【经济日报】第五届世界3D打印技术产业大会在广东佛山举行

2018-06-25来源:经济日报作者:崔国强

日前,以“3D打印重新定义制造业”为主题的第五届世界3D打印技术产业大会在佛山市南海区大沥镇举行。

3D打印技术又叫“增材制造技术”,起源于快速成型技术。目前,国内3D打印技术主要“拥抱”家电及电子消费品、模具检测、医疗及牙科正畸、文化创意及文物修复、汽车及其他交通工具、航空航天等产业,步伐铿锵有力。究竟3D打印技术在国内发展状况如何?与传统产业融合如何迸发能量?

↑在第五届世界3D打印技术产业大会上,专家就3D打印市场规模现状和政策进行了解读。本报记者崔国强摄

大规模批量化生产服务触手可及

大会期间,惠普公司和广东(大沥)3D打印协同创新平台正式宣布,全新工业级3D打印定制中心在中国这一全球最大制造业市场正式落地。新成立的兰湾智能–惠普3D打印技术批量化定制中心将部署10台惠普MultiJetFusion3D打印系统,将打造国内最大3D打印工业互联网平台。满足工业级生产对于3D打印速度、成品质量及经济适用性的高要求,为佛山市汽车、消费品和摩托车客户及大湾区其它行业的客户提供大规模批量化生产服务,每年能够为2万多家中小制造业企业提供从设计端到应用端,从应用端到产品端的配套服务,推动传统制造业企业加快“研发—设计—创造”的进程。

据中国3D打印技术产业联盟创始人兼执行理事长罗军介绍,2012年,中国3D打印市场规模为1.61亿美元;2016年,中国3D打印产业规模达11.87亿美元,复合增长率为49.11%。“3D打印作为一项全新的制造技术,在及时制造、复杂制造、个性化制造、特殊环境下制造、任意制造等方面具有独特优势。罗军认为,这些优势是传统制造业无法比拟的,它所衍生的设计、软件、材料、数字制造等新的产业链,正在逐步优化传统制造,构建一个全新的制造生态。”罗军说。

放眼全球市场,3D打印将推进全球12万亿美元传统制造业市场发展。惠普3D打印总裁斯蒂芬﹒尼格罗分析说。

当前,我国对3D打印产业有突出的政策支持:《国家增材制造发展推进计划(2015-2016年)》重点提出形成2到3家具有较强国际竞争力的增材制造企业,建立5到6家增材制造技术创新中心,完善扶持政策,形成较为完善的产业标准体系。鉴于产业政策与财政政策的支持,初步预计,2022年我国3D打印市场规模将有望达到61.9亿美元左右。

赋能生物医学,迸发蓬博能量

3D打印技术与新的医学信息获取技术相结合,以生物医用材料及细胞为新型离散材料,通过技术设计,快速有效的生产出医疗相关产品,即生物3D打印。生物3D打印可以划分为4个层次:医疗辅助模型,做人工假体,做组织工程的肢架,做活细胞打印和人工器官。预计到2024年,3D打印医疗市场规模将达到96.39亿元。

据北京大学第三附属医院大外科主任刘忠军介绍,北京大学第三医院已成功完成世界首例3D打印脊椎植入手术,与传统骨科植入物相比,3D打印脊椎骨更贴合正常骨,不仅减轻了对骨头的压力,而且也允许骨头长入植入物。“我们采用一个全新理念,早期经过了一系列处理使感染完全得到控制以后,把金属内植物植到病变缺损的两端。把这个假体植到两端以后,我们没有放任何的组织,植到骨头断端以后的情况,手术以后几天可以下地活动了,骨科病人手术以后2个月就可以回到工作岗位工作。”刘忠军介绍说。

刘忠军认为,如果我们把微孔假体作为一个载体的话,还可以把3D打印技术变成4D打印技术。即加一些药物局部起到作用,让它增加功能,这是生物3D打印技术未来发展趋势之一。

↑新成立的兰湾智能–惠普3D打印技术批量化定制中心将部署10台惠普MultiJetFusion3D打印系统,将打造国内最大3D打印工业互联网平台。本报记者崔国强摄

在生物材料和组织工程方面,据南方医科大学教授黄文华介绍,南方医科大学与广西贵港市人民医院合作开展的3D打印技术辅助的踇甲瓣优化设计在拇指精准重建中的应用,可实现供区皮瓣的最优化设计,最大程度上降低了外科重建过程中不必要的供区损伤,从而提高外科重建的临床效果。南方医科大学第三附属医院成功实施了世界首例“髋臼骨折3D打印腹腔镜辅助下内固定术”,通过术前虚拟仿真及手术规划,并借助3D打印仿真骨折模型于体外进行手术预演,在腹腔镜辅助下成功完成髋臼骨折固定手术,并取得良好的临床治疗效果。

