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第10章 3D打印与传统制造业(1)

3D打印与传统制造业新兴技术的引领作用

3D打印技术、人工智能、工业机器人相结合的数字制造技术和智能技术的崛起,被认为是推动新一轮工业革命的重要引擎,也是制造业发展的必然方向,已经引起全世界的广泛关注,被社会各界所看好。当前要积极推动3D打印等新兴技术和新兴产业与传统制造业的结合,在产业升级和结构调整过程中发挥重要的引领作用。

在工业领域,我们可以利用3D打印技术开发新产品、开发模具,可以打印高难度的个性化零部件,也可以直接打印大型复杂金属结构件产品。但是,社会各界对3D打印技术的认知、市场的推广应用、材料、人才等方面还存在明显不足。

2013年5月30日,在北京举行的首届世界3D打印技术产业大会上,来自美国、德国、比利时、英国、新加坡和国内的专家、企业家介绍了3D打印技术和3D打印技术在实践中的应用。在中央电视台于会议现场举行的《对话》(2013年6月23日播出)栏目中,美国3D系统公司的执行副总裁米歇尔展示了利用3D打印技术直接打印出的电子琴,湖南华曙高科有限公司总裁许小曙展示了利用3D打印技术打印的二胡、清华大学颜永年教授展示了利用3D打印技术打印的人体头盖骨。他们还现场演奏了电子琴、二胡,证明了利用3D打印方法打印的与传统制造方法生产制造的电子琴、二胡并没有什么两样。

2013年12月3日,我在欧洲模具展上观看了3D打印展,这是欧洲最大规模的3D打印专业展。整个展馆接近1万平方米,有来自欧洲和美国的大概100家厂家参加了展览,各种款式的3D打印桌面机和3D打印工业机均有亮相,还有利用3D打印技术打印出来的自行车、乐器展示。其中,场面最热闹的是3D系统公司邀请的乐队现场演奏,听主持人介绍,乐队所使用的乐器都是利用3D打印技术打印出来的。

我们也总会不断看到新闻媒体给我们带来许多振奋人心的信息。据英国《每日邮报》报道,目前,美国马萨诸塞州总医院托马斯·塞万提斯(Thomas Cervantes)和同事设计的,使用3D打印机和绵羊体内提取的软骨组织制造的人造耳朵,从外形上看与真实耳朵十分相似。这种人造耳朵看上去十分逼真,能够培育所需软骨细胞植入实验老鼠皮肤之下匹配定制化模式。连线添加在模具中对于人造耳朵的成型非常重要,它能够使其像人类耳朵一样弯曲和富有弹性。科学家正准备将这种人造耳朵应用于临床治疗,希望能够实现耳朵移植手术。这项技术采用定制化,科学家表示他们可以为不同患者在“较短时间范围内”设计出外观逼真的人造耳朵。

此外,密歇根大学医学院、杭州电子科技大学生物医学中心最近在推动生物3D打印的应用方面,也都有新的惊喜。

利用3D打印技术制造的人造耳朵

耳朵可以打印,就说明人体内的许多器官在不久的将来都可以打印,比如心脏、肝脏等重要器官的直接打印,都不再是难题。过去,器官移植最大的困难就是容易产生排异现象,而现在利用3D打印技术,将病人体内细胞培育成所需要的肝脏、心脏等,能彻底解决排异难题。可以预见的是,3D打印对生物医学领域带来的变化将会是革命性的。

3D打印技术的确很神秘,要想揭开3D打印的神秘面纱,还需要我们的共同努力,而且需要实践,需要时间。至于3D打印技术还能够做什么?我们目前还不知道,行业内的专家也并不知道,这是公开的秘密。这也正是这种新兴技术的魅力所在,3D打印技术充满无限可能。

传统制造业的新“引擎”

中国制造业今天面临的困难和出现的问题是在全球经济大萧条背景下发生的。在欧美和日本等发达经济体经济严重下滑并将长期保持下行趋势的背景下,中国不可能独善其身,受到影响是自然的。而且中国工业化之路还任重道远,结构性矛盾还十分突出,产业升级和结构调整将是一个长期过程。

产业转型升级的关键动力源还是科技,因此,我们一定要注重自主创新在整个工业化过程中的作用发挥。而且,每一次全球性的经济衰退,都是国际政治版图和经济版图重新调整的机会,也为我们制造业“走出去”创造了条件。

中国经济的转型重在实体经济,而中国制造业再发展需要良好的外部环境,如何为制造业提供宽松的融资环境、降低企业税负、鼓励创新,则是全社会都应关心的问题。

2008年美国金融危机爆发后,全球经济格局已经发生重大逆转,欧洲经济和美国经济将可能难以再次恢复到危机前的高速增长水平,日本经济将可能长期陷入衰退,中国等新兴经济体将继续保持稳定的增长势头。全球经济复苏还需要较长一段时间,2014年的情况或许不会太糟糕,但全面增长还缺乏足够动力。

