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布局正当时!一份来自大湾区的3D打印产业“创新演义”调查

发布时间:2018-07-26 来源:中工招商网 1033

     日前,第五届世界3D打印技术产业大会在佛山市举行,来自3D打印行业800多位国内外专家、企业聚集于此,围绕3D打印相关的模具、生物医疗以及教育等专题展开讨论,将一股3D打印热潮带到佛山。佛山显然想留住这股热潮。负责承办此次活动的大沥镇,成功争取到全球首个3D打印批量化定制中心的落户,并希望借此形成行业氛围,打造成为全国3D打印产业发展集聚区。

3D打印产业

     这仅仅是近年3D打印产业的“湾区演义”中的一个缩影。在湾区城市中,广州拥有全国唯一一家以3D打印产业为载体的国家级孵化器;深圳成立了3D打印制造业创新中心;东莞连续两年政府工作报告明确提出扶持3D打印等战略性新兴产业发展;中山成立了国内首个精准医学3D打印中心;珠海联手中国3D打印技术产业联盟成立中国3 D打印技术产业(珠海)创新中心……

     有机构分析预判,全球3D打印市场规模呈现快速增长态势,到2018年,市场规模将超过110亿美元;其中中国的3D打印市场规模将超过200亿元。“目前国内的3D打印产业整体上来说依然处于起步阶段,现在正是加快战略布局的机遇期。”中国3D打印技术产业联盟执行理事长罗军说。

     各地密集抢滩,一场3D打印产业的“湾区演义”才刚起步。

3D打印技术的前世今生

     对“十三五”期间我国战略性新兴产业发展作出部署、在国务院印发的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中,增材制造(3D打印)被视为推动制造业升级的重要技术之一,在《规划》中被多次提及、强调。

     基于数字模型,使用材料多样,通过熔融或是粘结、烧结等方式构造物体,实现快速成型,这就是3D打印技术。这项最早诞生于美国80年代中期的技术,引起世界各国的高度重视。自2000年左右中国的3D打印产业开始起步,经过十多年发展,逐渐形成了华东、华北以及华南三大3D打印产业发展中心。截至2016年数据,全国3D打印产值规模达到80亿元,其中华南3D打印产业发展中心以广东省为主,占全国3D打印市场份额超过30%。

     广东省内,又以广深领跑。在广州,一年一度的广州国际模具展与3D打印展是国内3D打印界的盛事,广州3D打印产业在生物领域一骑绝尘,我国首款获批上市的生物3D打印产品就是由广州3D打印公司自主研发的。而在深圳这座全国闻名的“创业之城”聚集了全中国最多的创客。在这些创客群体中,越来越流行用桌面级3D打印技术来提升产品开发周期、免去开模生产的时间。

     事实上,由于3D打印技术在及时制造、复杂制造、个性化制造、特殊环境下制造、任意制造等方面具有自身独特优势,其展示出的可能性让人开始思考更广泛的应用空间。3D打印技术在发展初期仅能打印模型和样件,现在打印一些功能性产品已经成为可能。

佛     山

3D打印重新定义这座城市制造业

     目前制约3D打印技术真正“颠覆”传统制造业的重要因素是精度和速度

     日前在佛山举行的第五届世界3D打印技术产业大会,主题就选择了“3D打印重新定义制造业”。对于这座制造业之城来说,这个主题再合适不过了。

多点开花的佛山制造

     罗军曾对佛山作过详细调研,他认为,佛山拥有汽车及零部件产业、模具产业、电子电器产业、医疗康复产业,这些产业与3D打印有很多结合点。“传统产业转型升级需要新兴技术的引领和带动,而3D打印则可以发挥重要的助推作用。”罗军说。

     佛山的3D产业发展历史,有迹可循至最早2002年,彼时的佛山市峰华卓立制造技术有限公司,引进了清华大学激光快速成形中心颜永年教授团队开发的无模铸型制造技术。经过近8年的技术产业化试验及应用,直至2010年该技术基本成熟,并逐步实现了以汽车发动机领域为代表的更广泛产业应用推广。这被业内普遍认为是“佛山制造+3D打印”的里程碑。

