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(yáng),,其中在納斯達(dá)克上市的Stratesys漲幅達(dá)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(dá)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(jī)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(jì)增長點(diǎn),。
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(tuán)隊(duì)的“飛機(jī)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(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)的國家。實(shí)際上,,3D打印給諸多產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來的前所未有的機(jī)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(fèi)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(qiáng)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(jī)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(jī)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(jī)),、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(jī)器人等,這些部件將最有機(jī)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(jī)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(shí)驗(yàn)室和德克薩斯大學(xué)制造的3D電路已經(jīng)被證明可以實(shí)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(jìn)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?xì)淙剂蠈⒈饶壳笆褂秒娀瘜W(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?yàn)榘l(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(xì)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(xì)胞結(jié)集作為3D細(xì)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(xì)胞模型的市場將在5年內(nèi)啟動,,以滿足日益增長的3D細(xì)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(jìn)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(xì)胞培養(yǎng)室將會把計算機(jī)控制的3D細(xì)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(jìn)行日常的3D細(xì)胞結(jié)集,用于3D細(xì)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(xiàng)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(jī)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(duì)”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(fèi)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(jī)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(fèi)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(dú)特品質(zhì),證明了這類產(chǎn)品的市場潛力,。一些機(jī)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(fèi)類3D打印機(jī),,這類3D打印機(jī)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(jìn)行設(shè)計和修改,,最后通過3D打印機(jī)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(yàn)證科學(xué)假設(shè),,用于不同學(xué)科的實(shí)驗(yàn)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(jī)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,。