南極熊解析“中國製造2025”下的3D打印

3D打印 經濟 美國 移動互聯網 南極熊3d打印網 2017-04-29

2015年5月8日,國務院正式印發了《中國製造2025》。這份被認為是中國版的“工業4.0”發展規劃,明確了在新一輪科技革命和產業變革的大背景下,中國主動應對全球產業競爭新格局和未來產業競爭新挑戰的發展戰略。為實現中國製造由大到強的轉變,提出了9大戰略任務、5項重點工程、10大戰略領域和若干重大政策舉措,描繪了中國製造梯次推進的路線圖和未來30年建設製造強國的宏偉藍圖。在該規劃中,3D打印(增材製造)作為代表性的新興技術佔有重要位置,在全文中共出現6次,貫穿於背景介紹、國家制造業創新能力提升、信息化與工業化深度融合、重點領域突破發展等重要段落,並融入於推動智能製造的主線。這一方面體現出我國對3D打印的重視程度,另一方面也彰顯了在戰略層面我國對製造業發展面臨的形勢和環境的深刻理解。

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3D打印首次出現在規劃的第一部分。在全球製造業格局分析中,製造業被認為正面臨重大調整。隨著新一代信息技術與製造業深度融合,以3D打印、移動互聯網、大數據等新興技術將重構現有的製造業技術體系,推動實現製造生產方式的變革,智能製造將代替重複和一般技能勞動成為大勢所趨。

在隨後的首個戰略任務“提高國家制作業創新能力”中,規劃提出興建增材製造等一批製造業創新中心(工業技術研究基地),支撐完善國家制造業創體系構建。這些國家創新中心將重點開展行業基礎和共性關鍵重大技術研發、成果產業化、人才培訓等工作。在“推進信息化與工業化深度融合”戰略任務中,3D打印又被提到2次。在加快發展智能製造裝備和產品方面,提出組織研發增材製造等智能製造裝備以及智能化生產線;在推進製造過程智能化方面,提出加快增材製造等技術和裝備在生產過程中的應用。

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最後2次出現是在10大重點領域發展佈局中。在高檔數控機床和機器人領域,提出要加快增材製造等前沿技術和裝備的研發;在生物醫藥及高性能醫療器械領域中,提出要實現生 物3D打印等新技術的突破和應用。 實際上,在《中國製造2025》出臺以前,2015年我國已有多個3D打印相關利好政策出爐。

2015年2月份工業和信息化部(以下簡稱“工信部”)、國家發展和改革委員會(以下簡稱“發改委”)、財政部聯合發佈了《國家增材製造產業發展推進計劃(2015-2016年)》,這份經過2年精心打造的推進計劃將3D打印產業的發展提升到國家戰略層面。

3月份“兩會”期間,李克強總理政府報告提出了“中國製造2025”,“互聯網+”行動計劃,“大眾創業,萬眾創新”3項具體措施,形成了新常態下推動中國經濟發展的新思路,這3項具體措施均和3D打印密切相關。

5月份國務院正式對外公佈《中國製造2025》規劃,其中3D打印成為加快實現智能製造的重要技術手段;6月份國務院印發《大力推進大眾創業萬眾創新若干政策措施的意見》,其中的第6大領域“建設創業創新平臺,增強支撐作用”涉及3D打印。

該技術可使得社會大眾的創意和想法快速轉化為產品,使其成為創業的熱門領域。目前,“互聯網+”行動計劃也正在積極的制定當中。由於3D打印具有的先天互聯網基因,預計其也將成為重點關注的領域。

一、生產模式迎來新變革

在過去的2個世紀中,人類的生產模式發生了多次的轉變,每一次轉變都極大地提高了生產力,改變了人類的生活。目前,新一輪的變革正在發生(見圖1)。在1850年前後,首先出現了“手工製造”時代。其主要標誌是技術嫻熟的工匠根據客戶的要求逐件的生產產品。這種作坊式的生產模式以小批量和定製化的生產形式為主。但是,生產效率較低,單件產品的質量取決於個體工匠的技術水平和經驗智慧。隨著第一次工業革命的到來,以蒸汽機作為標誌的機器逐步代替了手工勞動,極大的提高了生產力。隨後,福特汽車公司革命性的實現了流水線生產,人類開始進入到“大規模製造”時代,並在1955年前後達到頂峰。在這個階段,大規模生產降低了單個產品的製造成本,但產品的多樣性也隨之減少。

