给3D打印机祛除虚火
它是预言中支撑第三次工业革命、颠覆机器大生产的“革命力量”;美国人相信,依仗它可以重振制造业,“中国制造”有望变为“美国制造”。
这个神奇的它,就是3D打印技术——不是打印三维立体画,而是打印真真切切的三维实物。从发达国家到中国,“3D打印”炙手可热。惟有祛除虚火,摆脱跟风炒作,少谈“革命”,多找应用,快补短板,立足信息化带动工业化,助推制造业转型升级,这个新兴产业才会迎来健康发展。
一块“打印”出来的骨头
“那是很复杂的髋关节手术,可主刀医生拿起刀,不假思索做完整个手术。”回忆7年前在德国汉堡观摩的骨科手术,东南大学附属中大医院骨科主任王宸教授难掩兴奋。
“这手术,换咱们做,要等创面打开,仔细探查,敲定方案才会动刀。他怎么上来就敢下刀?德国医生拿出病人手术部位的骨骼模型。他已在这上面操练多次了。”当王宸被告知,这骨头是用3D打印机“打印”的,别提有多好奇了。最近,他欣喜得知:花16万元,在南京就能买到3D打印机。
真实的人物
三维扫描
电脑3D建模
电脑呈现的3D模型
3D打印
清理残渣
完成啦!
为王宸圆梦的3D打印机,由南京紫金立德电子有限公司生产。记者日前走进这家公司,见到这款神奇的机器。它比喷墨打印机略大,流线外形小巧精致。打开机器盖头,操作台上,一块琥珀色的“方砖”已有寸高,一根针在“方砖”上用力刻画,吱吱作响。针走一圈,边上就推送一层膜覆上,“方砖”内,一个不规则部件形状初现。
“3D打印机,其实是快速成型机,叫它“打印机”,更多为方便公众理解。”紫金立德公司总经理连宁说,全球3D打印机形成四大流派,即熔融堆积、叠层堆积、粉末堆积、激光成型。它们都用软件设计三维图,再用塑料、金属、树脂等耗材,逐层累积“打印”三维实物。紫金立德所产3D打印机,就属叠层堆积。而在南京宝岩自动化公司,记者见到另两种3D打印机:
一根白色塑料绳穿过操作臂,经230度高温熔化后,从细小的喷嘴里流出,在操作台上一层接一层地游走描画,塑料随即凝结成型。这不是蛋糕师做奶油裱花,而是熔融堆积3D打印机在做薯条。制作这小小玩具,它要8小时。
“这是粉末堆积打印机,它有1000多个喷嘴,能喷出几百万种色彩。它能逐层堆积石膏粉末,打出立体彩色沙盘。”南京师范大学自动化学院教授、宝岩公司董事长杨继全说。
“把思想快速物化、可视化,是3D打印技术最大的优点。它能缩短新品开发周期,提高设计质量,降低研发成本。”南京理工大学自动化学院孔建寿教授说,“过去,设计师先画图,再做模具,稍有出入,都要从头再来,花几个月很正常。而有了3D打印机,设计师白天画图,晚上打模型,第二天拿着实物讨论,要改,点点鼠标就行。等设计到位,再做模具。”南京翰纳科技公司花2万元购置宝岩所生产的3D打印机,开发等离子保鲜器,一次制模成功,而在过去,那得开模七八次,花费八九万元。
生产构造复杂、批量小的零部件,3D打印机身手不凡。“这涡轮零件,构造很复杂,用传统工艺铸模,只能分片制作再焊接,做起来很慢,精度难保证。拿3D打印机做,只要设计出来,就能一丝不差打出来。日本雅马哈摩托车队野外训练,有些特殊零件坏了,用我们打印机打出来,换上去就能用。”连宁说,有些个性化产品,如假牙,每一颗都不同,用3D打印机“打印”,既经济,又合嘴。
这个产业江苏有基础
3D打印算不得最新技术。上世纪80年代末,全球首台3D打印机已在美国诞生。这个产业,以色列、美国、德国领跑全球,中国跟随其后,而江苏基础不错,处于国内前列。
技术引进,原料进口,产品出口,紫金立德投产三年,产能跻身国内前列,已向30多个国家出口1260台机器。公司拿出25%的股份,买断以色列Solidimension公司叠层堆积技术,并已消化吸收,打印机零部件国产化率达六成。
自主研发6款3D打印机,收获26项发明专利、6项软件著作权,杨继全靠的是整合资源开放式创新。他所带南师大30人团队,来自软件、电子、机械等多个学科,从事基础研究;公司所聘十几位工程师,承担应用研究。他还支付项目经费,向上海交大、美国克拉姆森大学购买研发服务。被其视为“宝贝”的粉末堆积3D打印机,历时8年研发成功,宝岩握有全套技术的知识产权。今年,公司有4款设备形成量产,已售出480台,收入611万元,公司略有盈利。
满足个性化需求,进入个人市场,被视为3D打印机新的发展方向。全球首款3D打印个人机前年入市,去年销量增长近3倍。今年,美国家用3D打印机已上市,单价1500美元以下,颇受孩子欢迎,售出1万台。宝岩新近推出个人机,售价8000元,售价万元的家用机明年上市。
发展3D打印,江苏高度重视。杨继全研发团队成立10年,各级财政投入扶持资金1927万元。省里将加大对这一产业的政策及资金扶持力度。
它革不了传统制造业的命
去年至今,3D打印在发达国家被赋予前所未有的地位:与蒸汽机、晶体管并列的伟大发明、第三次工业革命最具标志性的生产工具……3D打印机将替代传统制造业的预言广为传播。以提出“第三次工业革命”的里夫金为代表,很多人诗意憧憬未来:
花几千美元,买台3D打印机,人人都能开工厂、办公司,想要什么,只需下载图纸,按一下“打印”键,就去喝咖啡吧,剩下的事,交给3D打印机。
这股“3D打印神话”正向中国蔓延。今年,国内股市涌出近十只3D打印概念股,备受游资追捧,股价几度涨停,有的甚至翻番。华泰证券研究所研究员蒋宏民说,这些股票所属企业,多半跟3D打印并无关联,仅有两家生产3D打印机,但项目刚刚起步。
“3D打印热,炒作大于实际意义!”南京航空航天大学机电学院田宗军教授说。受访的14位国内专家指出,3D打印技术还在发展,产业远未成熟,替代不了传统制造业,将其重要性吹捧过头,会误导产业发展。服务创意,生产特殊零部件,3D打印有优势,但它只是对传统工艺的补充,只是“锦上添花”的技术。不能把3D打印万能化,什么“打印飞机”、“打印汽车”,都不靠谱,只是打个模型。南京大学钱志新教授说,3D打印“打印”是表象,核心在软件,只有跟传统制造业改造与提升相结合,这种信息技术才有更大生存空间。
一项新技术能有多大前景,取决于需求与成本。“全球3D打印机去年产销3万台,收入40亿美元”;“去年全球行业产值7—8亿美元,中国仅为1—2亿元人民币”……对3D打印产业规模,业内评估不一。而据美国权威咨询数据,去年全球该行业产品与服务收入17亿美元,今年可达21亿美元,到2019年,将达60亿美元。国内3D打印用户多为学校、医院,而企业创新意识不足,需求极少。紫金立德内销3D打印机仅60台。这区区几十亿美元,如何迅速造就一个“革命性产业”?
