自此前美軍使用3D打印技術(shù)制造可重復(fù)使用的N95口罩，引發(fā)眾人關(guān)注后，3D打印技術(shù)近日進(jìn)一步“登堂入室”，實(shí)現(xiàn)“上天”。
5月5日，我國(guó)新一代載人飛船試驗(yàn)船由長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭從海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射，進(jìn)入預(yù)定軌道。新一代載人飛船試驗(yàn)船上搭載了一臺(tái)“3D打印機(jī)”，這將是我國(guó)首次太空3D打印實(shí)驗(yàn)。
這次3D打印試驗(yàn)由中國(guó)航天科技集團(tuán)五院領(lǐng)銜，是首次在太空中開(kāi)展連續(xù)增強(qiáng)纖維復(fù)合材料的3D打印試驗(yàn)。這次實(shí)驗(yàn)的意義重大，往小了說(shuō)，將為飛船長(zhǎng)期在軌運(yùn)行和維護(hù)、空間站制造工具打下基礎(chǔ)；往大了說(shuō)，有望在未來(lái)通過(guò)太空制造實(shí)現(xiàn)超大尺寸零件3D打印，實(shí)現(xiàn)在軌擴(kuò)建空間站。
為何3D打印這一新興技術(shù)如此受到重視？這是因?yàn)槠洹半S心所欲”制造產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，不僅能廣泛應(yīng)用于珠寶、藝術(shù)和工業(yè)設(shè)計(jì)，在建筑、工程、汽車、醫(yī)療和航天領(lǐng)域也能大有所為。
3D打?。?D變3D
D打印又稱為“增材制造技術(shù)”，與普通打印機(jī)工作原理基本相同，只是使用的打印材料有所不同。
3D打印技術(shù)以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體，讓原先2D平面的打印技術(shù)進(jìn)入到三維空間。
3D打印不僅能通過(guò)快速建模、快速成型大大提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期或者生產(chǎn)周期，更重要的是，它可以“打印”出傳統(tǒng)工藝無(wú)法做到的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
1986年，Charles Hull開(kāi)發(fā)了第一臺(tái)商業(yè)3D印刷機(jī);2010年11月，世界上第一輛由3D打印機(jī)打印而成的汽車Urbee問(wèn)世;2012年11月，蘇格蘭科學(xué)家利用人體細(xì)胞首次用3D打印機(jī)打印出人造肝臟組織……廣闊的應(yīng)用前景已在人類面前展開(kāi)。
目前，市面上已經(jīng)擁有了多種型號(hào)和款式的3D打印機(jī)，從低成本、即插即用的桌面3D打印機(jī)到幾十萬(wàn)元＋的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)不等。
較流行的3D打印機(jī)有兩種技術(shù)原理類型：熔融沉積建模(FDM)和立體光刻(SLA)。
熔融沉積建模簡(jiǎn)單地表示材料沉積在單個(gè)層中，這些層堆疊融合在一起以創(chuàng)建3D模型。FDM 3D打印機(jī)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，通常成本低廉，可以生產(chǎn)出具有適度細(xì)節(jié)和強(qiáng)度的模型。不過(guò)，它們需要大量的修補(bǔ)和校準(zhǔn)，且制造的模型細(xì)節(jié)和表面光潔度較為粗糙。
立體光刻(SLA)印刷的工作原理是光通過(guò)稱為光聚合的過(guò)程固化液態(tài)樹(shù)脂并逐層構(gòu)建物體。SLA 3D打印機(jī)以其創(chuàng)建高精度和復(fù)雜設(shè)計(jì)的能力而聞名。因此與FDM打印機(jī)相比，它具有更高的綜合制造能力。
3D打印行業(yè)：新老企業(yè)并存