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在20世紀80年代後,隨著社會大眾對消費類產品多樣化的需求逐步提高,“大規模定製”開始興起。這種模式通過組件模塊化和用戶參與,兼顧了低成本生產和客戶需求。這使得產品的種類增加,而單件產品的生產規模下降。 2000年以後,全球化進程日益加快,製造業趨於更加複雜化和個性化。產品更新換代的節奏加快,定製化需求日益旺盛,製造業的生產模式開始步入到“個性化製造”階段。今天,互聯網和現代製造業正在進行深度融合,3D打印、移動互聯網、大數據等新技 術正在推動製造業向數字化、網絡化和智能化的方向發展。數字技術、智能技術的融入,使得“物理”意義上的產品攜帶了更多的“信息”功能,其整體性能得到本質的提升。

未來製造業的競爭核心將不再是“物理”意義上的質 量,而更多的是產品整體的功能性。這將導致製造業的生產模式從批量化、規模化、標準化製造轉變為定製化、個性化、分佈式。新的生產方式將更加靈活,滿足多品種小批量的產品需求,逐步取代大批量生產,成為未來製造的主要形式。縱觀製造業生產模式的發展歷程,它像畫了一個圓圈一樣又繞回了起始點。

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機器的應用使得製造業的生產模式實現了從手工生產到大規模製造的轉變,而以3D打印、機器人為代表的智能化製造技術將引領個性化定製時代的到來,使得全球製造業的格局發生重大革命。在生產模式發展變化的同時,製造業的設計理念,商業模式,價值鏈也正在隨之變化。產業價值鏈的重心從生產環節逐步轉向研發設計和品牌營銷等環節轉移,導致製造業從生產型向服務型進行轉變。網絡眾包、協同設計、互聯製造、大數 據等互聯網信息技術也將改變製造業的價值鏈條,構建新體系。

隨著新一代信息技術和互聯網的不斷髮展,未來的產品將不斷的智能化、網絡化。製造業企業不單單需要通過工廠內部的智能化、信息化來採集大量的生產信息,來提高企業的運行效率;另一反面還需要透過外部網絡獲取產品的反饋信息和客戶需求的大數據,通過對海量數據的分析、處理,來快速動態的配置資源和提供解決方案,形成全新的製造業企業管理決策方法。 由於3D打印自身的一些獨特優點,使其成為推動製造業新一輪生產模式變革的重要技術之一。首先,3D打印將生產環節和設計環節連接到一起,整合成為“精益設計”模式。作為一種“設計無限制”的數字化製造技術,3D打印可以直接製造出形狀高度複雜的產品。這將大大簡化產品設計,提高零部件的集成度,加快產品開發週期。同時,也使得過去受到傳統加工方式約束而無法實現的複雜結構製造變為可能。

3D打印還使得製造業的門檻大幅度降低,“大規模製造”所需的大型廠房、眾多機器、大量專業人員等生產要素將不再能夠阻擋製造業的大眾化。藉助互聯網,3D打印可以使任何人都可以通過數字設計來實現產品生產製造。因此,製造的重心將由生產向設計轉移,通過精益設計提高製造的靈活度將成為發展趨勢。這種變化恰恰迎合了互聯網和信息技術快速發展,產品微小創新和快速迭代成為新的發展模式。其次,3D打印還可大大壓縮供應鏈,使得傳統的離岸經濟模式得以改變。

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數字化文件的共享和交易,將允許在靠近消費區域的地點進行生產。這將繞過傳統的供應鏈,實現 產品“分佈式製造”,顛覆傳統供應鏈中的企業(見圖2)。最後,3D打印與互聯網的結合將使得社會大眾有機會直接參與到產品整個生命週期當中。從最初的設計、到製造、到後期維修,再到相關服務。這種模式將釋放整個社會的智慧,構建兼具個性化和數字化的產品與服務,演化出更加靈活和富有活力的商業模式,重組產業鏈分工、創造新的盈利模式和價值鏈體系。通過將改變產品的製造方式,進而改變世界的經濟格局,最終改變人類的生活方式。