至于个性化生产,未来会有发展,但要取代机器大生产,眼前看不到可能。一台3D打印机,不足以让人类回归自给自足的小生产。比起标准化、规模化的流水线,其制造成本更高、效率更低。华中科技大快速制造中心副总经理吴澄说,用3D打印制造汽车发动机,成本是车价的50倍。紫金立德所产3D打印机一次“打印”9枚高尔夫球,就要8小时。要是“打印”飞机、汽车,成本之高谁能承受?谁会做出如此不经济的选择。更何况,技术还不允许这么做。
扶持新兴产业不能走老路
“我们设计产能2万台,要做到盈亏平衡,每年必须产销1500台。前年出口近700台,去年卖出300多台,今年外需继续滑坡,销量只有200多台。”连宁直言,公司虽能盈亏平衡,若考虑1亿元前期投入,那是亏损严重。国内现有40多家3D打印企业,拿出产品的近10家,其中,产量过百台的仅4家,而拥有核心技术的,那就更少了。从核心技术、应用材料到市场渠道,3D打印产业的“命门”握在发达国家手中。所谓“中国3D产业与国外差距不大”,这种说法盲目乐观。
软件之于3D打印机,好比大脑之于人。缺了软件,设计师灵感再多,变不成模型,打不出实物。作为3D打印支撑技术的软件系统,现为美国、以色列几家大公司控制,国内近乎空白。
“耗材技术滞后,是国内3D打印产业面临的最大制约。”亚洲制造业协会总监王珏说。紫金立德一年进口20多吨PVC材料,每公斤就要10美元。这种材料对纯度、平整度要求极高,国内做不出。常州有家小企业,答应为其加工耗材,真能做出来,价格只要进口的三分之一。耗材开发滞后,制约了3D打印应用。像医疗行业,从假肢、假牙到血管支架、皮肤,国外都能打出来,而国内只能打诊断模型。无锡飞而康快速制造科技公司为社会提供3D打印服务,但所需金属粉末涉及航空,从国外进口受限制,3个月才准买一次,一次只给25公斤。公司副总经理王安琪感慨“难为无米之炊”。
3D打印需求九成在欧美,全球行业集中度极高,欧美两家龙头企业已占七成份额。过度依赖外需,内需启动缓慢,使国产3D打印产业生存现状不容乐观。尽管紫金立德亏本,作为股东的以色列人却能赚钱,他们垄断外销渠道,以6000美元的价格购得紫金立德打印机,转销欧美,开价1.5万—2万美元。
核心环节对外依赖,使得国内3D打印产业陷入高成本、低回报、高风险的困境。省社科院院长刘志彪教授呼吁,发展3D打印产业,政府不能沿用落后方法,必须摆脱出口依赖、低端起步、不顾需求一哄而上的思维定势。
市场>技术>政策,湖南华曙高科技公司总裁许小曙提出的这个新兴产业发展不等式,备受业界认同。曾任美国3D Systems公司技术总监的他说,这家全球产业龙头企业开发的新技术,八成被需求不足卡掉。以需求为导向,以企业为主体,因势利导,编制产业规划,出台激励政策,政府扶持才能扶到点子上。3D打印技术发达国家有优势,但未形成绝对垄断,整合资源,扶持企业开放式创新,拉长技术、耗材“短板”,政府应该有作为,但须扶持有规模需求的技术创新,来了项目就给钱,只会造成资源浪费。
12月初,南京经济开发区管委会决定联手紫金立德,共建3D打印应用服务平台,承接社会3D打印需求。这不失为启动内需,放水养鱼,扶持3D打印产业的明智选择。比利时建有欧洲最大的3D打印服务中心,配有近百台各类设备,年产值几亿欧元。全球3D打印服务收入,已占行业产值一半多。政府要扶持企业,更要刺激消费,不妨补贴“打印费”,引导更多单位“尝鲜”3D打印,进而自购设备。如此,既能找准3D打印提升工业化,服务其他行业的应用点,从而拉动产业发展,又能带动企业自主创新。
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