衣服、鞋子、瓷器、桌子、汽车、飞机,只要你看到的,甚至只要你想到的,都能通过它变成现实。它不是童话故事里的阿拉丁神灯,也不是机器猫的百宝袋,而是一台3D打印机。
它的工作原理是这样的:先在电脑里建立所需物体的模型,然后把模型分成很多层的结构,用一个机器取一些原材料——现在来说一般是金属和塑料——机器把材料融化,再和喷墨打印机一样,将融化的材料用喷嘴喷出,打印出结构的第一层。然后是第二层、第三层……每一层逐渐叠加,当所有层都打完时,你需要的物体就出现了。
与传统的制造物体的方式相比,没有冗长而又昂贵的模具制造过程,也不需要规模化的生产场地,甚至在家里就能够轻松完成。
这些更像是出现在科幻片中的场景,虽然还不是现实,但是正在逐渐进入我们的视野,这样一种新的制造物体的方式,有可能会改变我们的生活。
仍未“长大”
当3D打印机能够打印飞机、汽车、鞋子和衣服的新闻开始频频出现在网络、报纸、电视等媒体上时,这个看起来高深莫测的技术也被越来越多的人所了解和熟知。
严格来讲,3D打印不算是新兴行业,最初的技术可以追溯到上世纪80年代,它发端于美国军方的快速成形技术,与传统成形方法截然不同,它通过电脑创建的三维设计图将材料分层“打印”叠加,最终整体成形,因而也被称为“增材制造”技术。
在国内,3D打印技术多少都与清华大学存在渊源。早年清华机械系颜永年教授在日本开会时了解到快速成型技术,回国后便四处搜集资料,组织研讨会。之后清华大学、华中科技大学(时称华中理工)、西安交大等高校便开始这方面的研究,并催生相关企业。
这就如同投下了一颗颗种子,许多年之后快速成型技术能在中国生根发芽也得益于此,从而也就决定了中国3D打印企业的基因——高校背景。
1992年清华大学研制出了国内第一台快速成型设备,并在1993年成立产学研项目——北京殷华激光快速成型与模具技术有限公司(下称殷华)。同年成立的北京隆源自动成型系统有限公司(下称隆源)则是独立于高校体系外不多的行业先驱。
事实上,在中国3D打印产业版图中,殷华代表最主要的一类企业:由从事3D打印相关技术研究的高校老师主导成立,研发费用主要来自国家科研项目,市场选择等。
进入21世纪,国家将快速成型制造列入高职教育的培养方案,拉开了教育界对这类设备的采购热潮,殷华等企业获得了成长空间。
虽然已经过20多年的发展,但3D打印似乎仍没“长大”。据媒体报道,截至目前,隆源已实现的销售收入不过1900万元,其中机器销售不足1100万元。
从全球市场范围看,据美国消费者电子协会发布的报告称,2011年全球3D打印市场规模为17亿美元,而2012年英国螺丝机械市场规模就超过10.57亿美元。
另有数据显示,目前已在纳斯达克上市的两大3D打印机制造巨头Stratasys和3D Systems2011年营收分别仅为1.7亿美元和2.9亿美元。而同年苹果CEO蒂姆库克的薪资福利就高达3.8亿美元。
国际巨头尚且如此,国内的中小企业可见一斑。
3D打印在武汉
1986年,美国3D Systems公司成功研发了世界上第一台3D打印机。
1991年,湖北武汉,由著名机械制造专家黄树槐牵头成立了华中理工大学(现为华中科技大学)快速制造中心(下称中心),研发基于纸材料的“立体打印机”。
1994年,我国首台具有自主知识产权的“立体打印机”诞生于该中心。次年,该中心成立武汉滨湖机电技术产业有限公司(下称武汉滨湖),转化3D打印技术。
4年后,史玉升来到中心工作,负责研发基于固态粉末材料的快速制造技术与装备。原材料研发成为了他工作中的第一个难题。
几经周折,最后是通过朋友的介绍,他了解到一种名为聚苯乙烯的材料,用聚苯乙烯做测试的结果显示,这种材料正好符合要求。
“要知道,3D打印是一个多学科交叉的技术。”史玉升回忆:“虽然研究上取得了进展,但中心学科背景单一成为研究的最大掣肘。”为破解该难题,在学校的支持下,中心开始引进机械、信息、光学、计算机、自动控制、力学、新型材料等领域的人才,并开展交叉学科研究。
目前,快速制造中心已从最初的不到10人发展到100多人,成为华中科技大学最大的研发团队之一,史玉升就是中心现在的负责人。
在过去的22年里,中心先后研制出多款3D打印机。2000年,该中心研发出0.4米×0.4米工作面的基于粉末床的快速制造装备;2003年,扩大到0.5米×0.5米,超过了当时代表国际先进水平的美国3D Systems公司;2005年以后,工作面达到1米×1米以上;2011年,工作面达到1.2米×1.2米,被誉为全球最大3D打印机。
从2000年至今,武汉滨湖共卖出200多台3D打印设备,单价在100万左右,提供了上万次“打印”服务,每年销售额增长约为15%。
将研发的成果迅速商业化,进而实行产业化生产,让3D Systems公司得到快速发展,一跃成为业界巨头,现已先后在美国的纳斯达克和纽约证券交易所[微博]上市。与国内情况不一样,他们的研究经费都由股东来出。
而在国内,大学实验室似乎只负责研发,他们的研究费用很大部分来自于国家的拨款,对于研发的成果能否产业化,没有太多人关心。这也成为制约我国3D打印行业发展的一大障碍。
“研发新型工艺与装备需要较大的经费支持,周期也长。光靠国家的经费支持是远远不够的。”对此,史玉升深有感触。
几年前他在山东济南宣传“立体打印机”技术时,被认为是在忽悠。尽管他卖力“吆喝”,声称“不需要模具即能直接制作出蜡模”,可别人就是不买账。
正是这件事让史玉升下定决心,“要走自己的创业之路,走与企业合作之路,走国际合作之路”。史玉升的另外一个身份就是武汉滨湖的董事长。
这“三条路”都是为了尽快提高学术水平、搞好学科建设、将科研成果转化为生产力。在他看来,企业技术水平的提高,也可以促进研发团队的良性发展。生产一代、研发一代、预研一代、探索一代,是他们要坚持的产学研合作之路。
事实上,华中科技大学快速成型机制造中心相对于其他研发中心算是走在前列,其所属的武汉滨湖机电,早期就曾吸纳过创投资金。
“现在想来投资的人太多了,我们不缺钱,缺乏管理体制。”史玉升介绍,2012年,武汉滨湖启动了股改,并开始了经理层的职业化。
虽然已经很“前卫”了,但是在史玉升看来,产业化的步子还可以迈得更大。作为一家校办企业,武汉滨湖有科研场所,缺生产空间。“天天在外面‘打游击’,今天被涨租子的赶出来,明天去借一下别人的场地,非常艰难”。#p#分页标题#e#
产能不够在一定程度上限制了新技术推广。加工服务没有主动去做,连生产的3D打印材料也只能满足自用。史玉升笑谈,很多客户都是“守”来的“兔子”。于是他开始琢磨,“该找个稳定的生产基地了”。
近日有消息传出,中国首个3D打印工业园将落户武汉东湖高新区。该项目由华中科技大学主导,规划首期用地500亩。
据史玉升透露,“我们正在光谷选址,准备建一个大型快速制造中心,集打印设备制造、产品加工服务和材料制造于一体,以适应市场需求”。
与此同时,武汉市发改委等部门正针对3D打印产业,进行摸底调查,拟着手编制规划并予以扶持培育。
转载请注明出处。