     2012年,南风股份有限公司宣布设立控股子公司南方增材科技有限公司,并与北京航空航天大学王华明团队合作开发“重型金属构件电熔精密成型技术产业化项目”。2014年,南风股份声称该项目取得进展,目前已拥有国内第一台自主研发、设计、安装、调试的重型金属“3D打印”成套工程专用设备,具备生产最大直径为6米、重量达300吨的重型金属构件的能力。

     在大型重型工业领域,峰华卓立的3D打印项目从实验到产出这一个周期长达8年,南方增材迄今营收更依然为“0”。即便如此,南风股份在年报中透露,“南方增材的重型金属‘3D打印’工作正在推进中”,并未打算放弃该项目。

     对比大型重型工业领域,佛山的企业似乎在医疗临床应用领域表现更为突出。佛山市安齿生物科技有限公司擅长模拟医患牙床牙根部的形状,以3D打印技术“再现”一只一模一样的牙齿种植体。这一项技术,在全球范围内尚属首创。依托这一技术,以往种植牙长达9个月的周期,可以缩减为3个月。

     去年,广东省医学3D打印应用转化工程技术研究中心分中心就在安齿生物揭牌。该中心未来将依托安齿生物深入研究3D打印创伤修复植入体,争取突破生物功能性3D打印设备及材料方面的瓶颈,同时解决个性化金属3D打印植入体的临床应用安全性问题。

3D打印产业的发展风口

     日前,第五届世界3D打印技术产业大会在佛山举行,对于未来3D打印的发展方向,人们似乎已有共识,3D打印正在迈向批量化制造,直接参与传统制造业的正面竞争。

     来自英国的工程科技公司雷尼绍就是现成的例子。雷尼绍在2011年前以测量为主要业务,后来收购了当地一家增材制造企业,逐渐成为了当地3D打印行业中的佼佼者。雷尼绍中国区增材制造部总经理施惠以一根液压歧管做案例分析。

     “传统液压歧管是怎么造的?在一块金属块上,根据设计需要打出对应的流道,然后把另外一头用塞子塞住,就做出来这样一套液压歧管。”施惠说,“如果用增材制造技术,我们可以首先提取这一套管路形状,再根据流体力学模拟内壁压力,从而将管路设计出来。经过增材制造出来的液压歧管,形状发生变化,意味着选取的材料等方面也有了更大的发挥空间。”雷尼绍的一个客户正是在此基础上改用不锈钢材质生产出液压歧管,实现体积减少了79%、质量减少了37%、内部流动功能性提升60%。

     不难发现,批量化定制已经成为了制造业+3D打印产业的风口。

     “过去我们的制造业是这样的:首先有想法,然后用计算机辅助设计,还要开模、印证,之后小批量生产,接着才大批量生产。这中间需要有非常强的制模、仓库、物流配套能力。”惠普公司亚太及日本地区3D打印销售总监章群介绍,“现在有了3D打印,我们不用再去开模,设计也可得到印证。我们不需要很复杂的物流,也不需要物理仓库,一切从虚拟仓库处理。因为不需要准备很多零部件,所以可以有更高效的供应链。现在不再需要把产品在佛山打印出来,然后通过物理供应链运到广州、香港、上海等地,我们可以在不同的地方有很多的打印中心,进行分布式的打印作业。这样可节省很多供应链成本,同时节省很多在路上的时间和很大的物理控制,而这些只是3D打印技术展示出批量化定制想象空间的冰山一角。”章群说。

     日前,惠普与广东兰湾智能科技有限公司合作,将全球首个工业级3D打印批量化定制中心落户在佛山。前者提供10台惠普M ulti Jet F usion3D打印系统,旨在满足以汽车行业为代表对原型生产以及零部件批量生产的需求。据了解,这是目前为止惠普在亚太及日本地区规模最大的一次工业级3D打印解决方案部署;后者作为国内3D打印方案提供商,每年能够为2万多家中小制造业企业提供从设计端到应用端再到产品端的配套服务,推动传统制造业企业加快研发-设计-创造的进程。

     目前制约3D打印技术真正“颠覆”传统制造业的重要因素,就是精度和速度。美国机械工程学会院士周功耀认为,目前利用3D打印技术成型的产品,大部分因为精度问题难以广泛在工业中推广,更枉论精密机械;再者目前打印出来的产品多为小尺寸产品,未来若真正想应用在各行各业,则需要提升打印速度,快速成型。

