超過1億元。目前麥道、IBM、Apple、豐田、濰柴、海信、重汽等企業(yè)均在應(yīng)用。
有人預(yù)言，未來模具制造行業(yè)、機(jī)床行業(yè)、輕工產(chǎn)品行業(yè)都有可能被淘汰出局，取而代之的是3D打印機(jī)。
3D打印之熱
奧巴馬撥3000萬(wàn)美元“力挺”
其實(shí)早在1994年我國(guó)就開始研究“3D打印”。1995年，北京隆源公司、華中科技大學(xué)先后研制出根據(jù)不同原理成型的快速成型機(jī)。目前北京殷華依托清華大學(xué)等高校，先后對(duì)“3D打印設(shè)備”實(shí)行了產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作。部分公司生產(chǎn)的便攜式桌面3D打印機(jī)的價(jià)格已具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，成功進(jìn)入歐美市場(chǎng)。
另外，一些中小企業(yè)成為國(guó)外“3D打印”設(shè)備的代理商，經(jīng)銷全套打印設(shè)備、成型軟件和特種材料。還有一些中小企業(yè)購(gòu)買了國(guó)內(nèi)外各類“3D打印”設(shè)備，專門為相關(guān)企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)提供服務(wù)。其中，廣東省工業(yè)設(shè)計(jì)中心、杭州先臨快速成型技術(shù)有限公司等企業(yè)，設(shè)立了“3D打印”服務(wù)中心。
放眼全球，各國(guó)也在爭(zhēng)搶市場(chǎng)。2012年8月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬撥款3000萬(wàn)美元，在俄亥俄州建立了國(guó)家級(jí)3D打印添加劑工業(yè)研究中心，并計(jì)劃第一步投入5億美元用于3D打印，以確保美國(guó)制造業(yè)不繼續(xù)轉(zhuǎn)移到中國(guó)和印度。
濟(jì)南已有2家企業(yè)“吃螃蟹”
在競(jìng)爭(zhēng)日益白熱化的3D打印機(jī)大潮中，濟(jì)南也能分一杯羹。
馮旭明是濟(jì)南人，原本從事機(jī)器人研制工作，可在制作過程中，有些小零件難以找到，就需要像3D打印機(jī)這樣的設(shè)備將他的想象變成現(xiàn)實(shí)。
他回憶說，第一次了解到3D打印機(jī)是2007年在深圳。當(dāng)時(shí)他看到一個(gè)工藝復(fù)雜的藥瓶用3D打印機(jī)制作，只用40個(gè)小時(shí)，“如果開發(fā)模具的話，至少要3-5個(gè)月”。
被震撼的他開始關(guān)注3D打印。隨后，他花了幾年時(shí)間，研制出了熔融層積成型3D打印機(jī)，原理是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時(shí)三維噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，將材料選擇性地涂敷在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層截面。
這種3D打印機(jī)成型材料種類多、成型件強(qiáng)度高，主要適用于成型小塑料件。目前，其研制的第三代機(jī)YesRapX原型機(jī)已完成。“2012年，賣出去30臺(tái)左右。”馮旭明說主要客戶群體有模具加工類、藝術(shù)品創(chuàng)作類、教學(xué)類、零件生產(chǎn)類和個(gè)人愛好類。
今年2月，馮旭明找到投資人，成立濟(jì)南亞盈科技信息有限公司，下一步將研制精度更高的SLS3D打印機(jī)。
山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院、材料工程學(xué)院等多位教授也從2005年開始研究“3D打印”課題，“當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，很多青島的制造企業(yè)都對(duì)3D打印機(jī)有需求”。
