甘肅高鐵學(xué)校：3D打印未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)

作為工業(yè)4.0時(shí)代最具發(fā)展前景的制造技術(shù)之一，3D打印技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入醫(yī)療、建筑、航天、教育、機(jī)械工業(yè)等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，而它對(duì)于生產(chǎn)方式的變革，很有可能進(jìn)一步顛覆今天的商業(yè)模式。

無(wú)論你身處哪個(gè)行業(yè)，作為企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者和管理者，必須時(shí)刻關(guān)注3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀和趨勢(shì)。下面，甘肅高鐵學(xué)校為我們揭曉了3D打印產(chǎn)業(yè)未來(lái)發(fā)展的十大方向。

20世紀(jì)80年代后期，3D打印機(jī)的橫空出世，開(kāi)啟了增材制造新時(shí)代。

近年來(lái)，借著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的東風(fēng)，3D打印步入快速發(fā)展期。世界各國(guó)紛紛將其作為未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的增長(zhǎng)點(diǎn)加以培育，如2012年美國(guó)將“增材制造技術(shù)中心”確定為首個(gè)制造業(yè)創(chuàng)新中心(后更名為“美國(guó)制造”)，歐盟、日本、韓國(guó)、新加坡、俄羅斯、南非、印度等國(guó)也通過(guò)各種措施推進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國(guó)的3D打印技術(shù)與世界先進(jìn)水平基本同步，但產(chǎn)業(yè)化仍處于起步階段。

未來(lái)，3D打印將朝著速度更快、精度更高、性能更優(yōu)、質(zhì)量更可靠的方向發(fā)展，成為一股強(qiáng)大的科技力量。

趨勢(shì)一：桌面級(jí)市場(chǎng)已陷入“紅海”，掘金工業(yè)級(jí)正當(dāng)時(shí)

近幾年，桌面3D打印機(jī)“叫好又叫座”，銷量呈現(xiàn)大幅增長(zhǎng)，而工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)則略顯慘淡。

但經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，桌面級(jí)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)已近“白熱化”，加之利潤(rùn)小、精度低、實(shí)用性不佳，天花板效應(yīng)明顯。而工業(yè)級(jí)市場(chǎng)契合了智能制造的理念，可廣泛運(yùn)用于汽車、航空航天、機(jī)械工業(yè)、醫(yī)療等市場(chǎng)需求大、發(fā)展?jié)摿Υ蟮念I(lǐng)域，隨著技術(shù)的逐漸成熟和成本的不斷降低，將會(huì)爆發(fā)出難以想象的巨大能量。

趨勢(shì)二：金屬3D打印領(lǐng)域快速發(fā)展，應(yīng)用端空間漸打開(kāi)

金屬3D打印被稱為“3D打印王冠上的明珠”，是門(mén)檻最高、前景最好、最前沿的技術(shù)之一。同樣來(lái)自CONTEXT發(fā)布的數(shù)據(jù)，2015年全球金屬3D打印機(jī)銷量增長(zhǎng)了35%，2019年上半年同比增長(zhǎng)17%，可以說(shuō)是工業(yè)級(jí)3D打印領(lǐng)域逆勢(shì)上漲的一朵“奇葩”。

在汽車制造、航空航天等高精尖領(lǐng)域，有些零部件形狀復(fù)雜、價(jià)格昂貴，傳統(tǒng)鑄造鍛造工藝生產(chǎn)不出來(lái)或損耗較大，而金屬3D打印則能快速制造出滿足要求、重量較輕的產(chǎn)品。

趨勢(shì)三：3D打印產(chǎn)業(yè)化還需時(shí)日，“增”“減”制造長(zhǎng)期共存

3D打印采用增材制造技術(shù)，是對(duì)以“減材制造”、“等材制造”為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新與挑戰(zhàn)，但并不是非此即彼的關(guān)系，而是并存互補(bǔ)的關(guān)系。

從歷史看，傳統(tǒng)制造業(yè)經(jīng)過(guò)了幾千年的積累和發(fā)展，技術(shù)、工藝、材料等已經(jīng)非常成熟，而3D打印則是一個(gè)新生事物，只有30多年的發(fā)展歷程，在速度、精度、強(qiáng)度等方面還有諸多限制。從現(xiàn)狀看，當(dāng)前3D打印市場(chǎng)份額十分有限，專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)Wohlers Associates發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2015年全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模為51.65億美元，至2020年將達(dá)到212億美元，而這與數(shù)十萬(wàn)億美元的制造業(yè)市場(chǎng)相比，還微乎其微。

相比傳統(tǒng)制造，3D打印研發(fā)周期更短、用料更省，在小批量、個(gè)性化定制等方面優(yōu)勢(shì)明顯，但在大規(guī)模生產(chǎn)方面存在著許多不足之處。增材制造雖然不能完全替代減材制造、等材制造，但作為傳統(tǒng)制造技術(shù)的有益補(bǔ)充，3D打印將極大地推動(dòng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

趨勢(shì)四：產(chǎn)品生產(chǎn)方式加速變革，“整”“分”制造攜手共進(jìn)