这时候,就需要新技术新产业加速改变传统制造业格局,让经济结构从根本上发生变化。

制造业的转型升级是一个长期过程,而在这个过程中,新兴技术和新兴产业将发挥主导作用,成为传统产业转型升级的重要推动力。

当今技术发展的重要趋势是高技术与新技术、新工艺、新材料的融合与协同创新。我们一定要把握技术进步与创新的方向,通过建立多项技术协同创新的新机制,提升制造业的整体发展水平与质量,并为制造业的未来发展规划出新的技术路径与运营模式。

目前,制造业已经朝着数字化、智能化、高技术化方向发展,“跨界整合(融合)”将成为产业界的一个新名词。3D打印技术、人工智能、工业机器人相结合的数字制造技术和智能制造技术将迎来新的历史机遇。2011年,全球工业机器人保有量为160万台,我国仅7万台,可以预计今后我国3D打印技术、工业机器人及智能装备产业将可能长期保持两位数以上的高速增长势头。

从中我们也可以发现,中国经济的产业转型升级将步入一个良性循环,中国经济再迎黄金十年已并非不可能。

众所周知,中国是世界工厂,这个称号还一度被冠以“落后”的帽子,衬衣换飞机的比喻是很多人的心头刺。但是,中国制造业真的是落伍、落后、落难了吗?

“第三次工业革命”的主调论者们认为,其核心技术——3D打印,将撼动中国世界工厂的地位。

“3D打印”横空出世给传统制造业带来了新契机。以3D打印技术为代表的数字化制造模式,被英国《经济学人》杂志认为是“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。有专家认为,3D打印机可能是体现新一轮工业革命智能、绿色、高效等特点的一项“代表作”。美国等发达国家已经将增材制造确定为制造业创新的重要引擎。

由于3D打印的突破性进展,人们正在谈论美国借此重振制造业。其中的逻辑是,这项技术回避了美国人力成本高昂的劣势,能够实现无人工操作。而且,制造过程极大节省了材料、节约了成本,再将制造业外包给中国已经完全没有必要。

但需要强调的是,3D打印并不适合批量生产,生产1件和生产1万件的成本单价接近,不会对传统批量生产的产品造成太大冲击。而大批量生产正是“中国制造”的擅长领域。3D打印技术并不会对传统制造业构成任何挑战,所谓的“挑战”看起来也仅仅是一个假命题,并不值得我们过多忧虑。

对于大规模生产的普通易耗品,还是依赖批量化生产,3D打印并不会全部替代模具,只会使模具产业加快升级步伐,变得更为简单、方便、快捷、实用。对于高端工业品,材料、工艺才是核心竞争力所在,时间成本也往往大于人力成本。

3D打印技术相对传统制造技术来讲是一次重大的技术革命。它能够解决传统制造业所不能解决的技术难题,对传统制造业的转型升级和结构性调整将起到积极的推动作用。但传统制造业所擅长的批量化、规模化、精益化生产,恰恰是3D打印技术的短板。因此,3D打印技术本身不能取代传统制造业,也不是要取代传统制造业,而是要为传统制造业的创新发展注入新鲜动力。

目前,3D打印技术在原材料、精密度、工艺稳定性等诸方面还面临着瓶颈。由于3D打印技术不是一项替代性很强的技术,加之国内从事3D打印技术研发的科研机构和企业目前大多小而散,各自为政,因此,3D打印产业化将是一个漫长的过程。

至于3D打印技术是否能够推动第三次工业革命,我们认为目前讨论这个问题还为时过早,不具有实际意义。3D打印技术作为一项具有前沿性、先导性的新兴技术,正在使传统生产方式和生产工艺发生深刻变革。而这个变革将是一个长期的认识、认知、完善和应用的过程。

3D打印技术对于制造业的战略意义是什么

3D打印技术作为传统制造技术的颠覆性变革,并不是要取代传统制造业,而是使传统制造业更为完善和成熟。

其战略意义在于:

第一,3D打印是提升我国创新能力,实现从“中国制造”走向“中国创造”的重要途径;

第二,3D打印将极大地降低产品研发创新成本,缩短创新研发周期,并且能够简化制作,提高产品质量与性能,过去一些需要分开制造的产品,现在完全可以通过3D打印技术整体打印出来;

第三,3D打印能制造出传统工艺无法加工的零部件和大型金属结构件,极大增强了工艺创新能力;

第四,3D打印提高了难加工材料可加工性,拓展了材料的应用领域;

第五,3D打印开拓了绿色的制造模式,节省了材料,并将带来传统的设计方法,包括零件的设计方法和模具的设计方法的变化,传统的方法是面向制造工艺的设计,现在可能是面向性能的设计。

第六,3D打印技术的发展将带动材料、软件开发等庞大的新兴产业的崛起;

第七,3D打印将会推动传统生产制造模式的变革,培育出新的生产制造体系。

3D打印技术能否完全取代传统制造业

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