早期三維打印的例子發(fā)生在20世紀(jì)80年代，在20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分校的卡爾Deckard博士開(kāi)發(fā)出SLS設(shè)備并獲得專(zhuān)利，此后陸續(xù)有三維打印設(shè)備申請(qǐng)專(zhuān)利，早期的三維打印機(jī)體積大，制做費(fèi)用及打印成本非常高、所能制造的產(chǎn)品也非常有限。
1995 年在麻省理工學(xué)院創(chuàng)造了“三維打印”術(shù)語(yǔ)，當(dāng)時(shí)的畢業(yè)生Jim Bredt和Tim Anderson修改了噴墨打印機(jī)方案，變?yōu)榘鸭s束溶劑擠壓到粉末床的解決方案，而不是把墨水?dāng)D壓在紙張上的方案。該專(zhuān)利隨之而來(lái)的是現(xiàn)代的三維打印企業(yè)Z公司(Bredt 和Anderson創(chuàng)立)和ExOne公司。
隨著科技的進(jìn)步，三維打印的領(lǐng)域不斷拓展，專(zhuān)利不斷出現(xiàn)并被陸續(xù)推向市場(chǎng)。
1、三維打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化
三年前尚處于技術(shù)前沿的3D打印如今已成制造業(yè)中的新興戰(zhàn)略領(lǐng)域。2012年8月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬撥款3000萬(wàn)美元，在俄亥俄州建立了國(guó)家級(jí)3D打印添加劑工業(yè)研究中心，并計(jì)劃第一步投入5億美元用于3D打印，以確保美國(guó)制造業(yè)不繼續(xù)轉(zhuǎn)移到中國(guó)和印度。長(zhǎng)期跟蹤3D打印行業(yè)的咨詢(xún)公司W(wǎng)ohlersAssociates表示，2011年，3D打印機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模為17億美元左右，到2015年該市場(chǎng)將達(dá)37億美元。目前全球有兩家三維打印機(jī)制造巨頭，分別為Stratasys和3DSystems，均在美國(guó)納斯達(dá)克上市。不過(guò)，這一數(shù)字僅占全球制造市場(chǎng)的0.02%。在飛機(jī)、核電和火電等行業(yè)所使用的重型機(jī)械、高端精密機(jī)械裝備上，傳統(tǒng)的焊接和零部件加固的方法使得部件之間的連接并不牢固，但是使用3D打印技術(shù)，出來(lái)的產(chǎn)品是自然無(wú)縫連接，結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)固性和連接強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法。這在飛機(jī)、核電等高端裝備制造行業(yè)的應(yīng)用上非常廣泛。
其實(shí)，3D打印更是一種生產(chǎn)方法，在學(xué)術(shù)上被稱(chēng)為增量制造。與傳統(tǒng)制造業(yè)的減法制造不同，這是一種通過(guò)層層迭加的方式，將融合材料從3D模型數(shù)據(jù)制作成實(shí)際物體的過(guò)程。由于該生產(chǎn)方法與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密相連，因此國(guó)內(nèi)一批從事信息技術(shù)的企業(yè)也跨界進(jìn)入3D打印研發(fā)領(lǐng)域。隨著美國(guó)有關(guān)3D打印的代碼專(zhuān)利在前幾年到期放開(kāi)后，3D打印機(jī)的生產(chǎn)已經(jīng)變得非常容易，這也正是近年來(lái)3D打印技術(shù)在全球掀起應(yīng)用熱潮的一個(gè)重要原因。
2、全價(jià)值鏈模式