二、3D打印興起的背景

自2008年國際金融危機以來,以美國、歐盟為代表的西方發達國家開始重新審視製造業在國民經濟發展中的作用,紛紛提出“再工業化”戰略,希望通過重振製造業來拉動經濟復甦。美國方面,於2012年發佈《國家先進製造業戰略計劃》,正式將先進製造業提升為國家戰略。隨後,奧巴馬宣佈實施 “國家制造業創新網絡”計劃,篩選具有廣闊應用價值的先進製造技術設立創新中心,全面提升美國製造業競爭力。首個被遴選出的技術即為3D打印,其創新中心的建設也同時被定位成樣板工程。

從美國設立國家創新中心的進度來看,其對先進技術的遴選較為嚴格。儘管數量從最初計劃的15家增加到最終的45家,但截至2014年底僅成立了8家,其中4家正在啟動過程中。然而,美國“國家增材製造創新中心”的成立時間甚至早於美國白宮發佈《國家制造業創新網絡》的時間,也遠早於後3家創新中心的成立時間,體現出美國政府對這項技術的重視程度。同時,美國推動3D打印的政策並不是孤立存在的,它和“材料基因組計劃”等美國政府其他重點工作存在著內部聯繫。美國希望這些工作的交叉可以激發跨學科、跨領域之間的相互合作,開闢嶄新的創新途徑,支撐下一波“美國製造”的浪潮潛力,應對未來的戰略需求和各種挑戰。

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該動作迅速得到了全球範圍的廣泛關注,英國、德國、加拿大、日本、澳大利亞、新加坡等發達國家相繼跟進,3D打印熱潮席捲全球。 表面上來看,美國政府是在積極推動3D打印技術的發展,實現面向市場的生產製造。作為新興的先進製造 業,3D打印產業的市場容量未來有可能匹敵航空業,達到數千億美元的規模,頗具吸引力。

但更深層次的是,該技術能夠與其他數字化生產模式相結合,共同推動實現新一輪工業革命。3D打印的一些獨有特徵,未來能夠對製造業產生大範圍、深入的滲透和影響,具有其他一些先進製造技術(如柔性混合電子、下一代電力電子等)所無法達到的作用(見圖3)。與此同時,3D打印在國防軍工領域也具有不同方面的應用,對於保障美國國家安全具有重要的支撐作用。今天來看,美國對3D打印的戰略佈局具有相當的前瞻性。這一方面體現出美國戰略政策制定中高瞻遠矚的預見能力,另一方面也解釋了為什麼繼美國之後,歐洲及其他地區國家紛紛效仿積極推動3D打印,爭搶該技術戰略高地。

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我國也高度關注3D打印技術,自20世紀90年代初就通過國家自然基金、科技部、工信部等部委支持相關研究。在2012年美國大力推動3D打印發展開始之初,也密切跟蹤相關動向。通過借鑑美國的相關經驗,結合我國製造業發展的處於2.0水平的實際情況,適時的推出了3D打印的相關政策。在《中國製造2025》規劃中,從宏觀和中觀的角度上點明瞭發展3D打印的原因、方向和路徑,為我國在3D打印領域搶佔國際技術高地,在新一輪工業革命中打造製造強國提供了行動綱領,也為應對美國“再工業化”戰略,德國“工業4.0”提出了中國發展製造業的戰略方針。

三、3D打印發展成熟度

3D打印技術始於20多年前,但最近幾年來才被公眾所注意,這主要歸功於其在最近幾年的快速發展。根據美國高德納(Gartner)公司發佈的 “新興技術炒作週期”報告,3D打印在2009年時還未被列入報告中。這項新興技術在2010年才在報告中首次出現,並被認為需要5~10年才能成熟。但在2012年,這項技術就已經從技術萌芽期發展到期望膨脹期的頂點,與大數據一起成為2012年最受市場關注的新技術之一。

