盘点3D打印三大弊端:伦理和安全(2)
电子产品:美国桑迪亚国家实验室和德克萨斯大学制造的3D电路已经被证明可以实现传统印刷电路板的类似功能。这种环绕在电子产品轮廓外围的3D电路结构,有助于设计产品的最佳造型,不需要再像传统印刷电路板那样为了适应产品的外观而在形状和大小上受限。3D电路未来的进一步发展将更有吸引力,所有的便携式电子设备将需要配备一个自给电源,因此全球便携式发电设备将是一个超过500亿美元的大市场,而发电设备使用碳氢燃料将比目前使用电化学反应的方式具有更高的储能效率。3D打印技术非常适合于制造这样的小尺寸发电设备,材料上也具有可行性,因为发电设备的某些部分应采用低导电性材料(如塑料),而其他部分需要高导电性或催化性能材料(如金属)。
生物医疗:目前,3D打印已成功应用于定制植入物、假体和组织支架。细胞和蛋白质的生物增材制造(BAM)技术也在研究之中,这个市场需要2~3年的准备期。采用3D细胞结集作为3D细胞培养物、疾病和药物研究的体外模型技术也得到了广泛的研究,BAM制造3D细胞模型的市场将在5年内启动,以满足日益增长的3D细胞培养和3D生物研究。随着现代生物学和BAM技术的进步,功能性组织可以在未来10年内采用BAM技术制造,15年内可能会出现器官打印。预计在10年之内,美国的每一个细胞培养室将会把计算机控制的3D细胞增材制造系统作为标准化配置,生物学家将使用此系统进行日常的3D细胞结集,用于3D细胞培养物、疾病和药物研究的体外模型或再生组织替代品。
珠宝:珠宝商将使用3D打印制造限量版产品,目前已经可以用钛合金材料打印吊坠。以激光烧结黄金合金材料打印制作项链的技术也是可行的,而制作这种链子传统上需要复杂而昂贵的机械。
游戏化身:近来,新的3D打印业务出现在“魔兽”、“孢子”和“摇滚乐队”等风靡世界的电脑游戏中,成千上万的定制产品已经被生产,这将是个快速增长的消费市场。相信在未来,视频游戏可以推动3D打印发展,与过去几年其推动计算机硬件的发展历程类似。
收藏品:自由成型的特性使得3D打印适用于广泛的消费类产品。3D打印技术制造的艺术品、塑料和金属雕塑、家具、家居饰品以其独特品质,证明了这类产品的市场潜力。一些机构已经使用3D打印技术定制纪念礼品、奖章和奖杯作为特别礼物赠送给客户、员工等供欣赏和纪念。
玩具:不久的将来会出现价格区间在100~150美元的消费类3D打印机,这类3D打印机非常适合用于游戏、教育和娱乐。而且很多网站都是开源的,这些网站提供几乎无限量的动物、人物、汽车等三维模型,孩子们将下载这些3D模型,并根据自己的意愿进行设计和修改,最后通过3D打印机生产专属作品。
食品:特殊食品被认为是具有130亿美元潜力的巨大产业。美国康奈尔大学和法国烹饪学院已成功研制将巧克力、奶酪、豆沙和扇贝等食材打印成3D人物、公司徽标、名称和其他对象的技术。
教育:在教育领域,可以通过成形模型验证科学假设,用于不同学科的实验和教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校,3D打印机已经被用于教学和科研。预计在未来10~12年内,学校将普遍开设使用3D打印技术设计制造零件的课程。
重振制造业的“战略级技术”
奥巴马政府2012年提出重振美国制造业的一系列发展方案,将增材制造列为11项重要技术之一。在美国政府计划斥资10亿美元兴建15家制造业创新研究所组成的“全美制造业创新网络”中,增材制造研究机构正是第一个成立的。
2012年8月,奥巴马政府宣布在俄亥俄州的扬斯敦设立一所由政府部门和私营部门共同出资建造的制造业创新研究所——国家增材制造创新研究院(NAMII),专门研发增材制造技术。由美国国防部、能源部、国家航空和航天局、国家科学基金会、商务部等5家政府部门共同出资4500万美元,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4000万美元。奥巴马政府期待通过NAMII整合高校、企业和政府的力量,加快增材制造技术创新,弥补基础研究和成熟应用之间的差距,从而带动区域制造业的创新和提升。NAMII目前主要研究打印材料特性和效能、资格鉴定和认证测试、加工能力和过程控制等三项技术主题。
美国国家科学基金会和海军研究办公室早在2009年已经组织来自学术界、工业界和政府的65位专家组成工作组,研究未来10~12年的增材制造技术路线图,就增材制造在设计、过程建模和控制、材料和机器、生物医学应用、能源和可持续发展应用、社区发展、教育、国家实验中心等方面的发展提出了一些规划。而在此之前,欧洲和日本也组织过增材制造相关路线图的研究。增材制造正成为发达国家日益关注的战略性产业核心技术。
我国国家工信部也表示,近期将组织研究制定增材制造技术路线图、增材制造业中长期发展战略,并推动完善增材制造技术规范与标准制订。此外,将加大财税政策引导力度,加大对增材制造技术研发和产业化的支持力度,研究制定支持增材制造产业发展的专项财税政策,还将适时筹建增材制造行业组织,积极组织行业力量开展产业政策研究,推动增材制造技术研发和产业化。
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