3D Systems公司(DDD.NYSE)是全球最大的3D打印機(jī)生產(chǎn)商和解決方案提供者。從2009年收購(gòu)桌面工廠(Desktop Factory)以來(lái)，3D Systems陸續(xù)收購(gòu)了25家公司以補(bǔ)充產(chǎn)品線和提升技術(shù)實(shí)力，其如今的規(guī)模是2009年底的3倍，市值是當(dāng)時(shí)的10倍，達(dá)近24億美元，目前市盈率高達(dá)75倍。公司首席技術(shù)總監(jiān)查爾斯·胡爾(Charles W.Hull)是3D打印技術(shù)的發(fā)明者，1988年，該公司就生產(chǎn)了第一臺(tái)3D打印機(jī)2012年5月，3D Systems通過(guò)一款新型打印機(jī)“立方體”(Cube)打開(kāi)了日常消費(fèi)市場(chǎng)，它的自帶程序里已預(yù)先裝載大量物品設(shè)計(jì)圖，比如棋子、首飾、廚具等，操作簡(jiǎn)單易上手，顧客無(wú)須學(xué)習(xí)復(fù)雜的3D 設(shè)計(jì)軟件，便可直接打印所需物品。
3DSystems向客戶(hù)提供“一站式”全套增值解決方案，包括硬件、軟件、材料、工藝、教育培訓(xùn)和應(yīng)用支持。它不僅提供打印機(jī)，還出售打印機(jī)配套的原材料、相關(guān)設(shè)計(jì)軟件，并為客戶(hù)提供培訓(xùn)，其解決方案涉及模具、醫(yī)療、教育、珠寶、建筑等行業(yè)。近年來(lái)，服務(wù)在公司收入中所占比例越來(lái)越高，2011年公司服務(wù)收入已達(dá)9312萬(wàn)美元，占比由2007年的23.2%升至40%。在服務(wù)、原材料和打印機(jī)三塊業(yè)務(wù)的整體拉動(dòng)下，公司2011年收入同比增長(zhǎng)44%至2.3億美元，凈利潤(rùn)更是飆升81%至3542萬(wàn)美元。
3、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商
Shapeways并不直接出售打印機(jī)，而是通過(guò)社交網(wǎng)絡(luò)把“全價(jià)值鏈”搬到了線上。用戶(hù)在網(wǎng)站注冊(cè)后，既可以把自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)上傳到網(wǎng)站，也可以購(gòu)買(mǎi)現(xiàn)有的3D設(shè)計(jì)圖，再選擇和購(gòu)買(mǎi)原材料，就可以下單，公司會(huì)將打印出來(lái)的成品送貨上門(mén)。
此外，用戶(hù)也可以在線展示和銷(xiāo)售產(chǎn)品，并將產(chǎn)品賣(mài)給其他人。2011年Shapeways已經(jīng)印制了75萬(wàn)種產(chǎn)品，最受歡迎的是珠寶首飾、iPhone手機(jī)套和玩具火車(chē)，使用的材料包括塑料、不銹鋼、銀、陶瓷和玻璃。目前，Shapeways還在研發(fā)更多的3D打印原料，如木材、蠟甚至鈦、金等高端金屬。
4、產(chǎn)業(yè)鏈初具雛形
在3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈上，不僅有挑大梁的打印機(jī)生產(chǎn)者，還有原材料供應(yīng)商和相關(guān)軟件提供商。在3DSystems和Shapeways等力爭(zhēng)通吃“全價(jià)值鏈”的同時(shí)，更多的公司在這個(gè)新興行業(yè)掘金細(xì)分環(huán)節(jié)。Stratasys公司(SSYS，NASDAQ)主要以生產(chǎn)3D打印機(jī)為主，產(chǎn)品涵蓋桌面打印機(jī)、辦公室打印機(jī)和工廠打印機(jī)。公司2011年收入1.56億美元，凈利潤(rùn)2063萬(wàn)美元。2012年4月，Stratasys收購(gòu)了以色列巨頭Objet，合并后市值達(dá)到14億美元，對(duì)3D Systems的霸主地位形成挑戰(zhàn)。在原材料領(lǐng)域，Xerox PARC公司正在研發(fā)傳感器、晶體管等電子產(chǎn)品的打印材料，一旦成功，將意味著消費(fèi)者可以自行設(shè)計(jì)打印手機(jī)或者M(jìn)P3等。應(yīng)用軟件領(lǐng)域，工程師和程序員不時(shí)共享代碼和設(shè)計(jì)，越來(lái)越多免費(fèi)開(kāi)源軟件的出現(xiàn)，降低了3D打印的設(shè)計(jì)成本，如123D、OpenSCAD、Tinkercard等。
5、三維打印進(jìn)入商用時(shí)代
