数字技术的发展,正让3d打印机成为制造业的新宠,3d打印是“数字化制造”的缩影。3d打印技术质的飞跃,是在zui近两年逐步发展起来的。2011年3月,英国设计出一款名为airbike的自行车,用机一次成型地打印出车轮、轴承和车架,而后进行组装。这辆自行车采用尼龙材料,坚固程度与钢铝材料不相上下,但重量却减少65%。几个月后,世界首辆机制造的汽车现身加拿大。几乎与此同时,英国南安普顿大学“打印”了一台时速100英里的飞行器,2米长的机翼、集成操纵系统和舱门,均由打印机制作而成。更有甚者,据美国《大众科学》报导,一名枪械师打印出一支ar-15突击步枪,这支“打印步枪”竟可以速射出200发子弹。而它的成本,仅仅是30美元的塑料材料。
机(3d printers),其实zui早源自美国军方的“快速成型”技术。自美国stratasys公司于1992*商用机问世以来,该技术的发展之快令世界始料未及。目前,有两家制造公司。一家位于美国明尼苏达州的stratasys,刚收购了以色列的obiet的3d公司;另一家是3d systems公司,在2012年初,靠收购方式,购买两家3d品牌厂商z corporation 和vidar systems。两家3d公司创造了每年2亿美元的营收业绩。
事实证明,的新技术,正在重塑制造业的格局,并渗透至每一个行业里:建筑设计、食品制作、模型、复杂结构、零配件,诸多制造业领域已展开应用。
原材料进一步发展 规模化生产已成为可能
看似神奇的技术其实并不复杂,简单点说,可以理解为把物体分为若干个横截面,三维打印机将这些横截面一次一层的沉淀、堆积,zui终形成所需的实体。
使用的“墨水”是其中的关键,它是实实在在的原材料。概括来讲,有两大类打印“耗材”,一类是使用粉末微粒作为打印介质,如金属粉、石膏粉,喷洒在铸模托盘上,形成一层极薄的粉末层,然后由喷头喷出液态胶水粘合剂进行固化。
再有一种叫做“熔积成型”技术(fdm),是将一根塑料绳,在喷头内融化成型,业内称之为“机焊条”,如pla。其熔点比abs较低,流动较快,不易堵喷嘴。打印出来的模型硬度好、强度高,作为结构件经久耐用。常见的有建筑材料、模具、模型、异性构件等。
受耗材的限制,zui初的应用局限在部件和样品上。汽车制造商和一些依赖模具开工的企业,在设计之初,仅需几个小时设计,就可以代替之前开模、定型、锻造、打磨和抛光等一系列繁琐的工艺流程。从客户的要求到选型,规模化生产,仅需数天时间。较传统工艺而言,大大节约了时间和成本。
随着打印耗材的进一步发展,3d规模化生产(包含难以手工和机械工具完成)已经成为可能,按照输出物体的大小和材质不同,有小、中、大等不同类型的立体打印机。不仅在实验室,机在实战中暂露头角。2011年,波音公司开始用钛合金和不锈钢材料,直接打印飞机的机翼。当然,这种打印机的体积和价格都在另一个层面。
现有的耗材中,常见的以塑料、树脂、食材、泥沙、金属等可塑性材料居多。从一块精细的骨骼,到庞然飞行器,只要能想到的,在耗材允许的条件下,3d都能打印。有一组数据,可以支持这种断言,obiet公司已经可以使用14种基本材料,混搭出上百种材料,理论上没有边界。
不过,现阶段,还存在一定的局限性,如精度也只能到几十毫米,在规模化生产方面也不具备优势。但无论如何,趋势势必成为一种可能。
曾经改变世界的中国制造 如今要面对数字改变的世界
如果打印耗材的成本进一步降低,个性化产品获得和规模化同等的竞争力。未来,在线制造协作服务的普及,制造业小批量生产将变得更加划算,生产组织更加灵活,劳动投入更少。随着直接从事制造行业的人数减少,劳动力成本在整个生产成本中的比例也将随之下降。这一趋势,对于中国这一传统的制造业大国来说,无疑是一记重拳。
不再依赖人工,没有组装工厂,没有边角废料,3d技术的这一特点,将重新定义工厂。随着技术的进步,使得“世界工厂”的重心转移成为可能。
2009年以来,市场在北美和欧洲急剧增长。奥巴马政府这两年着力投资于技术,希望以此重振美国制造,美国政府8月在俄亥俄州的扬斯敦投巨资建设制造业创新研究所,主攻技术。如今,美国生产的工业和民用机逐渐打开市场。
对于这一场颠覆性的科技角逐,中国也不甘落后,国内对于新技术的消化和改进,往往超乎人们的想象。对于中国而言,随着劳动力低成本优势逐渐弱化,打造创新科技的中国制造尤为重要,不少科技企业和科研院校已经涉足该领域。据估计,目前在国内有近千台机,形成年产值超的产业规模。在伴随着进入中国市场的国外3d印机的脚步,国内的自有品牌的机如雨后春笋般涌现。利用网络上开源信息,汇聚了一大批淘金者,带动了国内用户规模急剧攀升,突破了国内外打印品质的界限。8月15日,一台“选择性激光尼龙烧结设备”在湖南华曙高科技有限责任公司下线并出口美国。它标志着中国在装备制造领域取得了重要技术突破。
2011年,中国制造业在制造业总值中的占比为21%,超过了美国的19.4%。从总量上来说,欧美制造业日趋减少,不可能再移到中国来,从劳动力供应、成本和环境角度上说,中国制造成本已比周边的发展中国家高,之所以还有很多产品仍在中国制造,是因为中国有积累了30年的产品生产经验,工厂形成了产业网,具备高度发展的供应链,多元化设计及工程技术,娴熟的生产工艺,为3d在中国国内的技术转化、打印普及,奠定了不可替代的基础,而在制造业中,劳动力价格要素或许终将不那么重要。
尽管存在成本高、工时长的软肋,但《经济学家》周刊认为,技术势必成为未来制造业趋势的众多突破之一。这些突破将使工厂*告别车床、钻头、制模机等传统工具,改由更加灵巧的电脑软件主宰--这便是第三次工业革命的标志。
从历*看,每项新技术的革新,势必带来原有生产模式的变革。关键是要看,怎样驾驭和利用新技术。就在前不久举行的夏季达沃斯论坛上,以为代表的“第三次工业革命”已经成为热议的话题。可以展望,工厂未来将*告别车床、冲压机等传统工具,而由制造业趋势。机,可以改变打印方式,可以改变制造业格局,甚至可以改变世界经济重心。但不变的是,中国对新技术的学习、突破和应用。
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