黄文华认为,适用于3D打印技术的生物材料已经成为研究热点,开发出更多生物相容性好,包含活性组分,机械强度能够满足体内植入需求的材料成为新的研究高地。

据黄文华介绍,3D打印技术可以大大减少医疗成本,因此市场空间巨大。通过三维扫描技术和3D打印技术私人订制的医疗护具,能够与人的骨骼肌肉完美契合,将受伤的大腿保护得严丝合缝。一套3D打印的护具可能只需要2000元左右,比市场上几万甚至十几万医疗护具效果更好。

优化传统工艺,解决制造难题

对于铸锻行业而言,传统制造流程是铸锻、焊铣分开,需要很多的工序和装备,而且时间长,污染也很大,据华中科技大学张海欧教授介绍,通过发明微铸锻铣合一的超短流程制造锻件的新方法,把传统的长流程归纳为采用金属丝、采用装备来直接得到锻件,可以把多设备、多工序、长流程的传统模式变成采用单一设备、工序合一、超短流程的制造模式,同时发明超细等轴晶单键微铸锻复合成形工艺,通过3D打印技术,可以获得比传统锻造更优越的锻造性能,从而攻克了3D打印不能打印锻件的这样一个难题。

据介绍,新型飞机主承力接头的零件,原来是分段的机械锻造,然后加工,把机械铆接起来,复杂的合金螺旋桨以及叶轮,采用微铸锻铣合一技术,可以实现在表面用规矩的模具钢向内部梯度过渡到铸钢,在成形模具材料使用范围在逐步扩大。

张海鸥认为,3D铸锻铣合一制造技术的产业化,有望成为“中国制造2025”的标杆成果,形成新的技术产业和市场群,促进传统工业的转型,是我国超越西方发达国家的一个战略机遇点。

金属3D打印主要有铺粉和送粉两种模式。铺粉激光选区熔化是目前主流技术,由于热影响区小,应力也小,技术精度比较高,现在用的粉末也适用比较多,是目前运用最多的一个技术。

据华南理工大学教授杨永强介绍,铺粉激光选区熔化是由一个模型,经过切片软件输送到机器里,进行选区或者选择性熔化,然后一层一层堆积起来,可以做成非常复杂的内部结构的零件,华南理工大学把学校研发出来的产品系列化,浓缩成几个产品。例如500和100机器主要面向珠宝、牙科和小型精密零部件制作,它的特点是非常小,只有20多微米,但是价格非常便宜,精度比较高,现在还推出了另外一个机型即300型,除了可以做250×250的成形范围以外,有4个送粉的粉斗,可以做不同位置、不同的材料,例如制作高熔点的陶瓷材料表面包覆的一些尼龙或者树脂材料。

杨永强认为,现在电弧作为一种成本比较低的设备,尤其在修复和做一些简单形状的大型零件方面的修复和成形方面有一定优势的,如果把它的增材和原位减材结合起来,是未来一个非常好的发展趋势。“我们目前也承担了一个项目,用等离子来做增材,同时机器手也抓一个铣削轴进行减材。”杨永强说。

补齐人才短板,激活行业潜力

当前,3D打印产业面临人才短缺难题,很大程度上限制了3D打印行业的发展。“招人非常困难,中国目前行业整体人才供给明显不足,特别是有工作经验的中高级人才匮乏。普遍缺乏3D打印专业技能,且需要经过入职企业的再培训,再就业。”罗军如是说。

罗军认为,一定要从教育入手,培养更多3D打印的大能手、3D打印的卓越工程师。通过和国际顶尖科研机构加强合作,共建一些联合实验室、研发中心、研究院,通过合作提升自己,解决我国3D打印行业核心技术、核心人才短缺的难题。

目前全球3D打印的应用市场几乎一半在美国,30%在欧洲,我国不足10%,仍然缺乏顶层设计、缺乏核心人才、缺乏深度应用。英国皇家工程院院士、曼彻斯特大学先进激光工程中心主任李琳认为,3D打印技术对推动我国传统产业转型升级意义非常重大,要大力推广3D打印的示范应用和科学普及,要及时跟踪国际发展动态,加强国际合作。

目前,国内没有3D打印这个本科专业,研究生阶段开始设置。香港科技大学工学院副院长李宗津认为,目前3D打印提到的很多都是在技术层面,需要把科学问题提炼出来,让博士生等高层次人才集中精力去攻克。随着科学问题被攻克下来,能够对3D打印产业起到比较大的促进作用。

苏州无限三维科技产业有限公司总经理何斌认为,3D打印产业的人才培养应该从实践入手,希望广大3D打印产业企业家主动担当起这个重任。“随着兰湾智能和惠普3D打印批量化中心平台的落成,这两天有来自于广州白云学院的12位实习生,他们能接触到先进设备,进行设备操作和调试实践,所以激发了他们时不我待的学习精神。希望更多学生能够从实践的角度来重新认识3D打印,从实践的角度来重新发掘3D打印更多的内涵,从实践的角度确定3D打印在人才培养的准确方向。”何斌分析说。

(责编:徐晓燕)


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