根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院分析，目前全球3D打印機(jī)領(lǐng)域新老企業(yè)并存，競(jìng)爭(zhēng)激烈。EOS、SLM solution、3D Systems等老牌3D打印巨頭在早期引領(lǐng)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，憑借專利優(yōu)勢(shì)擁有十幾年甚至二十多年的技術(shù)積累，已經(jīng)擁有較高的市場(chǎng)份額和客戶認(rèn)知度。
而Desktop Metal、Digital Alloys等初創(chuàng)公司多數(shù)成立于2000年甚至2010年以后，一方面系列專利到期后降低了進(jìn)入壁壘，另一方面這些公司通過(guò)改進(jìn)工藝技術(shù)、創(chuàng)新業(yè)務(wù)模式和提升成本控制，具備一定的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。如Desktop Metal分別開(kāi)發(fā)了桌面級(jí)系統(tǒng)和工業(yè)級(jí)系統(tǒng)，以滿足不同領(lǐng)域客戶的需求;Digital Alloys開(kāi)發(fā)了Joule Printing 技術(shù)，使用金屬線代替金屬粉末作為原材料來(lái)解決打印速度、質(zhì)量和成本問(wèn)題，在2018年獲得了1290萬(wàn)美元的B輪融資。
此外，中國(guó)的鉑力特和先維三臨緩緩崛起，擠進(jìn)全球頭部隊(duì)列。其中，鉑力特在2019年7月22日正式登陸中國(guó)A股市場(chǎng)，在上交所科創(chuàng)板掛牌上市，成為“科創(chuàng)板3D打印第一股”。而先維三臨則持續(xù)開(kāi)拓市場(chǎng)，成為具有全球影響力的3D數(shù)字化和3D打印技術(shù)企業(yè)。
在細(xì)分領(lǐng)域中，鉑力特、飛而康、霍尼韋爾從事3D打印航空航天業(yè)務(wù)，愛(ài)康醫(yī)療是中國(guó)骨科3D打印龍頭，安世亞太及德迪智能布局金屬3D打印，威布三維專注教育培訓(xùn)領(lǐng)域，安德瑞源打造一體化解決方案，盈創(chuàng)建筑科技則專注建筑3D打印。
在疫情中，各家3D打印領(lǐng)域公司也有所貢獻(xiàn)。盈創(chuàng)建筑科技制造了3D打印隔離屋;湖南云箭提供了首批3D打印FDM-1型醫(yī)用護(hù)目鏡;北京匯天威科技打印口罩佩戴神器(與著名運(yùn)動(dòng)品牌匹克合作)、紅外測(cè)溫儀設(shè)備定標(biāo)零件等產(chǎn)品;南極熊設(shè)計(jì)多款3D打印護(hù)目鏡、口罩配件方案并完全開(kāi)源;廣州形優(yōu)3D打印了新型冠狀病毒肺部感染病例模型以便研究和講解;大千振宇設(shè)計(jì)口鼻分離的3D打印口罩;重慶領(lǐng)航新智誠(chéng)科技趕制手持式紅外線測(cè)溫儀外殼，10天完成2500套。
3D打印市場(chǎng)：美國(guó)持續(xù)領(lǐng)先
3D打印作為第四次工業(yè)革命的代表技術(shù)之一，越來(lái)越受到工業(yè)界和投資界的重視。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IDC預(yù)計(jì)，2019年全球3D打印的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到138億美元，比2018年擴(kuò)大21.2%。
從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，3D打印的最大市場(chǎng)將是獨(dú)立制造，占比達(dá)到53.8%；其次是醫(yī)療保健，占比約為13.1%；教育領(lǐng)域、專業(yè)服務(wù)領(lǐng)域以及消費(fèi)者服務(wù)領(lǐng)域占比分別為8.6%、6.5%和4.7%。
以地域計(jì)，美國(guó)仍是全球最大市場(chǎng)，2019年的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)為50億美元。美國(guó)是3D打印產(chǎn)業(yè)的起源地，在全球3D打印市場(chǎng)中持續(xù)領(lǐng)先。西歐和中國(guó)緊隨其后，2019年3D打印市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)分別為36億美元和20億美元。