山大華天軟件則憑借擁有自主版權(quán)的高端CAD/CAM軟件優(yōu)勢(shì)，依托山東大學(xué)于近期開展了快速原型制造技術(shù)與裝備項(xiàng)目的研究，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)快速原型制造關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及關(guān)鍵設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化。“軟件與硬件的對(duì)接，以及信息安全性是目前要攻克的難題。”一位業(yè)內(nèi)人士透露。
3D打印之惑
產(chǎn)業(yè)化只是個(gè)美夢(mèng)？
濟(jì)南魯?shù)秘愜嚐艄煞萦邢薰局饕a(chǎn)卡車車燈，他們制造模具耗資巨大。尤其近年各汽車廠商頻繁更換車的前臉造型，這讓其研發(fā)成本不斷增加。但得知3D打印機(jī)可生產(chǎn)模具時(shí)，他們提出了質(zhì)疑，“3D打印機(jī)打印出的模具，可能并不能適應(yīng)我們的硬度需求”。
山東大學(xué)從事3D打印研究的吳濤也提出了同樣的看法，3D打印機(jī)要真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制造產(chǎn)業(yè)，至少?gòu)默F(xiàn)在看來，還是“美夢(mèng)”。至少還要邁過材料、性能、價(jià)格和制造速度等多道坎。
“沒有好的材料，一切都是想象。”吳濤說，現(xiàn)在粉末打印材料能加工成零件的主要是塑料、樹脂，陶瓷、金屬等比較有限，而陶瓷、金屬加工所需溫度非常高，目前技術(shù)也不成熟。
“關(guān)鍵是現(xiàn)在一次只能‘打印’一種材料，不能將不同的材料混在一起‘打印’。”吳濤說，現(xiàn)有“3D打印”技術(shù)只能生產(chǎn)由一種材料組成的零件，再組裝成成品，“一次性直接生產(chǎn)汽車、飛機(jī)的說法，目前還不現(xiàn)實(shí)”。
其次是價(jià)格。雖然3D打印機(jī)的價(jià)格在不斷下降，但很多打印材料還需從國(guó)外進(jìn)口，且價(jià)格昂貴。
再就是制造速度。如果新研發(fā)一個(gè)新產(chǎn)品，單件小批量生產(chǎn)，用“3D打印”肯定比傳統(tǒng)開發(fā)模具生產(chǎn)要快，但如果批量生產(chǎn)，“3D打印”速度要慢得多。
另外還有性能。業(yè)內(nèi)人士坦言，由于“3D打印”采用層層疊加工藝，層和層之間的粘結(jié)再緊密，也無(wú)法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄的零件相媲美；同時(shí)，每一層的厚度再薄外表面也仍需打磨才能滿足精度要求。
工信部將扶植發(fā)展
企業(yè)上了馬，還需扶一程。
日前，工信部副部長(zhǎng)蘇波在2012年增材制造技術(shù)國(guó)際論壇暨第六屆全國(guó)增材制造技術(shù)(即“3D打印”)學(xué)術(shù)會(huì)議上表示，工信部將推動(dòng)“3D打印”產(chǎn)業(yè)化，“3D打印”路線圖和中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略即將制定。他還表示，要加大對(duì)增材制造技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的支持力度，研究制定支持增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的專項(xiàng)財(cái)稅政策。
這一消息讓在濟(jì)南做3D打印機(jī)銷售的劉道峰吃了一顆定心丸。他所在的美資公司主要從國(guó)外引進(jìn)3D打印設(shè)備在國(guó)內(nèi)銷售。該公司創(chuàng)始人是一位在濰坊從事軟件工作的美籍工程師，看好濰坊高新區(qū)的電子產(chǎn)業(yè)集群，因此在該地“落腳”成立公司，“我們的銷售范圍是整個(gè)山東省”。
提到3D打印機(jī)產(chǎn)業(yè)化，他說，現(xiàn)在不管是3D打印機(jī)耗材還是配件，他們都要從國(guó)外進(jìn)口，主要是因?yàn)樵谏綎|沒有配套的供貨鏈，“現(xiàn)在南方多地都建立了專業(yè)產(chǎn)業(yè)園”。理想的模式是形成產(chǎn)業(yè)集群，有研發(fā)生產(chǎn)耗材的，有提供配件的，也有提供相關(guān)服務(wù)的企業(yè)。
此前，濟(jì)南市經(jīng)信委發(fā)布的關(guān)于3D打印企業(yè)的報(bào)告中，也認(rèn)可了劉道峰的說法，并提出大力支持產(chǎn)學(xué)結(jié)合。