     3D打印技术已经给人们带来足够惊喜,那么4D呢?周功耀介绍,麻省理工已有相关研究,提出打印时增加能量的变量,实现4D打印。“比如这一张打印机械式的薄片,当我要使用时,加上热水激发它,这块薄片就能变成一张椅子。从 提 出 至 今 不到5年,目前这是增材制造领域最先进的领域。如果我们有资金有精力,也可以跟上。”周功耀说。

珠     海

“世界打印耗材之都”试水3D打印产业

     作为有着“世界打印耗材之都”的珠海,凭借2D打印成熟的产业链,一些企业也在“试水”3D打印产业,催生了赛纳、三绿、天威等多个龙头企业。

多个企业成行业标杆

     珠海发展3D打印技术有着得天独厚的优势,最重要因素是珠海有成熟的2D打印产业链。官方数据显示,珠海从事2D打印产业的企业达680多家,其中生产企业达300多家,从业人员6万多人,也是珠海所有产业中产业链配套最为完整、上下游产业最为齐全,并在全球占据领导地位的行业,因此珠海也被全球打印耗材行业誉为“世界打印耗材之都”。

     “打印耗材80%来自中国,其中80%的产品都是珠海制造。”珠海再生时代文化传播有限公司副总李昌恒告诉记者。数据显示,2011-2017年珠海打印耗材基地特色产品累计出口额达370亿元,年均增长6.8%,其中2017年珠海打印耗材基地特色产品出口额就达到了56 .7亿元,供应了全球78.6%以上的色带、68.4%以上的兼容墨盒、40 .1%以上的再生激光碳粉盒组件,主要产品在全球出口份额占绝对优势。

     成熟完备的2D打印产业链,也使得珠海一些打印耗材企业开始涉足3D打印技术产业,并催生出了包括赛纳、三绿、天威等多个龙头企业。比如三绿以3D打印笔和打印耗材为主要业务板块,其中仅3D打印笔这一项出口量就位于全国前三。

     再如珠海赛纳打印公司,自主研发的全彩色光固化直喷式3D打印机,达到世界先进水平。珠海天威集团3D打印产品矩阵不仅涵盖桌面级到工业级全系列,而且还获得中国首张“3D打印C Q C标志认证”,去年其自主研发的A M SS3D金属打印技术也获得了香港创新发明奖和日内瓦国际发明展金奖。

展会促企业走向国际

     去年在珠海举办的第11届中国(珠海)国际打印耗材展览会上,482家国内外参展企业进驻,超过15000名全球买家参会,展会首设的3D打印跨界综合性“大办公”平台等是当时的亮点之一。在本次展会上,广东省3D打印标准化技术委员会挂牌,标志着广东省3D打印行业标准化发展进入正轨。

     记者留意到,通过展会形式促进企业走出去,已经成为珠海打印耗材行业发展的重要方式之一。为了能够让珠海更多打印耗材企业走出去,珠海再生时代文化传播有限公司带领企业先后赴墨西哥、埃及、印度以及美洲等地举办耗材展,从而推动3D打印产业的发展。

     “想带动珠海3D打印行业发展只靠自己是不够的。”天威相关负责人表示,该公司今年与珠海保税区管理委员会共同打造的“粤港澳3D打印产业创新中心”将于6月28日正式揭幕,这也是粤港澳大湾区首个由产业型企业牵头、与政府联合共建的专业3D打印产业孵化机构。“我们还引入了国家级众创空间品牌单位———广东青年创投协同运营,致力于孵化和培育3D打印及产业链上下游创业项目,打造粤港澳大湾区3D打印产业创新示范点。”该负责人称。

东     莞

“爆红”的技术迈入发展快车道

     东莞从事3D打印领域企业已有100多家,在模具产业应用上走在全国前端

     白天设计好玩具样品,一个晚上就能打印创造2000元产值;3D打印技术融入传统的制造模具业,可帮助提高近一倍的产量;镶嵌进口腔的一颗陶瓷牙,可能就是由3D打印机制作而成……这一系列的技术应用,正是东莞3D打印产业发展的一个缩影,也是东莞3D打印产业化应用研究的发展方向。

