目前中國3D打印技術發展面臨諸多挑戰,總體處于新興技術的產業化初級階段,未來3D打印技術最有可能在美國和中國率先大規模產業化。國內的3D打印主要集中在家電及電子消費品、建筑、教育、模具檢測、醫療及牙科正畸、文化創意及文物修復、汽車及其他交通工具、航空航天等領域。2013年4月,科技部近期公布的最新《國家高技術研究發展計劃(863計劃)、國家科技支撐計劃制造領域2014年度備選項目征集指南》,首次將3D打印產業納入其中。《指南》中提到,破3D打印制造技術中的核心關鍵技術,研制重點裝備產品,并在相關領域開展驗證,初步具備開展全面推廣應用的技術、裝備和產業化條件。2010年,中國3D打印機的裝機總量為400臺,近兩年,增長2010年以來年增速均在70%左右,可以估計2012年,中國3D打印機的裝機總量超過1000臺;以此增速,2013年中國3D打印機的裝機總量可達1700余臺。
據相關統計數據顯示,2014年中國十大3D打印企業排行榜如下:
武漢濱湖機電技術產業有限公司
杭州先臨三維科技股份有限公司
北京隆源自動成型系統有限公司
北京殷華激光快速成型與模具技術有限公司
沈陽新松機器人自動化股份有限公司
中航天地激光科技有限公司
湖南華曙高科技有限責任公司
飛而康快速制造科技有限公司
南京紫金立德電子有限公司
陜西恒通智能機器有限公司
3D打印不是創造一個新的產業,而是將自動化技術提升到新的水準。事實上,3D打印并非一個完全脫離傳統產業、外生的產業,而是作為一項新技術嵌入到傳統產業的方方面面,不僅對第二產業———工業產生革命性影響,對第一、第三產業,對經濟、社會都將帶來深遠影響。
3D打印產業集群
3D打印產業鏈上游的難點主要是技術層面的,技術上的突破將使整個產業的經營成本降低,從而拓展更廣闊的市場。如采用激光燒結(SLS)工藝所使用的尼龍粉末材料,具有強度高等優點,然而這種材料為國外廠商壟斷,售價高達每公斤上千元。尋找廉價質優的替代品是當務之急。下游的難點主要是經濟層面的,市場的潛在需求尚未激發出來。主要原因在于,多數企業對3D打印技術缺乏認識,還沒有意識到其應用價值。
產業集群的構建將經歷三個階段:
第一階段,研發機構(或團隊、個人)+企業產業集群。這里的“產業集群”并非真正意義上的產業集群,“產業集群”僅僅包含“研發機構+企業”,“研發機構+企業”扮演了整個產業集群的功能。
第二階段,“技術溢出產業集群”模式,以3D打印企業為核心,進行縱向與橫向技術溢出,構建以技術溢出為基礎的產業集群??v向技術溢出是向集群內產業鏈上下游的技術溢出;橫向技術溢出是向集群內產業鏈同一環節的技術溢出,如工業級3D打印機技術向民用級技術溢出,是打印機生產適合市場需要,多元化發展。
第三階段,“分工型產業集群”,核心企業處于“做減法”狀態,把企業內生產環節剝離出去形成新的企業,最終只保留具有核心技術或核心價值的部分。
目前國內3D打印產業集群的發展還處于第一階段。典型例子是上述依托華中科技大學成立的武漢濱湖機電:旨在構建3D打印產業集群的武漢光谷3D打印產業園,華中科技大學與武漢濱湖機電就是其中的主導力量。另一個例子是湖南華曙高科,該公司也扮演了整個產業集群中的每一個角色— ——在做激光燒結3D打印設備的同時,把材料研發放在至關重要的戰略地位,成為能同時提供自主制造設備原材料和終端產品制造服務的企業。
3D打印對經濟模式的影響
