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看展3D打印技术已经发展到什么水平?

时间:2017-03-15 来源:中关村在线(北京)

摘  要:
2017年TCT亚洲3D打印、增材制造展览会已经落下帷幕,这次在国内第三次举办,代表了3D打印的发展趋势与行业发展发现,展会上云集国内外最新的3D打印技术和产品,都有哪些值得关注的?我们来做一个盘点,看看在技术层面上近两年3D打印行业的成长。

关键词: 3D打印 

  2017年TCT亚洲3D打印、增材制造展览会已经落下帷幕,这次在国内第三次举办,代表了3D打印的发展趋势与行业发展发现,展会上云集国内外最新的3D打印技术和产品,都有哪些值得关注的?我们来做一个盘点,看看在技术层面上近两年3D打印行业的成长。

  ●FDM技术 喧嚣过后的成长

  不像过去两年新机型频出厂商一拥而上的盛况,FDM技术类型的设备和厂商都趋向平稳。技术与设备上的潜力充分挖掘之后,今年的主要着力点趋向更大成型体积、更好的打印质量以及简便操作。

  Stratasys推出了F123系列新品,目标是傻瓜式操作、在办公室插上电源直接使用;弘瑞推出了半人多高大体积的工业级FDM 3D打印机和Flow挤出头,打印尺寸大、性能稳定;Polymaker还专门做了一个ABS/PLA的抛光机Polysher,直接用于印后处理以使印品表面光滑圆润。

  总体来说经过近两年的起伏,基于FDM技术的3D打印设备已经度过了粗放增长期;桌面类的设备摒弃了来自开源硬件和创客范的粗陋,在商品化和智能化方面大大改观;专业类的设备开始重视人性化、易用性,更贴近实际使用环境。

  所以本届TCT展会上,FDM技术褪去“第四次工业革命”“颠覆式制造方式”一类的光环,走上“如何才能更好用”的进化之路。

  就展会上的设备、近两年的应用情况来看,FDM 3D打印设备已经达到了能用、好用的良好结果。精度满足应用需求,打印速度在几个小时到几天之间,稳定性上也能够达到较好的打印成功率。小批量定制的需求,FDM 3D打印机完全可以满足,要缩短时间最直接的就是多用几台设备同时打印,而设备价格也大大降低了,并不算太贵。做3D打印服务,目前是从业者能够获得资金回报的最简单、直接的方式,在技术和设备上也有比较完善的方案支持。

  而是否能够普及推广的问题,恐怕要留给行业标准去解决。复印机用来复印文档,它的用途简单但是在人们脑海中有明确的预期,就是处理各种文件。文字和图像的清晰度、扫描后的文件格式、印制性能等在行业标准的规范下都足够明确,用户有可控的预期;简单功能的普及却在全球形成高达550亿美元的复印机市场。

  除此之外,目前一些从业者已经在国内开展早期的市场活动,包括从业人员技术和理念培训,与高校合作建立研发机构,以及设立线下的3D打印服务中心等。这些行为潜移默化中培养用户观念和使用习惯,并且提供了更完善的咨询和技术支持,有助于挖掘最终用户需求、培养市场成长。综合来看FDM 3D打印技术目前正在落地,投入到应用中形成更广的市场,对此我们有着积极的预期。

  ●SLM/EBM 膨胀中的气球

  SLM/EBM技术类金属3D打印的发展就像膨胀中的气球,重走前两年FDM技术的老路但是规模更大、玩家实力更强。在TCT亚洲展上,金属3D打印技术可以说出乎意料地非常普及了,欧美的几家Concept Laser、SLM、EOS、雷尼绍、3D Systems以SLM/DMLS技术倾力展出,Arcam独以EBM技术展出;而国内厂商也占据了半壁江山,西安铂利特、华曙高科、永年激光、煜鼎增材、鑫精合都有自己的金属3D打印设备和方案。

  于是,金属3D打印上演了一场资本和技术的竞争,资本超出市场需求而投入、技术超出市场需求而发展,反过来倒逼市场更快地成熟。目前在金属3D打印技术上,各家的方案各有特点,发展非常快。西安铂利特推出了双振镜激光熔融的3D打印设备,也就是所谓的“双激光”技术,2股激光束同时打印成倍提升效率;而SLM甚至已经有了4激光打印设备。煜鼎增材和鑫精合都能够直接打印大尺寸的航空航天用零部件,在更大尺寸维度上实现轻量化设计和高强度的结构。

  另外材料支持上也大大丰富,目前支持的合金材料超过100种;青铜、钛合金、镍合金、铝合金、不锈钢、钴铬合金等多种金属材料的3D打印件应用于汽车、航空航天、医疗、注塑成型、时尚配饰等多种领域。

  所以今年的行业风向标TCT亚洲展,基于SLM/EBM/DMLS技术的金属3D打印呈现出前两年FDM 3D打印技术的盛况,而设备和方案偏向工业级、资本更为密集;展会前后根据公开消息,通用电气还收购了Concept Laser和Arcam,向Concept Laser追加投资以扩大产能和技术人员,扩展应用规模。

  综合来看,金属3D打印在2017年聚集了人气和资本,可以预见这个细分行业的快速成长。未来我们的关注点仍然在应用和解决方案,期待看到全产业应用案例的出现。

  ●SLS技术 广阔材料池

  SLS,也就是选择性激光烧结粉末成型技术,国际上以EOS为代表,然而硬件与耗材价格较高,所以导致性价比非常低。这里的粉末主要是指尼龙粉末,而为了实现不同特性的零件加工,柔性尼龙、尼龙玻纤、尼龙+金属粉末等材料都可以用于SLS增材制造设备,而国内品牌中,盈普的SLS设备经过多年的发展,目前拥有较强的实用性,本次也出现在TCT大展中,与国际巨头Stratasys一同参展,据了解,Stratasys收购了国内SLS设备供应商盈普。