商業(yè)模式漸趨成熟，產(chǎn)業(yè)鏈基本成型。海外公司紛紛試水三維打印，爭(zhēng)奪制造業(yè)新生產(chǎn)力的高地。你是否想擁有一個(gè)哆啦A夢(mèng)的百寶袋3D打印機(jī)的出現(xiàn)讓這個(gè)夢(mèng)想幾乎觸手可及。只要擁有一臺(tái)3D打印機(jī)，你就可以在自家“變出”各式各樣的寶貝。目前，人們已經(jīng)用它打印出了汽車(chē)、巧克力、假肢、比基尼泳衣甚至房子?；蛟S，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，你可以用它來(lái)制造各種所需的物品。
6、桌面上的創(chuàng)意工廠
與傳統(tǒng)制造業(yè)的去除材料加工技術(shù)不同，3D打印遵從的是加法原則。打印時(shí)，先用相關(guān)軟件將產(chǎn)品圖紙轉(zhuǎn)化為3D圖像數(shù)據(jù)并上傳電腦，放入相應(yīng)的材料后，打印噴頭就會(huì)根據(jù)圖像數(shù)據(jù)一層一層地將東西打印出來(lái)，再堆疊在一起成為一個(gè)立體物品。例如，如何利用3D打印機(jī)打印出一個(gè)和自己笑臉一模一樣的巧克力呢?首先，你可以通過(guò)3D建模軟件，如123D或者Photofly，將iPhone或普通卡片機(jī)中的照片轉(zhuǎn)換成3D圖像數(shù)據(jù)，上傳到電腦后，就擁有了自己的三維設(shè)計(jì)圖?！坝湍眲t是液態(tài)巧克力，把巧克力融化后，裝進(jìn)打印機(jī)中的儲(chǔ)存器，按下“打印”鍵，打印機(jī)就會(huì)根據(jù)圖像數(shù)據(jù)把液態(tài)巧克力一層層堆疊成你的笑臉形狀。每層巧克力打印出來(lái)后，必須經(jīng)過(guò)凝固才開(kāi)始下一層打印，加裝保溫和冷卻系統(tǒng)即可保證巧克力的粘稠度和溫度。
這種3D巧克力打印機(jī)已于2012年4月上市，它被命名為“ChocEdge”(巧克力邊緣)，在eBay上售價(jià)高達(dá)2500英鎊。英國(guó)最大的巧克力生產(chǎn)商桑頓斯已經(jīng)和“巧克力邊緣”接洽，商談合作事宜。網(wǎng)絡(luò)禮品銷(xiāo)售商“find me a gift”也對(duì)其表示出了興趣。
大多數(shù)桌面級(jí)3D打印機(jī)的售價(jià)在2萬(wàn)元人民幣左右，一些國(guó)內(nèi)的仿制品價(jià)格可以低到2000元。但是據(jù)3D打印機(jī)代理商透露，這類(lèi)3D打印機(jī)雖然價(jià)格低，但質(zhì)量很難保障。
在打印一個(gè)物品之前，人們必須會(huì)懂得3D建模，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成3D打印機(jī)能夠讀取的格式，最后再進(jìn)行打印。對(duì)拓斯達(dá)桌面級(jí)3D打印機(jī)來(lái)說(shuō)，不但能打印塑料產(chǎn)品，而且對(duì)于家庭、教育、娛樂(lè)、醫(yī)學(xué)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，1至2萬(wàn)元一臺(tái)3D打印機(jī)的使用成本并不算貴。預(yù)計(jì)廣東拓斯達(dá)科技研發(fā)的3D打印隨著消費(fèi)者需求的更加個(gè)性化，未來(lái)幾年將會(huì)受到市場(chǎng)熱切追捧。
拓斯達(dá)是東莞3D打印技術(shù)聯(lián)盟理事長(zhǎng)單位，同時(shí)也是創(chuàng)客聯(lián)盟發(fā)起人之一，他們通過(guò)切實(shí)提升3D打印的技術(shù)水平和推廣應(yīng)用，彌補(bǔ)中國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)的短板和軟肋。比如材料研發(fā)、軟件開(kāi)發(fā)、創(chuàng)意設(shè)計(jì)、商業(yè)模式創(chuàng)新等，而不是盲目跟風(fēng)，炒作圈錢(qián)。東莞政府已出臺(tái)有針對(duì)性的政策措施，一方面對(duì)3D打印的基礎(chǔ)研究和開(kāi)發(fā)階段加大扶持力度;另一方面引導(dǎo)大家使用3D打印，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
