3D打印技术的起源及在中国的现状

无限三维(青岛)打印技术产业研究院副院长杨伟东讲述关于3D打印技术的起源及在中国目前的发展现状

1 、 什么是3D打印?

3D打印,即快速成型技术的一种,也称增材制造。它是一种以数字三维CAD模型设计文件为基础,运用高能束源或其他方式,将液体、熔融体,粉末、丝、片、板、块等特殊材料进行逐层堆积黏结,最终叠加成型,直接构造出物体的技术。

3D打印机

增材制造技术分类

1.挤出成型:主要以熔融沉积成型(FDM)技术实现

2.粒状物料成型:一类是有选择的在颗粒层中融化打印材料,而未融化的材料则被生成物件的支撑或薄壁,以减少对其它支撑材料的需求。另一类是3D Systems公司的ZPrinter系列3D打印机所采用的喷头式粉末成型打印技术。

3.光聚合成型:

(一)是由美国3D Systems公司开发的用于生产固体部件的光固化成型(SLA)技术。

(二)是Objet公司的PolyJet喷头打印机技术,喷射16-30μm超薄光敏聚合物材料层到构建托盘上,直至部件制作完成。

(三)是德国Envision Tec公司的Ultra3D打印数字光处理(DLP)快速成型系统。该系统能够构建组合型的3D部件,并使用高分辨率的数字光处理器投影仪来固化液态光聚合物,从而快速精准的完成模型的制造。

3D打印是一种多学科复合制造技术

3D打印技术是数字化技术、新材料技术、软件编程技术、光学技术等多科学发展的产物。其工作可以分为两个过程:

一是数据处理,利用三维扫描仪和计算机辅助设计(CAD)数据,将数据切片分层处理,完成将三维数据分解为二维数据的过程;

二是制造过程,依据分层的二维数据,采用所选定的制造方法制作与数据分层厚度相同的薄片,每层薄片按顺序叠加起来,就构成了三维实体,从而实现从二维薄层到三维实体的过程。

2 、3D打印的起源及发展

3D打印技术的核心制造思想最早起源于美国。早在1892年,J.E. Blanther在其专利中曾建议用分层制造法构成地形图。1902年,Carlo Baese的专利提出了用光敏聚合物制造塑料件的原理。1904年,Perera提出了在硬纸板上切割轮廓线,然后将这些纸板粘结成三维地形图的方法。20世纪50年代之后,出现了几百个有关3D打印的专利。

随着3D打印专利技术的不断发明,相应地用于生产的设备也被研发出来。1988年美国的3D Systems公司根据Hull的专利, 生产出了第一台商业3D打印设备——SLA-250 (光固化成形机),开创了3D打印技术发展的新纪元。在此后的10年中,3D打印技术蓬勃发展,涌现出了十余种新工艺和相应的3D打印设备。

3、 中国3D打印的现状

国内3D打印技术起步晚,但是自3D概念一出,立即受到了热捧,3D打印技术近年来在国内日趋升温。

据前瞻产业研究院统计,2012年中国3D打印市场规模约为10亿元,2013年翻了一番达到20亿元。2014年以来,中国多了很多3D打印制造企业,但都规模较小且没有知识产权,生产的设备都很雷同,以技术入门较低的桌面型FDM设备为主,跟风情况比较严重。

与美国、德国等发达国家相比,中国的3D打印产业虽然发展较快但仍处于起步阶段,国内拥有自主知识产权的工业型3D打印机生产企业寥寥无几。

按照中国3D打印技术产业联盟的预测,2016年中国的3D打印产值有望达到100亿元人民币,达到2012年(10亿元人民币)的10倍,从而使中国超越美国成为全球最大的3D打印市场。

但目前,国内3D企业的规模普遍较小,多数企业的营收都只停留在几百万的层面,营收超过5000万元人民币的的企业寥寥无几。而一些上市公司其主营业务并不属于3D打印产业,大多是借助已有或引入的技术来源,进行项目产业化。

3D打印产业规划引导将引爆百亿市场,对于正处于培育推广阶段的中国3D产业而言,政府的重视与政策扶持显得尤为重要。

目前国内已有多省市成立了地方3D打印产业联盟,并在相关政策中提及要重点发展3D产业。教育部也正在制订方案,让3D打印机走进学校,对此可以看到不少新闻报道,桌面型3D打印机逐步走入学生课堂。

相比较而言,欧美3D打印企业已达到亿美元级的规模。前瞻产业研究院搜集了欧美3D打印领域几家知名企业的营收情况,根据各企业的公开资料,2013年美国的两家3D打印巨头营收分别达到4.8亿美元和5.1亿美元,其余企业也都是几千万美元的级别。培育大型企业,改变"小而散"的格局对改变国内3D打印产业现状主管重要。

编辑:Julie
标签:3D打印技术的起源

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