【摘要】:目前,3D打印技术市场的年增长率为29.4%。全球3D打印技术的产品和服务的收入设备及材料和服务的经济规模是相当的。3D打印技术是一门综合应用CAD/CAM技术、激光技术、光化学、控制、网络及材料科学等诸多方面技术和知识的高新技术。总之,随着3D打印技术和商业应用的发展,“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。
1.全球商业化状况
根据美国技术咨询服务协会Wohlers Associates发布的2012年度报告,全球3D打印行业在2011年销售额为17.14亿美元,当前该技术的市场渗透度为8%,因此,报告保守估计3D打印市场机会为214亿美元。乐观者则认为当前市场渗透度仅为1%,从而3D打印市场机会为1 700亿美元。目前,3D打印技术市场的年增长率为29.4%。
从行业分布看,目前消费电子领域仍然占主导地位,约20.3%;其他主要应用在汽车、医疗/牙科、工业/商业机器和航空航天领域。当前,欧洲、美洲和亚洲是3D打印设备的主要需求市场。从2011年设备市场份额分布来看,北美地区占40.2%,位居第一,欧洲地区和亚洲地区紧随其后。3D打印设备数量区域分布美国是3D打印设备安装的第一大国,日本处于第二。全球3D打印技术的产品和服务的收入设备及材料和服务的经济规模是相当的。2010年,销售额为13.25亿美元;到2011年,销售额为17.14亿美元,增长率达到24.1%。在产品收入中,3D打印设备和材料占主要部分,2011年为8.34亿美元。
由于3D打印产品种类丰富,带动了打印材料的快速发展。2001年到2011年,全球打印材料的销售情况除了2009年由于全球经济危机的影响稍有下降外,基本上每年都保持10%~20%的增长速度。
2.应用领域
3D打印机的应用对象可以是任何行业,只要这些行业需要模型和原型。目前,3D打印技术已在工业设计、文化艺术、机械制造(汽车、摩托车)、航空航天、军事、建筑、影视、家电、轻工、医学、考古、雕刻、首饰等领域都得到了应用。随着技术自身的发展,其应用领域将不断拓展。这些应用主要体现在以下10个方面。
(1)设计方案评审。借助于3D打印的实体模型,不同专业领域(设计、制造、市场、客户)的人员可以对产品实现方案、外观、人机功效等进行实物评价。
(2)制造工艺与装配检验。3D打印可以较精确地制造出产品零件中的任意结构细节,借助3D打印的实体模型结合设计文件,就可有效指导零件和模具的工艺设计,或进行产品装配检验,避免结构和工艺设计错误。
(3)功能样件制造与性能测试。3D打印的实体原型本身具有一定的结构性能,同时利用3D打印技术可直接制造金属零件,或制造出熔(蜡)模;再通过熔模铸造金属零件,甚至可以打印制造出特殊要求的功能零件和样件等。
(4)快速模具小批量制造。以3D打印制造的原型作为模板,制作硅胶、树脂、低熔点合金等快速模具,可便捷地实现几十件到数百件数量零件的小批量制造。
(5)建筑总体与装修展示评价。利用3D打印技术可实现模型真彩及纹理打印的特点,可快速制造出建筑的设计模型,进行建筑总体布局、结构方案的展示和评价。
(6)科学计算数据实体可视化。计算机辅助工程、地理地形信息等科学计算数据可通过3D彩色打印,实现几何结构与分析数据的实体可视化。
(7)医学与医疗工程。通过医学CT数据的三维重建技术,利用3D打印技术制造器官、骨骼等实体模型,可指导手术方案设计,也可打印制作组织工程和定向药物输送骨架等。
(8)首饰及日用品快速开发与个性化定制。利用3D打印制作蜡模,通过精密铸造实现首饰和工艺品的快速开发和个性化定制。
(9)动漫造型评价。借助于动漫造型评价可实现动漫等模型的快速制造,指导和评价动漫造型设计。
(10)电子器件的设计与制作。利用3D打印可在玻璃、柔性透明树脂等基板上,设计制作电子器件和光学器件,如RFID、太阳能光伏器件、OLED等。
3.对人类生产生活方式的影响
3D打印技术的应用将从以下3个方面深刻改变传统制造业形态。
一是使制造工艺发生深刻变革。3D打印改变了通过对原材料进行切削、组装进行生产的加工模式,节省了材料和加工时间。例如,在航空航天工业领域中应用的金属部件通常是由高成本的固体钛加工而成的,90%的材料被切除掉,这些切削材料对于飞行器的制作是毫无利用价值的。空客的母公司欧洲宇航防务集团(EADS)研究人员指出,这些用钛粉末打印出的部件与一个传统用固体钛加工出来的部件一样经久耐用,但节省了90%的原材料。
二是带动制造技术的重大飞跃。3D打印技术是一门综合应用CAD/CAM技术、激光技术、光化学、控制、网络及材料科学等诸多方面技术和知识的高新技术。3D打印技术的不断成熟将推动新材料技术和智能制造技术实现大的飞跃,从而带动相关产业的发展。
三是使制造模式发生革命性变化。3D打印将可能改变第二次工业革命产生的、以装配生产线为代表的大规模生产方式,使产品生产向个性化、定制化转变。3D打印机的推广应用将缩短产品推向市场的时间,消费者只要简单下载设计图,在数小时内通过3D打印机就可将产品“打印”出来,从而不需要大规模生产线,不需要大量的生产工人,不需要库存大量的零部件,即所谓的“社会化制造”。“社会化制造”的另一优势是通过制造资源网和互联网,快速建立高效的供应链、市场销售和用户服务网,这是实现敏捷制造、精益制造和可持续发展的一种生产模式。
总之,随着3D打印技术和商业应用的发展,“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。3D打印与现代服务业的紧密结合,将衍生出新的细分产业和新的商业模式,创造出新的经济增长点。3D打印技术发展带来的产品技术、制造技术与管理技术的进步使企业具备快速响应市场需求的能力,特别是形成适应全球市场上丰富多样的客户群,实现远程定制、异地设计、就地生产和销售的协调化新型生产模式,使生产模式、商业模式等多个方面发生根本性的变化。
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