到了2014年,3D打印已經快速地渡過膨脹期,開始進入到實際應用階段(見圖4)。由於該技術的快速發展,高德納公司在最新發布的炒作週期圖中將企業級3D打印和消費級3D打印進行了區分和單獨評價。企業級3D打印正在逐步走向成熟期,市場在迅速擴大,幾乎已經步入實際產品生產階段。相比之下,消費級3D打印仍處於炒作的高峰期,大約還需要5~10年才能進入主流商業領域。

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3D生物打印系統仍然於萌芽期,但成熟期從2012年所需的10年以上縮短到5~10年之間。 對於3D打印細分領域來說,樣品原型製造已經步入成熟期,可使企業能夠減少在產品研發過程中設計、成 型和功能設計帶來的風險。在2~5年內,3D掃描設備和3D打印軟件的成熟速度將會更快,同時會有更大比例的企業採用3D打印。3D打印的醫療器械將帶來巨大的好處,足以改變人們的生活,這將導致全球使用3D打印技術製作假肢和醫療植入物。

消費級3D打印則和企業級3D打印完全不同,它將是一個包含各種軟件、硬件和材料的複雜系統,並不像2D紙打印機只需“點擊打印”那麼簡單,因此需要更長的時間才能走向主流。同樣,3D打印如果想成為主流的製造工藝,進入到工業製造領域中,也需要較長時間。面向大結構的大型3D打印與教學用3D打印要進入主流前景廣闊,但是目前才剛剛開始,還需要10年以上的時間。 根據沃勒斯事務所(Wohlers Associates)公司發佈的最新3D打印報告,2014年全球3D打印產值達到41億美元,年增長率達到35%,增速達到了18年來的最高水平。

其中,產品(包括3D打印裝備和材料)和服務(包括軟件、製造和服務部分)的產值基本各佔一半。從設備銷量來看,2014年企業級3D打印機(>5000美元/臺)銷量超過1.2萬臺,增長率超過30%。市場主要由美國Stratasys公司、美國3D systems公司和德國Envisiontec公司佔據,3家佔有率將近80%。消費級3D打印機(<5000美元/臺)銷量超過14萬臺,增長率超過90%。

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四、3D打印業態分析

3D打印的產業鏈包括5個環節,分別為“軟件、材料、裝備、製造和應用”。軟件開發:通過實物掃描、逆向分析和計算機軟件設計,構建三維數據模型。材料研製和生產:開發金屬、高分子、無機等3D打印專用材料,滿足不同類型產品的性能要求。裝備研製和生產:進行激光、電子束等高能離子束加工部件,以及整機的開發,滿足不同生產工藝要求。生產製造:基於三維數據模型,通過材料層層疊加的方式生產產品,並通過後處理和產品檢測,使產品性能及尺寸達標。應用推廣:進行航空航天、生物醫療、創意產品等應用領域產品推廣和使用(見圖5)。

5個環節中所涉及的重要技術需求包括開發專用的3D打印材料,對應的生產工藝,以及相關的高端3D打印裝備。在整個產業鏈條當中,還有另外3個非常重要的部分始終貫穿其中,分別為:數字鏈路、科技服務和可持續發展。不間斷的數字數據鏈路將可實現產品從設計、加工製造、到最終裝配、檢測全流程的自動化、智能化,是“數字化製造”的核心。科技服務將為3D打印相關企業提供所需的配套服務,包括教育培訓、諮詢、售後、宣傳等等,促進3D打印產業的發展。材料的回收、能源高效利用、從源頭保護生 態環境等,將實現3D打印產品和系統全生命週期的綠色低碳、和諧協調、可持續發展。

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雖然3D打印包括了5個環節,但產業的發展實際上是由裝備環節主導的,這些裝備製造廠商形成了3D打印產業的第1種主流企業類型。這是由於3D打印產品的好壞需要通過裝備將原材料加工成產品之後,才能檢查出來。因此,初期的3D打印企業都是 依靠裝備起家的。但另一方面,3D打印產品的性能又很大程度上取決於材 料的選擇和軟件的優化。所以,這些裝備廠商為了提高用戶體驗度,逐步將業務擴展到原材料製造環節,並進一步在不同程度上向軟件、製造和應用環節拓展。

