当3D打印遇上工业4.0是“叫好不叫座”吗?

  新生事物潜入我们生活的速度越来越超出原有的认知和预期。3D打印,这项本已诞生30年却一直不温不火的增材制造技术,如今在工业4.0和智能制造大战略背景的指引下,引发了从上市公司到学校教学,乃至个人创业层面的热烈追逐。

  3D打印现状

  作为工业4.0最受瞩目的技术之一,3D打印在全球范围内的发展速度用“突飞猛进”来形容毫不为过。但需要注意的是,从经济性和技术角度看,其定位是对现有制造工艺的补充和完善,而不是对传统制造业的颠覆

  同时,3D打印材料性能还不够稳定,且材料的通用性比较差、成本高企,也制约着3D打印在工业领域应用的进一步发展

  目前,中国的3D打印已在航空航天、汽车、生物医疗、文化创意等领域得到了初步应用,但离实现大规模产业化、工程化应用还有一定距离

  “与热闹的消费级3D打印机相比,工业机的生产与应用要冷清许多。‘高精尖’工业市场毕竟有限,3D打印在其他工业领域的应用还未铺开。”中国国内现在90%的3D打印企业是做打印“小玩意”的桌面机,工业3D打印机的竞争尚未真正开始

  材料品种少、价格贵、性能低,正是制约工业级3D打印应用的关键。工信部、发改委、财政部出台的《国家增材制造产业发展推进计划(2015~2016年)》中,将着力突破增材制造(即3D打印)专用材料,鼓励优势材料生产企业从事增材制造专用材料研发和生产,作为推进计划的第一步

  随着首个3D打印国家政策的出台,3D打印在工业领域的机遇和挑战又一次引发了业内的关注

  高精尖领域“尝甜头”

  卫星每减重一公斤,即可减少10万美元的发射成本。通过运用点对网的3D打印零件,卫星的减重比已达到30%,远超过去减重13%的期望

  华中科技大学研发的大型工业级3D打印机,这台外观看起来像大柜子一样的3D打印机,内里分布着等同于一个制造车间的精密仪器,将物件的三维数据输入电脑并按下“打印”键后,这台“制造车间”就能在数小时内打印出工业级的零件

  在3D打印工业领域的应用中,航空航天业已经开始有所运用

  与此同时,3D打印在复杂结构的造型方面还具有独特优势。“过去设计师在设计零件时,要考虑工艺性,否则到车间制造时会做不出来。但现在基本只要想象比较合理的,就可以3D打印出来。”

  能做一些传统工艺难以做到的“奇形怪状”的结构

  其实,大家能看到的3D打印应用只是冰山一角,某些军工领域早已成熟运用。而且诸如航空航天等高精尖领域对成本不敏感,零件多为单次小批量生产,恰恰与3D打印的特性相符

  《国家增材制造产业发展推进计划(2015~2016年)》已经明确将增材制造作为航空航天制造等高端装备制造及修复的重要技术手段。结合重大工程需求,在航空航天等涉及国防安全及市场潜力大、应用范围广的关键领域和重要产业链环节实现率先突破,也是国家发展增材制造的基本原则之一

  航空航天领域的3D打印应用正热火朝天,但很多技术在实际应用中仍是摸着石头过河。“有的零件可以用3D打印,但零件所处的温度和运动条件一旦变了,就不一定行了。”

  “就像是做宫保鸡丁的技术成熟了,但换做热干面,又不行了,火候、手法还需摸索。”

  材料又贵又少成掣肘

  “3D打印属于增材领域,所以材料发展是3D打印的物质基础,材料发展决定了3D打印的应用范围

  3D打印的材料种类少很难满足需求。目前增材制造的材料仅100多种,而传统减材制造、等材制造的材料有数万种。

  “这就导致了3D打印与工业应用的结合面太窄”

  “出现了‘叫好不叫座’的局面”

  其次,材料的性能还不够稳定,且材料的通用性比较差、成本高企,都制约着3D打印在工业领域应用的进一步发展

  以目前在3D打印工业应用中使用最多的钛合金材料为例,其一公斤的价格为2000~3000元左右。这意味着做一个20多公斤的零件要花5、6万元,而传统铸造业只用花几百元就能搞定,这使得3D打印在“高精尖”以外的其他工业领域难以推广开来