3D打印對經濟的影響將是廣泛而深遠的。15世紀中葉的印刷術、18世紀中葉的蒸汽機、20世紀中葉的二極管,都曾經給當時的世界帶來翻天覆地的變革。然而在當時,沒有人曾準確預測到這些新技術對人類的深刻影響。同樣,今天也沒有人能準確預測3D打印對當前經濟模式產生的深遠影響。但是,
不可否認的是,3D打印技術已經出現,它將對它能接觸到的一切領域產生沖擊。
3D打印對生產成本的影響
3D打印有利于降低生產成本,這將是3D打印技術滲透到經濟各環節的現實基礎。3D打印降低生產成本的原因歸納起來有以下幾個方面:
(1)提高生產效率。表現為三個方面:第一,提高產品設計效率。在現有生產技術條件下,產品設計環節還難以實現標準化生產,3D打印技術的應用使制造業中快速原型環節制作效率大大提高,使產品設計環節更高效、更經濟,從而大大提高生產效率。第二,縮短產品研制周期。3D打印無需機械加工或任何模具,就能直接從計算機圖形數據中生成任何形狀的零件,從而極大地縮短產品研制周期,提高生產效率。第三,簡化工藝流程。3D打印利用由三維CAD模型制造形狀復雜的原型,省去了許多傳統的工序。美國3DSystem公司已經把這項技術的覆蓋面擴大到直接制造上,不再需要復雜的機加工和供應。第四,減少生產時間。3D打印可一步將零件加工到最終形狀,制造時間降低為以前的1/10到1/5,從概念到制出成品的事件將縮短50-80%,從而加快上市時間。第五,提高勞動效率。3D打印極大地解放勞動力,一個技術工人可以看管數臺打印機,從而節省大量勞動力,勞動效率數倍甚至數十倍的提高。(2)降低生產線投資。3D打印免除了對生產線投資,由于“數字化生產工廠”的出現,公司不再需要將大量資金花在投資設備上。(3)減少原材料投入。3D打印運用“增材制造”技術,使企業在原材料上的投入減少,所需的原材料僅為傳統制造技術的1/10左右。(4)減少廢料與浪費。3D打印可以減少廢料,從而大幅減少材料浪費。
3D打印對生產管理的影響
?。?)減少庫存。從制造模式來說,過去是生產線規?;a,今后則可能更多的是個性化的定制生產,產品上市時間縮短,同時不再需要庫存大量零部件,也不需要大量生產。
?。?)柔化供應鏈。3D打印更大的顛覆性在于產生了柔性供應鏈。在傳統制造業模式中,客戶提出生產需求時,須根據市場預期確定每批生產數量后開展批量生產,一旦工廠投入運作,即使供過于求或供不應求,生產線都很難再停下。而3D打印則可先打印實驗性產品,依據市場反饋效果后再做決定,更易于根據市場的反饋進行產品的優化升級,根據市場的需求可以隨時調整產量,并通過用戶的使用反饋來進一步修改設計。
?。?)提高價值鏈反應速度。3D打印可隨時即開即停,降低各個環節和各業務單元的協調成本,有效地降低生產過程的剛性,提高價值鏈的反應速度,提高過程的連續性。
3D打印對制造業的影響,隨著3D打印技術的不斷完善,以上景象會出現在日常生活中。然而,就目前而言,3D打印技術的發展還不能完全實現以上設想。從技術上分析,3D打印技術還只能根據對物品外部掃描獲得的數據或者根據CAD軟件設計的物品數據來打印出產品來,還只能用來表達物品外觀幾何尺寸、顏色等屬性,無法打印產品的全部功能。至少從目前來說,3D打印還不能完全替代,而是提升和改造傳統制造業,完全取代傳統制造業還需經歷一個漫長的過程。短期內,3D打印還只能取代生產過程中的某些工藝流程,如鑄造、切削等工藝,而對沖壓等工藝則影響不大,其應用領域還比較狹窄。因此,要理性看待3D打印,目前該技術尚不具備完全取代傳統制造業的條件。在批量制造等方面,規模經濟效應還會產生作用,低成本的傳統減材制造法還具有生存空間。