目前,大部分3D打印企業的主營業務都為裝備製造。據不完全統計,這些企業佔據了全球3D打印產業產值的半壁江山,2014年收入將近20億美元。預計這一特徵在短期之內不會有所改變,其他環節的3D打印企業很難脫穎而出,成為該行業的領軍廠商。和3D打印產業相關的另外一種企業為傳統制造業巨頭。這些企業並非處於3D打印產業鏈之中,而是與之存在橫向交叉。這些巨頭對製造本身具有深入的理解,並佔有全球製造業龐大的市場和資源。它們試圖將3D打印這種先進製造技術融入到現有的製造工藝體系中,實現對傳統產品的改進和升級。

顯然,這是新興的專業3D打印企業無法做到的,但對於3D打印產業未來的發展來說至關重要。換句話說,這些傳統制造業巨頭的介入程度將很大程度上影響3D打印在各應用領域的滲透程度,因此它們成為該領域的另外一種企業類型。 還有一種類型的企業隨著互聯網的發展興起——3D打印雲平臺企業。這些平臺一方面是3D打印產品的電商交易平臺。客戶通過“線上下單,線下製造”的方式實現產品的按需定製。另一方面,雲平臺還匯聚了世界各地的3D打印從業人員。3D打印設計師可以將自己的創意設計上傳到雲平臺,並打印生產,最後售賣給喜歡這些創意產品的普通用戶。這些3D打印雲平臺藉助互聯網彙集遍佈全球的3D打印愛好者,構建起極為龐大的社區。

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網絡眾包、異地協同設計等新型商業模式在這裡得到真實體現,推動3D打印從生產向服務轉變。 最後一種類型的企業目前數量很少,在整個3D打印產業所佔的份額也微乎其微,但卻潛力巨大,這些企業的主業為3D生物打印。如果說3D打印屬於製造技術當中的黑科技,那麼3D生物打印則是3D打印技術當中的黑科技。

未來3D打印人工器官將是解決移植器官短缺問題的可行技術之一,並對醫學研究和藥物研發產生推進作用。這將給目前的生物醫學行業帶來巨大的變革。 從某種意義上講,專業3D打印企業和傳統制造業企業分別從技術發展和市場需求2個方向推動了3D打印產業發展。而3D打印雲平臺企業是通過信息的互聯、人的互聯、機器的互聯構建出全球的3D打印互聯網絡。3D生物打印企業則開啟了製造活體組織的大門,成為“生物製造”的基石。這4種企業正從不同的方向改變著傳統制造業,推動生產向智能化、服務化的方向發展。

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1.3D打印裝備製造企業

國際方面,3D打印裝備製造企業 以美國3D Systems和Stratasys公司為代表。這2家3D打印巨頭均在納斯達克上市,佔全球3D打印產業總產值的1/3。2014年,3D Systems公司實現收入6.5億美元,比2012年增長27%。該公司的創立者Charles Hull發明了著名的3D打印光固化工藝(SLA),並於2014年進入美國發明家名人堂。

該公司向客戶提供“一站式”全套3D打印解決方案,包括裝備、材料、工藝、軟 件、教育培訓和應用支持,其解決方案涉及模具、醫療、教育、珠寶、建築等行業。Stratasys公司2014年實現收入7.5 億美元,比2013年增長55%。該公司是應用最為廣泛的3D打印工藝技術——熔融沉積式工藝(FDM)的鼻祖,同時也是該工藝的最大生產製造商,至今還在引領該工藝的發展。同時,該公司擁有業界最為全面的材料組合,包括數百種光聚合物和熱塑性塑料。 排在第3位的德國EOS公司2014年收入約為2.2億美元。

該公司是選擇性激光燒結工藝的(SLS)領導企業,主要業務集中在航空航天、醫療和汽車行業高端精密零部件的製造。客戶涵蓋了空客、波音、保時捷、大眾等眾多頂尖製造商。其他的知名3D打印裝備公司還包括瑞典ArcamAB、德國ExOne、德國SLM solutions、德國Voxeljet等,這些公司2014年的收入都在2000萬~4000萬美元之間。國內方面的情況基本上和國際情況一致,北京太爾時代科技有限公司、西安瑞特快速製造工程研究有限公司、西安鉑力特激光成形技術有限公司、北京隆源自動成型系統有限公司等3D打印裝備企業佔據了行業主流位置。個別優秀企業的產值達到億元規模,但大部分企業的產值仍處在千萬量級或百萬量級。

