根據(jù)雅虎財經(jīng)的數(shù)據(jù),,美國有兩家高科技公司——3D Systems和Stratesys在2012年度股價出現(xiàn)大幅上揚,其中在納斯達克上市的Stratesys漲幅達157.8%,,在紐約證交所上市的3D Systems股價則增加了近2.5倍,。而同期納斯達克指數(shù)和紐約證交所綜合指數(shù)的漲幅僅分別為10.7%、14.0%,。這兩家美國公司正是增材制造的鼻祖,。
據(jù)美國能源部預(yù)計,增材制造方式將比現(xiàn)行使用機械工具裁減材料的裁減制造方式節(jié)省超過50%的能源,,因此將取代裁減制造方式而深刻影響制造業(yè)的未來,,成為新的經(jīng)濟增長點。
產(chǎn)業(yè)變革的“引領(lǐng)者”
今年1月18日,,國務(wù)院將國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎頒發(fā)給中航激光技術(shù)團隊的“飛機鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”,,該技術(shù)即鈦合金粉末的3D打印技術(shù),其成功研發(fā)使得我國成為繼美國之后,、世界上第二個掌握飛機鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)的國家,。實際上,3D打印給諸多產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的前所未有的機遇是該技術(shù)如此引人注意的重要原因之一,。根據(jù)美國增材制造技術(shù)路線圖(見右圖),,未來10~12年,增材制造技術(shù)將對航空航天,、汽車,、醫(yī)療和消費電子產(chǎn)品等核心產(chǎn)業(yè)的革新產(chǎn)生巨大推動,而其他行業(yè),,包括軍事,、牙科、珠寶,、游戲化身,、收藏品、建筑,、家具,、家居飾品和玩具等,也將受益于增材制造技術(shù)的發(fā)展,。
航空航天:航空航天業(yè)希望獲得重量輕,、強度大、甚至可以導(dǎo)電的部件,,正在研究符合要求的制造材料,,以及制定材料及工藝標(biāo)準(zhǔn),確保機器和構(gòu)建零件的質(zhì)量和一致性,。據(jù)美國諾斯羅普·格魯門公司預(yù)測,,如果有合適的材料,,該公司的軍用飛機系統(tǒng)中將有1400個部件可以用增材制造技術(shù)來制造。各種3D打印的金屬部件將在未來10年內(nèi)成為飛行器的通用配置,。
軍事:許多軍用產(chǎn)品是高價值,、復(fù)雜和少量生產(chǎn)的。有些是定制的,,需要持續(xù)更換零件,,如無人駕駛飛行器(無人機)、軍人的輕重量裝備和盔甲,、便攜式電源設(shè)備,、通訊設(shè)備、地面機器人等,,這些部件將最有機會轉(zhuǎn)化為3D打印制造方式,。預(yù)計在未來10~12年內(nèi),軍方將會成為3D打印技術(shù)的主要使用者之一,。
汽車和摩托車:3D打印在交通工具零部件制造中的使用機會巨大,,尤其適用于生產(chǎn)高端的專業(yè)級小型汽車零部件。目前,,賓利和路虎等公司已經(jīng)表明,,采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)小型復(fù)雜零部件是可行的。同樣,,包括汽車和摩托車在內(nèi)的賽車行業(yè)將極大地受益于使用3D打印來設(shè)計頭盔的方式,。
