3D打印技術是近幾年全球高科技領域的一個熱門話題。根據市場研究機構Gartner的統計預測,到2018年全球3D打印市場的規模將達503億美元,到2023年則繼續上升至1000億美元,年均增長46%。實際上,3D打印技術的正式名稱為增材制造(AddictiveManufacturing),由美國麻省理工學院(MIT)在上世紀80年代首先提出。
由于核心專利的限制,FDM、SLA、光固化等3D打印主要技術掌握在以stratasys和3Dsystem為代表的美國巨頭手中,機器設備、耗材價格極其昂貴。在過去幾十年發展緩慢,隨著這些專利逐漸到期,全球新進競爭企業呈現井噴事態。中國作為世界制造中心,以珠海西通電子有限公司為代表的一批3D打印研發企業迅速崛起,正在改變世界3D打印市場版圖。
商業應用仍占主流
利用3D打印技術制造產品原型一直都是該技術自發展以來最重要的用途,它能夠讓使用單位在研發階段降低或緩和因產品設計、造型和功能等因素所帶來的風險,還能支持新的制造流程,縮短產品研發周期。
在模具制造業中,珠海西通公司的3D打印解決方案被運用在水管制造商Staney公司的加工制造過程中,成功將原型部件注塑模具工具的交付周期縮短了97%左右。Staney公司3D技術服務部負責人林相明表示,公司現在使用CTCCE多材料3D打印機,在24小時內就能打印出3D注塑模具工具,且只需花費制造金屬工具成本的一小部分。林相明稱:“過去,我們生產金屬工具的交付周期為4—5周,且生產成本十分高昂;現在,憑借3D打印機,可以在白天完成工具的設計,夜間進行3D打印,次日早晨利用一系列最終產品材料對其進行測試。這一全新的加工方法顯著節省了我們的時間和成本。”
利用3D打印技術制造醫療器材是另一個令人振奮的發展方向。以較為成熟的齒科應用為例,3D打印技術運用計算機輔助設計(CAD)文件數據,為每位患者逐層創建出專用的塑料制品,滿足了定制化、以及大批量生產這兩項要求,并且協助提升了手術的精準度,因此在牙科治療和美容手術中受到了歡迎。另外,在骨科應用中,3D打印技術同樣也能夠以優良的單位成本優勢實現定制化生產骨科植入物或其它醫療器械的目標。
對于大眾消費類市場而言,盡管有關機構表示,由于生產技術和產品價格等因素,3D打印技術在這一領域中仍需5到10年才能達到成熟期,但一些行業領導企業已經開始積極布局這一市場。3DSystems公司近期公布的2014下半年戰略重點中,就有繼續拓展3D打印產品與技術的消費級應用。例如通過與消費領域的領先企業如:好時(Hershey)、孩之寶(Hasbro)、史泰博(Staples)和美泰(Mattel)等公司聯手,進一步推動消費級3D打印市場的容量。據稱,3DSystems將于今年秋天在洛杉磯推出世界上第一家數字面包店,該面包店將有助于促進其開發的糖果ChefJet系列3D打印機的市場推廣力度。
3D打印機市場格局初現
越來越多的OEM廠家正加入到3D打印機供應商的行列中。根據Gartner的預測,2014年全球3D打印機的出貨量將達到9.9萬臺左右,2015年這一數值將成倍增長;同時,2014年全球市場對3D打印機的支出將同比增長62%,達到16.69億美元,其中企業支出將為10.36億美元,消費類支出約為6.33億美元。
在頂級3D打印機供應商的名單中,3DSystems和Stratasys公司是兩大代表,他們目前的研發重點也是行業的主流趨勢之一,那就是如何令到3D打印設備的價格能夠被更廣泛的市場所接受。在過去,主要用于工業應用的3D打印機的價格至少要在10萬美元以上。而如今,3D打印機的目標價位是要降至1300美元左右。特別是對于小型公司而言,成功的關鍵在于能否滿足1300美元范圍內的市場需求,以適應大批量生產和銷售,或者是否擁有一些專利技術,以求被收購??傊?,未來3—5年內,大多數規模較小的3D打印機公司將遇到嚴峻的考驗。
傳統(2D)打印機廠商同樣是一股不可忽視的勢力,許多商業化3D技術都是由2D打印機廠商所開發的,其中包括佳能、惠普、京瓷、理光和富士施樂等。毫無疑問的是,這些2D打印機制造商一直都在等待3D市場的成熟和出貨量的起飛,目前他們正利用已有的自身品牌積累,積極作好進軍3D打印市場的準備。
珠海西通領銜中國3D打印產業迎來重要“窗口”期
作為全球重要的制造業大國,3D打印技術在中國同樣獲得了政策面和產業面的高度重視。世界3D打印技術產業聯盟秘書長羅軍在今年6月舉行的2014年3D打印技術產業大會上指出,未來三到五年是中國3D打印發展的重要“窗口”期,到2020年3D打印產業有望實行全面產業化。
在桌面級設備方面,今年8月,珠海西通電子有限公司發布了國內首款采用SLA光固化技術的3D打印機,打印精度最高可達0.025mm,打印速度可實現每小時15mm,產品定價約為2萬元左右,大幅提升了產品的品質和性價比。此外,在主流的FDM3D打印機市場上,珠海西通電子、杭州先臨三維科技股份有限公司、深圳武騰科技有限公司等都是目前本土重要的供應廠商。
在工業級開發上,西安鉑力特激光成形技術有限公司以西北工業大學凝固技術國家重點實驗室為技術依托,主要從事高性能致密金屬零件的激光立體成形制造,以及金屬零件的激光修復再制造。目前采用鉑力特的金屬3D打印技術,僅用25天即成功制造出大型民用客機翼身組合體大部段中的關鍵零部件鈦合金上、下翼緣條,大大縮短了航空關鍵零部件的研發周期。今年三月,空中客車公司與鉑力特簽署了合作協議,共同開發激光3D打印技術在航空領域的應用。
對于國內3D打印產業的未來前景,羅軍認為,中國企業仍然需要從技術研發、產品成熟度、市場開發、材料開發等多個層面加大投入力度,走集群發展的道路,引導科研單位與傳統產業的轉型升級相結合,同時還要加強與國際市場的對話合作,力爭走在全球3D打印產業的技術前沿。