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2.傳統制造業巨頭

佈局3D打印的傳統制造業巨頭以美國通用、波音等公司為代表。通用公司早在2012年奧巴馬宣佈實施“再工業化”戰略之後,就提出了“工業互聯網”的概念,並開展了一系列的佈局。“工業互聯網”是指通過智能機器間的連接並最終將人機連接,結合軟件和大數據分析,重構全球工業、激發生產力,讓世界更清潔且更經濟。這其中,3D打印成為智能工廠中重要的組成部分。

通用公司2011年就成立了增材製造實驗室,並於2012年收購了Morris Technologies和Rapid Quality Manufacturing2家專業3D打印公司。同時,對阿拉巴馬州的奧本工廠投入1.25億美元擴大3D打印製造能力。目前,該廠已經開始生產新一代LEAP噴氣發動機所需的3D打印燃料噴嘴,未來3年內計劃累計產量將達到2萬個。2014年,又投入3 200萬美元在美國賓州匹茲堡再建一個新的3D打印工廠,主要用於開發3D打印技術並將其用於實際製造。2015年,公司首款3D打印的商業噴氣發動機零部件--高壓壓氣機溫度傳感器(T25)外殼通過美國聯邦航空管理局(FAA)認證。這種拳頭大小的3D打印零件將用於對400臺波音777的 GE90-94B噴氣發動機進行改造(見圖6)。

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近期,市場傳言通用公司將有可能收購3D Systems公司。對於市值將近3000億美元的通用公司來說,收購市值不到30億美元的3D systems公司將使其在該領域佔據一個極其有利的位置,且不會對公司的資金流產生很大的影響。如果傳言成真,這次收購將對整個3D打印產業產生深遠的影響。除了通用公司,其他製造業巨頭也紛紛佈局3D打印。

例如,波音公司早 在90年代中期就開始應用3D打印組件,用作飛機的非結構部件。目前,波音公司已在16種不同的商用和軍用飛機上使用了200多種,2萬多個3D打印的飛機零部件。其中,787夢想客機就包括32種3D打印部件。空客公司則設立了近百個科研項目,研究3D打印在下一代商用飛機上的應用,包括3D打印的減重起落架、機艙和冷卻系統等。國內方面,介入3D打印領域的傳統制造業企業巨頭較少。和3D打印概念相關的上市公司有30家左右,其中包括金運激光、光韻達、中航精機、中海達、蘇大維格、銀邦股份、華中數控、華工科技、南風化工等。

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3.3D打印雲平臺企業

Shapeways平臺是全球頭號在線3D打印市場和社區,主要為客戶定製他們設計的各種產品,還幫助設計人員和3D打印愛好者銷售自己的3D設計和產品。目前,該平臺雲集了來自全球超過130個國家,數量超過50萬的會員,擁有超過2萬家3D店鋪,充斥著各種各樣新奇、有趣的原創3D設計作品,月均3D打印產品數量已經高達18萬件。亞馬遜等其他電商也推出了 3D打印商場。

亞馬遜提供超過200種可以進行定製3D打印的物品。用戶下單以後,亞馬遜將通過第三方的3D打印服務提供商,包括Sculpteo、Mixee Labs以及3DLT完成生產。3D Hubs則是另外一種3D打印雲平臺的代表。Shapeways平臺利用自己的3D打印機為客戶提供B2C的服務。但由於使用自己的機器向全球各地區用戶提供服務,儘管打印質量比較有保障,用戶需要等待較長的時間。3D Hubs平臺並不擁有3D打印機,而是建立了一個全球的3D打印機分佈式網絡,形成一種C2C的服務模式。