     2013年,3D打印技术在东莞“爆红”,迈入发展快车道。在2017年,增材制造(3D打印)更被列入《东莞市战略性新兴产业发展“十三五”规划》,与机器人制造、生物技术、新一代信息技术等被纳入东莞重点发展的新兴战略性产业。据不完全统计,目前在东莞从事3D打印领域的企业已经有100多家,多涉及3D打印的服务、应用领域。当下,新材料的研发与产业化的大规模应用正是东莞攻克的难点,也是重点。

从被动到主动引入3D打印技术

     不少从事3D打印行业的东莞企业背后都有一个类似的经历,那便是客户有需求,才首次试水3D打印。“3D打印分为工业级和桌面级。当下,东莞的3D打印发展多侧重于工业级技术应用的研发。”东莞康铭光电科技有限公司总经理戴述军介绍,“3D打印技术在工业应用方面主要是装备、软件、材料运用、落地实际应用4个阶段,现在康铭正处于落地实际应用的阶段。”

     作为世界制造业中心,传统模具产业在东莞占据着重要地位。据统计,目前东莞已经形成以长安、横沥两个专业镇为龙头的模具产业,数量达到5万多家。“东莞的3D打印企业也多聚集在长安、横沥。”东莞理工学院东莞增材制造与智能制造研究院博士陈盛贵介绍,“东莞的3D打印企业多以技术服务为主。以往,东莞的3D打印技术多运用于手板制作,即制作小部分模型或样品。但近年来金属3D打印开始普及,辅助模具的制造。”

     陈盛贵举例,在传统的模具工艺中,一个汽车零部件的金属模具只能通过传统加工方法制作直孔水路,模具冷却效果不是很理想。但通过金属3D打印技术,“异型水路”应运而生,可制作弯曲的水路,更均匀地分布在模具型芯或模腔的周围,使制品冷却均匀。

     对此,戴述军更具体地解释道,在模具制作的冷却步骤中,传统的制模方式中,冷却所用时间约60秒,占整个过程的70%,一天下来大概做1500多个。运用了3D技术后,时间缩短一半,平均30秒可完成一个,一天的产量高达2000多个。

     “在模具的产业应用上,东莞的3D打印技术应用是走在全国前端的。”陈盛贵分析,“外界对于东莞制造的要求越来越高,这使得东莞具备3D技术产业化应用的基础和条件。另一方面,在政府和一些研究机构的支持下,东莞企业与东莞理工学院等高校机构合作,可以有效地进行技术转化。”

技术应用将重点开拓医疗领域

     20年的模具制造经验积累,给康铭向3D应用技术方向发展提供了便利。截至目前,康铭合作客户遍布珠三角,已经有3项发明专利,8项实用新型专利。除了像康铭、科恒、博泰三维这样的3D打印技术服务型企业,东莞还有涉及3D打印耗材领域的银禧科技,3D打印装备的东莞鸿泰、东莞佰韧、东莞一迈智能等具有较强竞争力的代表性企业。

     此外,东莞拥有首个3D打印技术平台所依托的横沥模具创新中心、中科院东莞云计算中心、东莞市3D打印技术重点实验室以及东莞理工学院与卢秉恒院士团队共建的东莞增材制造与智能制造研究院等科研机构,已初步建立起一条从技术研发到材料生产及产业应用的上下游完整产业链。

     “当下,东莞正在重点突围模具3D打印领域,包括工艺研究、人才培养等方面。”陈盛贵介绍,“目前在模具3D打印领域,东莞理工学院拥有2-3个核心发明专利,5-6个实用新型专利。这些专利已应用于长盈精密、东莞誉诚等制造企业。”

     陈盛贵介绍,3D打印技术应用的范围很广泛,潜力不可小觑。为此细分了金属增材制造、非金属增材制造、微纳增材制造、生物打印与精准医疗等研究方向,应用于飞机发动机创新、高超飞行器、三维芯片、器官再造等领域,还通过与东莞的企业进行合作,共建创业平台,向企业输送专业人才以及专业的技术。

培养3D打印人才“生力军”