3D打印是工業(yè)4.0時(shí)代最具發(fā)展前景的先進(jìn)制造技術(shù)之一，它從兩個(gè)方面改變了產(chǎn)品的生產(chǎn)方式。

一方面，傳統(tǒng)制造業(yè)以“全球采購(gòu)、分工協(xié)作”為主要特征，產(chǎn)品的不同部件往往在不同的地方進(jìn)行生產(chǎn)，再運(yùn)到同一地方進(jìn)行組裝。而3D打印則是“整體制造、一次成型”，省去了物流環(huán)節(jié)，節(jié)約了時(shí)間和成本。

另一方面，傳統(tǒng)制造業(yè)以生產(chǎn)線為核心、以工廠為主要載體，生產(chǎn)設(shè)備高度集中。而3D打印則體現(xiàn)了以大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息技術(shù)與制造業(yè)的融合，生產(chǎn)設(shè)備分散在各地，實(shí)現(xiàn)了分布式制造，從而省去了倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)。“整體制造”和“分布式制造”在字義上看似矛盾，在3D打印技術(shù)上則實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，前者強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)過(guò)程，后者強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)行為，共同推動(dòng)著產(chǎn)品生產(chǎn)方式的變革。

趨勢(shì)五：成型尺寸向兩邊延伸，大小產(chǎn)品顛覆想象

隨著3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，產(chǎn)品成型尺寸正走向兩個(gè)極端。

一方面往“大”處跨，從小飾品、鞋子、家具到建筑，尺寸不斷被刷新，特別是汽車制造、航空航天等領(lǐng)域?qū)Υ蟪叽缇軜?gòu)件的需求較大，如2019年珠海航展上西安鉑力特公司展示的一款3D打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)中空葉片，總高度達(dá)933mm。

另一方面向“小”處走，可達(dá)到微米納米水平，在強(qiáng)度硬度不變的情況下，大大減輕產(chǎn)品的體積和重量，如哈佛大學(xué)和伊利諾伊大學(xué)的研究員3D打印出比沙粒還小的納米級(jí)鋰電池，其能夠提供的能量卻不少于一塊普通的手機(jī)電池。

未來(lái)，3D打印的成型尺寸將不斷延伸，從大的不可思議到小的瞠目結(jié)舌，“只有想不到的，沒(méi)有做不到的”。

趨勢(shì)六：材料瓶頸待攻克，“質(zhì)”“量”趨升“價(jià)”趨降

“巧婦難為無(wú)米之炊”。3D打印材料是3D打印技術(shù)發(fā)展不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是當(dāng)前制約3D打印產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。近年來(lái)，隨著3D打印需求的增加，3D打印材料種類得到了迅速拓展，主要包括高分子材料、金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料等三大類。但與傳統(tǒng)材料相比，3D打印材料種類依然偏少。以金屬3D打印為例，可用材料僅有不銹鋼、鈦合金、鋁合金等為數(shù)不多的幾種。

另外，3D打印對(duì)材料的形態(tài)也有著嚴(yán)格的要求，一般為粉末狀、絲狀、液體狀等，相比普通材料價(jià)格比較昂貴，根本無(wú)法滿足個(gè)人與工業(yè)化生產(chǎn)的需要。足夠多“買(mǎi)得起”的材料才能為技術(shù)的發(fā)展提供足夠多的選擇空間、為應(yīng)用的擴(kuò)展提供足夠多的想象空間。

未來(lái)，3D打印材料將成為研究開(kāi)發(fā)的焦點(diǎn)、資本涌入的風(fēng)口，材料種類、形態(tài)將得到進(jìn)一步拓展，價(jià)格下降可期，精度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、安全性也更加有保障。

趨勢(shì)七：手術(shù)可排練、治療更精準(zhǔn)

3D打印的“個(gè)性化定制”與醫(yī)療行業(yè)的“對(duì)癥下藥”有著天然的契合性，二者的結(jié)合主要體現(xiàn)在四個(gè)方面。

一是術(shù)前演練，利用3D打印技術(shù)還原出病患部位模型，讓醫(yī)生更直觀地了解病理結(jié)構(gòu)，增加了手術(shù)的成功率。

二是醫(yī)療器械，包括助聽(tīng)器、護(hù)具、假肢等外部設(shè)備以及關(guān)節(jié)、軟骨、支架等內(nèi)植物。

三是“量身”制藥，根據(jù)患者的生理特點(diǎn)、具體需要調(diào)配藥物，提高了藥物的有效性。

四是生物打印，用人造血管、心臟、神經(jīng)、皮膚等來(lái)修復(fù)、替代。

甘肅北方技工學(xué)校（華山教育集團(tuán)·軌道交通運(yùn)輸學(xué)校）為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)技工學(xué)校，學(xué)校開(kāi)設(shè)有鐵道運(yùn)營(yíng)專業(yè)、國(guó)際郵輪專業(yè)、汽車工程專業(yè)、機(jī)電一體化專業(yè)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)、3D打印專業(yè)、學(xué)前教育專業(yè)、烹飪與酒店管理等專業(yè)。

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