為緊抓3D打印的發(fā)展機(jī)遇，拓斯達(dá)科技公司高薪聘請(qǐng)了加拿大黃教授加快3D打印設(shè)備及材料的產(chǎn)業(yè)化。國(guó)外生產(chǎn)的3D打印機(jī)高達(dá)幾十萬(wàn)元，而拓斯達(dá)3D打印機(jī)平民價(jià)格，讓中小企業(yè)和普通老百姓都用得起，也大大促進(jìn)了3D產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。廣東省內(nèi)從事3D打印業(yè)務(wù)的廠商和企業(yè)數(shù)量并不少，市面上的3D打印設(shè)備價(jià)格更是從幾千元到上千萬(wàn)元不等，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)逐漸增大，像拓斯達(dá)一樣真正具有技術(shù)和服務(wù)優(yōu)勢(shì)的企業(yè)將在競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中占據(jù)有利形勢(shì)。
該公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)看中的是3D打印在工業(yè)領(lǐng)域巨大的應(yīng)用市場(chǎng)。作為一種新生產(chǎn)方式，3D打印最早也是用于工業(yè)領(lǐng)域。而隨著技術(shù)的成熟，3D打印可適用的制造行業(yè)在不斷擴(kuò)大，并突破了模具樣品生產(chǎn)的范疇，可直接生產(chǎn)成型產(chǎn)品，讓整個(gè)市場(chǎng)規(guī)模一下子得到巨量釋放。
3D打印就像一種“通用”技術(shù)，從研發(fā)、設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造，幾乎每一個(gè)環(huán)節(jié)都可以用到。而在以“世界工廠”著稱(chēng)珠三角地區(qū)，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景和市場(chǎng)是非常樂(lè)觀的，用3D打印技術(shù)來(lái)縮短手板制作時(shí)間，降低開(kāi)模成本，加速新品研發(fā)。廣東拓斯達(dá)科技股份有限公司3D打印中心黃向峰教授認(rèn)為3D打印產(chǎn)業(yè)具有十分光明的前景，“在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，我們期待行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化程度進(jìn)一步提高，也希望社會(huì)和市場(chǎng)各個(gè)領(lǐng)域?qū)τ?D打印的應(yīng)用能夠得到進(jìn)一步普及。”
走入廣東拓斯達(dá)科技股份有限公司3D打印中心，辦公室內(nèi)陳列了大小不一、型號(hào)各異的數(shù)個(gè)3D打印設(shè)備?！白钤绲臅r(shí)候，我們公司從事的是汽車(chē)零件、連接器、手機(jī)、家電、IT電子數(shù)碼、導(dǎo)光板類(lèi)業(yè)務(wù)，因?yàn)榭春?D打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景，我們‘投身’到了這個(gè)行業(yè)中來(lái)?！蓖厮惯_(dá)科技董事長(zhǎng)吳豐禮告訴記者，公司除了涉足3D打印機(jī)，目前主營(yíng)注塑周邊自動(dòng)化設(shè)備、機(jī)器人及智能裝備產(chǎn)業(yè)鏈整體解決方案等服務(wù)。
作為省內(nèi)最早涉足工業(yè)制造、醫(yī)學(xué)、教育、娛樂(lè)等領(lǐng)域的3D打印服務(wù)商之一，公司曾與比亞迪、富士康、美的、勁勝等制造業(yè)巨頭，華南理工學(xué)院、清華大學(xué)和華中科大等機(jī)構(gòu)緊密合作。目前公司3D打印項(xiàng)目主要研究方向?yàn)橛糜诠I(yè)、醫(yī)學(xué)、教育領(lǐng)域的3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化。公司投資3D打印項(xiàng)目，預(yù)計(jì)1—2年可以進(jìn)入回報(bào)期，并爭(zhēng)取未來(lái)5年內(nèi)，占據(jù)3D打印細(xì)分市場(chǎng)較高的份額，成為國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)的領(lǐng)航者
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