  关于收购,从技术层面来看,Stratasys拥有FDM、Polyjet技术,目前均保持领先水平,通过并购在技术和应用层面实现更加全面的覆盖。

  SLS技术更适合小批量零件的生产加工,小到几个几十个,多到几百上千,都是SLS设备所能提供的加工量级,而尼龙的材料强度高,无论是做外观验证还是结构验证,甚至是小批量用于最终的零件,都可以应对自如,相比之下,SLA技术所使用的光敏树脂就要脆弱许多了。

  之所以说SLS适合小批量加工,效率高,是因为在垂直成型空间里,SLS技术无需为模型添加支撑,而且能够多层摆放模型,如果零件尺寸较小,成型空间的利用率会非常高,这也是FDM和SLA技术所不具备的特点。

  ●SLA/DLP 潜力仍很大

  SLA/DLP技术我们统称为光固化技术。Stratasys的PolyJet和3D Systems的MultiJet Printing技术,都是类似的变化,同样属于光固化类别。前两年的FDM桌面设备带动了桌面级光固化3D打印机的热潮,目前看来SLA/DLP并不是理想的大众化桌面3D打印技术,打印速度慢、成型体积小、液态光敏树脂材料处理麻烦,使它的大众接纳程度更低一些。

  TCT亚洲展上为数不多的光固化设备,EnvisionTEC、中瑞科技、大族激光、上海普利生占据了大部分,更宽的范畴内Stratasys Objet也算在内。从应用上来说,光固化3D打印技术支持材料种类广泛且包含复合材料,在齿科、模具、注塑、配饰、家居和直接制造上都有所应用。而对石蜡材料的支持,使光固化设备可独特地用在失蜡法铸造上,制作首饰、艺术品或独特结构的零部件都更有优势。2016年和2017年两届奥斯卡小金人都是采用光固化技术3D打印蜡模、铸造而成的。

  至于在2016年CES上技惊四座的Carbon 3D CLIP光固化3D打印技术,及其Carbon M1 3D打印机并没有出现在TCT亚洲展上。它的超快速光固化3D打印原理,我们认为是堪称恐怖的3D打印效率提升,而正式上市产品还没有机缘见到。另外从设备和技术方案上来说,专业级的SLA/DLP技术其实已经比较成熟,知名半导体芯片制造商德州仪器(TI)就为EnvisionTEC提供完善的DLP 微镜芯片,这是DLP技术的最核心部件。

  既有成熟的方案,又有前瞻性的CLIP技术,这个细分技术领域会不会成为资本炒作的下一个热点,接过FDM技术和金属3D打印的衣钵呢?

  ●3DP技术 新颖但有局限

  3DP(Three Dimension Printing),也就是采用粘合剂将粉末粘合而成的打印技术。过去最典型的是3D Systems Projet系列3D打印机,在国内的很多3D照相馆使用这种设备,制作人体石膏塑像。这曾是ZCorp公司的专利,3D Systems连同专利把ZCorp整个收购,拥有独一无二的石膏3D打印解决方案。

  而现在这种技术也不再神秘,TCT展会上呈真就奉上了桌面型的3DP打印机,可以清晰地看到外面挂载的彩色墨水和粘合剂,以及清理打印品的后处理箱。另外还有3D打印砂型样品,也是类似的技术,采用原砂材料和粘合剂打印出模具,用在工业铸造中,而且通常是金属件。

  震旦代理的Mcor Arke全彩3D打印机也是一种3DP技术,原材料使用纸张、喷射墨水和粘合剂打印出全彩色的实物模型。现在最新的Mcor Arke 3D打印机也做了小型化,调整了耗材使打印效果更逼真。

  这或许是最接近我们想象中的3D打印机,点击打印之后出来一个真实的苹果之类的实物,不过仅是样子看起来像,所有的打印品其实都是纸做的。

  目前3DP技术并不是主流的3D打印细分类别,技术和应用发展都有限。类比2D打印范畴下的Zink技术用在便携照片打印机上,应用范围小且局限,在新颖的情境下保持应用活力;3DP技术在特殊行业内小范围应用或许是比较好的理性预期。

  总结:TCT 3D打印展是3D打印行业的风向标,每年业内的最新动态、新技术、新产品和解决方案几乎都会在展会上出现。2016年的格局变化出现在2017年展会上,金属3D打印成为下一个热点,3D打印医疗应用这块大蛋糕一直为各家所垂涎;而2017年在国内小批量定制的3D打印服务将会帮助行业用户率先领略到3D打印技术带来的价值。

  从技术层面来说,FDM技术和设备已经非常成熟,而其材料则掌握在一两家工业级设备商手中;金属3D打印技术目前是资本追逐的对象,2017年势必会看到更前沿的技术和解决方案出现;SLS技术较高的材料成本和商用的定位目前是它的瓶颈,但它对材料的支持广阔且灵活,对更多应用行业充满吸引力;SLA/DLP技术已经有所应用,有实力有话题的它还静待闺中慢慢成长;3DP技术则是3D打印行业的新奇特,在特定应用场景下发挥作用。

关键词:3D打印 
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