     “人才和技术是重要资源。”戴述军提醒,“近期康铭将与东莞理工学院、西安交通大学等高校进行合作,希望通过合作填补人才资源的空缺。同时也希望得到政府的相关支持。”

     为扶持东莞3D打印技术的发展,在2013年、2014年的东莞市《政府报告》两次明确提出,扶持3D打印等战略性新兴产业发展。在同时期,东莞首个3D打印技术平台所依托的横沥模具创新中心,获得东莞市政府立项资助额达5000万元;从事3D打印机研发的中科院东莞云计算中心,也是受东莞市政府重点资助的科研平台。而在2016年,东莞理工学院还成立了东莞增材制造与智能制造研究院,集“科技创新、技术服务、产业孵化、人才培养”四位于一体,旨在建设成为广东省3D打印与智能制造领域重要的研究和人才基地。

     陈盛贵介绍,研究院已立项广东省重大科技专项1项、工信部智能制造新模式项目1项,授权3D打印技术发明专利10项、实用新型专利40余项。东莞理工学院还积极与长安镇等政府合作,深入推进3D打印技术成果的转化。另一方面,人才也是重头戏。东莞理工学院积极推进新工科建设,在校内建设3D打印技术等实验与创新创业平台,五年来培养了50名3D打印技术应用型人才。2018年,东莞理工学院还将专门开设新专业——— 材料成型及控制工程(面向3D打印技术工程方向),培养更多专业人才。

中     山

生物3D打印已在临床医学造福患者

     中山市的3D打印产业发展情况如何?事实上,3D打印技术早就与该市的优势产业———“健康医疗产业”相结合。今年3月份,国内首个精准医学3D打印中心落户中山市人民医院,并且面向神经、心胸、肿瘤等外科,提供更直观、全面的手术前规划和手术模拟,最大程度降低减少患者的手术风险。

     据悉,该精准医学3D打印中心由中山市政府引进,是国内首个集临床应用、科学研究、成果转化为一体的综合医学3D打印中心。于今年3月27日落户中山市人民医院,是提升医疗水平的一次有益尝试。

     中山市人民医院院长袁勇介绍,生物3D打印在临床医学方面可以有很大贡献。比如,早前一个9岁女孩颈部长了一个罕见的巨大肿瘤,手术无从下手。于是,医生决定借助3D生物打印技术,“先把这个模型做出来,再把要切除的地方研究透,最后手术很成功。所以3D打印技术可以造福很多人。”

     “3D打印在医学上的应用很广,最常见的就是打印一块骨头,来置换坏死部分。但这些都是死物。”袁勇表示,未来3D打印将有望打印出活体,那将是医学的另一大突破。

     未来,该中心还会将临床医学与生物3D打印技术紧密结合,实现再生医学等生物医学研究的突破性开发,推动“3D打印+医疗”的示范应用与规模化发展。

     对此,清华大学机械系生物制造中心教授徐弢表示:“生物3D打印为人类开拓了一个全新的医疗方向。利用3D增材制造原理,以重建人体组织和器官为目标的生物打印,代表了3D打印技术的最高水平。”

聚     焦

3D打印应用痛点:材料和成本!

     虽然,3D打印技术降低了模具制造的时间成本,但制造成本却降不下来,甚至还会上涨。唯尔模型总经理龚卿解释,材料应用和设备成本是3D打印技术的痛点,这导致3D打印技术尚不能进行大批量生产,在扩大应用上遭遇瓶颈。

     “模具对于材料有着较高的要求。一些用于3D打印的材料还达不到模具制造要求的精度和韧性。”龚卿称,“像汽车涡轮等一些核心零部件,现在还不能用3D打印技术。同时,3D打印也只能进行小批量的生产。”

     另外,国内不少3D打印企业还比较依赖国外的技术设备。“不可否认,国内的3D打印设备越来越先进,购买价格下降了二三十万元,推动模具制造的速度提升。但模具的稳定性还得不到保障,不如国外进口设备。

     上述说法,东莞市康铭光电科技有限公司总经理戴述军也表示赞同,他称,康铭去年从德国引进一台打印机,现在摆放在长安,和其他公司进行一个资源共享的合作。目前,国内3D打印技术跟国外相比,还有一定的差距,技术最好的要数欧洲和美国。

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