電子產(chǎn)品:美國桑迪亞國家實驗室和德克薩斯大學(xué)制造的3D電路已經(jīng)被證明可以實現(xiàn)傳統(tǒng)印刷電路板的類似功能。這種環(huán)繞在電子產(chǎn)品輪廓外圍的3D電路結(jié)構(gòu),,有助于設(shè)計產(chǎn)品的最佳造型,,不需要再像傳統(tǒng)印刷電路板那樣為了適應(yīng)產(chǎn)品的外觀而在形狀和大小上受限。3D電路未來的進一步發(fā)展將更有吸引力,,所有的便攜式電子設(shè)備將需要配備一個自給電源,,因此全球便攜式發(fā)電設(shè)備將是一個超過500億美元的大市場,而發(fā)電設(shè)備使用碳氫燃料將比目前使用電化學(xué)反應(yīng)的方式具有更高的儲能效率,。3D打印技術(shù)非常適合于制造這樣的小尺寸發(fā)電設(shè)備,,材料上也具有可行性,因為發(fā)電設(shè)備的某些部分應(yīng)采用低導(dǎo)電性材料(如塑料),,而其他部分需要高導(dǎo)電性或催化性能材料(如金屬),。
生物醫(yī)療:目前,3D打印已成功應(yīng)用于定制植入物,、假體和組織支架,。細胞和蛋白質(zhì)的生物增材制造(BAM)技術(shù)也在研究之中,這個市場需要2~3年的準(zhǔn)備期。采用3D細胞結(jié)集作為3D細胞培養(yǎng)物,、疾病和藥物研究的體外模型技術(shù)也得到了廣泛的研究,BAM制造3D細胞模型的市場將在5年內(nèi)啟動,,以滿足日益增長的3D細胞培養(yǎng)和3D生物研究,。隨著現(xiàn)代生物學(xué)和BAM技術(shù)的進步,功能性組織可以在未來10年內(nèi)采用BAM技術(shù)制造,,15年內(nèi)可能會出現(xiàn)器官打印,。預(yù)計在10年之內(nèi),美國的每一個細胞培養(yǎng)室將會把計算機控制的3D細胞增材制造系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)化配置,,生物學(xué)家將使用此系統(tǒng)進行日常的3D細胞結(jié)集,,用于3D細胞培養(yǎng)物、疾病和藥物研究的體外模型或再生組織替代品,。
珠寶:珠寶商將使用3D打印制造限量版產(chǎn)品,,目前已經(jīng)可以用鈦合金材料打印吊墜。以激光燒結(jié)黃金合金材料打印制作項鏈的技術(shù)也是可行的,,而制作這種鏈子傳統(tǒng)上需要復(fù)雜而昂貴的機械,。
游戲化身:近來,新的3D打印業(yè)務(wù)出現(xiàn)在“魔獸”,、“孢子”和“搖滾樂隊”等風(fēng)靡世界的電腦游戲中,,成千上萬的定制產(chǎn)品已經(jīng)被生產(chǎn),這將是個快速增長的消費市場,。相信在未來,,視頻游戲可以推動3D打印發(fā)展,與過去幾年其推動計算機硬件的發(fā)展歷程類似,。
收藏品:自由成型的特性使得3D打印適用于廣泛的消費類產(chǎn)品,。3D打印技術(shù)制造的藝術(shù)品、塑料和金屬雕塑,、家具,、家居飾品以其獨特品質(zhì),證明了這類產(chǎn)品的市場潛力,。一些機構(gòu)已經(jīng)使用3D打印技術(shù)定制紀(jì)念禮品,、獎?wù)潞酮劚鳛樘貏e禮物贈送給客戶、員工等供欣賞和紀(jì)念,。
玩具:不久的將來會出現(xiàn)價格區(qū)間在100~150美元的消費類3D打印機,,這類3D打印機非常適合用于游戲、教育和娛樂,。而且很多網(wǎng)站都是開源的,,這些網(wǎng)站提供幾乎無限量的動物、人物、汽車等三維模型,,孩子們將下載這些3D模型,,并根據(jù)自己的意愿進行設(shè)計和修改,最后通過3D打印機生產(chǎn)專屬作品,。
食品:特殊食品被認(rèn)為是具有130億美元潛力的巨大產(chǎn)業(yè),。美國康奈爾大學(xué)和法國烹飪學(xué)院已成功研制將巧克力、奶酪,、豆沙和扇貝等食材打印成3D人物,、公司徽標(biāo)、名稱和其他對象的技術(shù),。
教育:在教育領(lǐng)域,,可以通過成形模型驗證科學(xué)假設(shè),用于不同學(xué)科的實驗和教學(xué),。在北美的一些中學(xué),、普通高校和軍事院校,3D打印機已經(jīng)被用于教學(xué)和科研,。預(yù)計在未來10~12年內(nèi),,學(xué)校將普遍開設(shè)使用3D打印技術(shù)設(shè)計制造零件的課程。