僅僅2年多的時間,該網絡已經有超過1.7臺的3D打印機,遍佈150多個國家和地區,佔到全球3D打印機總量的近5%,處理了超過3萬件3D打印訂單(見圖7)。該平臺可以根據客戶的位置,將任務分配給分佈式網絡中的最近的3D打印機,完成製造。因此,其發貨速度遠遠快於Shapeways。3D Hubs可以做到2天內發貨,而Shapeways則需要一週。此外,通過對這1.7萬臺3D打印機信息的彙集和整理,形成了權威的3D打印大數據分析,內容包括3D打印機型號、質量、廠商排行榜,3D打印產品應用領域、顏色排行榜,3D打印城市排行榜等等。

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還有一類3D打印平臺主要是3D打印社區。其中的佼佼者當屬Thingiverse,它是Stratasys子公司MakerBot所擁有的全球最大的3D打印文件分享平臺,該網站已經擁有超過50萬個3D打印模型可供免費下載。其訪問量和Shapeways平臺相當,年訪問量都達到了千萬次量級。其他活躍的相關社區還包括Reddit、3D Hubs Talk、TinkerCAD, MyMiniFactory 和GrabCAD等。國內也在湧現出多個3D打印雲平臺企業,比如三迪時空、叄迪網、紫晶立方、南極熊3D打印網、美匠網、中國3D打印網、天工社等等。一部分為3D打印裝備製造企業佈局的業務延伸,另一部分為獨立的3D打印服務平臺,還有一些網站從事3D打印相關的周邊服務。

4.3D生物打印企業

寬泛的3D生物打印包括4個層次,分別是體外模型器械、體內假體植入物、可降解組織支架、以及活體組織打印。前3個層次基本屬於傳統制造業的範疇,而第4個層次則是開創性、革命性的,將根本性的解決器官移植所存在的供體短缺與免疫排斥的問題。我們這裡所說的3D生物打印企業特指那些從事活體組織打印的企業。美國Organovo公司當屬這其中的領軍企業,公司於2013年在納斯達克上市。該公司開發出了活體組織3D打印機,並於2014年推出了世界上首款商用3D打印“活體組織”——微型肝臟。

該產品具有精確、可複製的生物結構,其功能性和穩定性可保持42天之久,遠超當下標準的二維肝細胞培養系統,將用於醫學研究和藥物開發。 近期,該公司又公佈了另一款3D打印“活體組織”-微型腎臟,該組織可以存活至少2個星期,其商用產品將於2016年下半年正式發佈。與此同時,Organovo公司與默沙東、強生、歐萊雅等公司合作,開展活體組織3D打印的相關應用。國內方面,活體組織3D打印還處於研發階段,尚未進入產業化階段。

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五、結語

借用世界3D打印技術產業聯盟創始人羅軍祕書長所提出的“時代”的概念,筆者認為3D打印可劃分為5個時代。“1.0時代”是以3D打印裝備製造企業為主導,在1984年3D打印出現之後,使得該技術和產業得到了長足的發展;“2.0時代”則是以傳統制造業巨頭開始介入為標誌,在2000年後逐步的將3D打印融入到傳統的製造技術當中,實現3D打印產品的實質性應用;“3.0時代”則以美國政府佈局3D打印為起點,推動全球興起新一輪工業革命的浪潮,3D打印與大數據、機器人、雲計算的深度融合迎來智能製造時代;“4.0”時代則是以活體組 織3D打印的商業化為開端,逐步實現人體活體器官的生物製造;展望未來“5.0”時代,將有可能是活體組織和電子部件的集成化,以賦予生命體更多的信息化功能。

實際上,這5個時代存在著相互重疊關係,但其中所涉及的4種3D打印企業並不存在著相互更替、同質競爭的關係。相反的是,即使進入到3D打印“5.0”時代,這4種類型 的企業預計也將有獨自的市場,形成優勢互補,協同發展的態勢。因此,為了促進我國3D打印產業的健康發展,這4種類型的3D打印企業都需要重點關注。相信這也從側面說明了國家關注發展3D打印裝備,3D打印生產工藝,3D打印平臺,生物3D打印的原因。作為《中國製造2025》規劃當中的重點佈局內容,加快我國3D打印技術的發展,推動3D打印產業做強做大,不單單是培育了一個具有廣闊市場的先進製造業產業,也同時對我國實現製造業強國的夢想起到積極的推進意義。

編輯:南極熊

作者:於 灝 北京新材料發展中心

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