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李鹏云

吃亏者终使人吃亏,算计者终被人算计

 
 
 

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:《计算机产品与流通》理财专栏特约撰稿人 2010年《金融界》十大股吧吧主评选冠军 CCTV《证券资讯》频道特约嘉宾 BTV《首都经济报道》特约嘉宾原《新浪期货专家堂》坐堂专家《防止中国金融大权旁落》作者《一场阴谋正在上演》作者《新浪股市播报》特约嘉宾

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转:3D打印,制造业的革命  

2013-05-28 14:20:00|  分类: 财经,股票 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    3D打印可以说是时下最火热的制造业前沿技术。从国外到国内,从工程技术到民用市场,3D打印赋予人们越来越多的想象。空客和波音公司几乎同时宣称,未来有能力利用3D打印机造出整架飞机的所有零件。事实上,世界上第一架3D打印生产的小飞机SULSA已于2011年在英国成功试飞,包括2米长的机翼、舱门和整体控制面均是打印生成。

   “眼见为实”彻底将想象拉回到现实生活。各地冠以全国首家的“3D打印馆”近来吸引了人们关注。去年的最后一天,全国首家3D打印照相馆落户西安高新区;今年1月15日,国内首家3D打印体验馆又在北京工业设计创意产业基地开业;全国首家3D打印工业园也将落户武汉东湖高新区。据最新消息,今年5月,2013世界3D打印技术产业大会将在中国举行。

    国外媒体评论说3D打印技术将改变世界。作为一个新兴产业,美国《时代》周刊已将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”,英国《经济学人》杂志则认为它将“与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命”。

    3D打印,真有那么神吗?

    颠覆传统制造业?

    最近热映的大片《十二生肖》中,成龙戴一副白手套,摸了摸国宝十二生肖的头像,就把头像的数据扫描进了电脑。与此同时,他的伙伴在一台神奇的机器里,瞬间就把一模一样的兽首制作出来。

这看起来科幻的一幕,其实就是3D打印机的功劳。在科技人士的描述中,通过“3D打印机”可以打印出会飞的飞机、可以发动的马达、可以奔跑的汽车、可以射击的枪,或是一块能吃的蛋糕、能穿的衣服与鞋子等等。只要你能找到足够的材料和一张足够细致的立体模型图,3D打印机甚至可以打出一栋真实的房子……这项技术正在有力推动数码制造业的发展。

    3D打印技术目前商业应用最广的行业,主要是汽车制造业、航空业和消费电子业。它们可以离开传统的大规模机床来制造小数量的部件,针对传统加工不易或者不能生产的复杂、精细物件,3D打印机能实现定制化生产。此外,3D打印耗材量仅为传统制造方式的1/10,配以钛材料能有效减轻成品重量。对于飞机每减轻1公斤,每年能省3000美元燃油费用的航空业来说,这一好处再明显不过。全球两家3D打印机巨头Stratasys和3D Systems每年创造营收近2亿美元,在它们服务的客户名单里,宝马、戴尔、微软、波音、英特尔、保时捷这样的高精尖企业比比皆是。

    但3D打印影响最为显著的无疑是模具领域。一方面,各产业对模具有着广泛的需求,另一方面模具制造本身对技术要求甚高。在产品大规模生产之前,模具必须要进行多次打样和修改。3D打印机的出现,消灭了模具反复打造的流程,能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件,极大地缩短产品的研制周期,大幅减少成本投入。

    在美国,由于3D打印机的普及,基本上任何产品在形成最终模具前都会用3D打印做好几版验证。在微软的模型产品车间,通过3D打印机制造一个完整鼠标仅需三个小时。每一款精心设计的产品在销往世界各地前,都经历着从模型A,到模型B……再到模型X的过程。美国一家模型制造公司LGM接受《纽约时报》采访时更是宣称,过去需要费时两个月、耗资10万美元来建造的酒店模型,现在只需花费2000美元以及一夜晚的时间。

    除了机械制造、电子产品设计、工艺模型等行业,3D打印技术在医疗器械行业和科学研究领域的表现最为惊艳。3D打印版的假肢已帮助3万名病人正常行走,1000万人正使用3D打印技术扫描患者耳朵轮廓后量身定做的助听器,牙医业扫描病患的每颗牙齿并使用3D打印机制造透明的隐性矫治牙箍。2011年6月,荷兰一位颚骨感染的83岁老人更是成功安装3D打印机使用MRI数据打印的定制下巴植入物。

越来越多的领域正利用3D打印技术创造神奇。博物馆用它来复制真品备不时之需,科研工作者缩减打印化石模型以便研究。在过去一年里,3D打印技术炮制食物、房子乃至血管组织、人体器官的消息已多次引发轰动。

    3D打印的前世今生

    严格来说,3D打印技术并非一项新鲜事物,这一概念发源于数十年前的“快速成型”技术。上世纪70年代,随着3D软件的兴起,设计师们开始设想,如何快速地把虚拟物体变成现实。彼时诞生的“快速成型”机,就是现今“3D打印机”的前身。

    3D打印在材料上奉行“加法制造”工艺。要打印一件物品,首先需要一张3D立体图,配套软件会把图上的物体分割成多个横截面,然后将切片的数据信息传送至打印机,打印喷头根据这些切片信息,再逐层沉淀、堆积出所需的立体物件。因为与普通打印机最大的区别仅仅是“墨水”不同,所以3D打印机沿用了打印的概念。

    例如,我们想要复制一座雕塑时,只需要用测绘工具将它的外型扫描下来,那么世界各地的3D打印机只要下载这座雕塑的外型数据,就可以打印出一模一样的复制品——这项技术显然极为适用于模具和零件制造。

    1986年,世界上第一家生产3D打印设备的公司3D Systems成立,它的核心技术是SLA激光固化成型,这也是最早发展的3D打印技术。SLA技术以光敏树脂为原料,通过计算机控制紫外激光按物件的各分层截面信息在光敏树脂表面逐点扫描,被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化,形成零件薄层。一层固化完成后,固化树脂表面再敷上一层新的液态树脂,如此重复,直至得到最终产品。借助于这项技术,两年后,世界上第一台面向公众的3D打印机SLA-250出品。

    根据具体成型技术的区别,3D打印机目前主要分为堆叠法和烧结法两种。它们在原理上都是多层分片打印,只是具体的打法不同。堆叠只能成型塑料、硅之类的材质,固化反应速度有要求,而烧结可以利用激光的高温处理加工金属实体,物件可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。

    “3D打印”的概念近年之所以迅速普及开,主要归于3DP(三维打印)技术专利的过期。1993年,麻省理工大学教授 Emanual Sachs 发明3DP打印技术,这种技术利用陶瓷等粉末,通过特制的胶水粘接在一起,逐层黏合、固化、叠加成型。它的特点在于制作速度快,价格低廉,但成品强度和精度较低。1995年,Z Corporation 公司获得麻省理工大学的许可,利用这项技术来生产3D打印机。这项专利在2010年过期后,开源桌面打印机呈现爆炸性增长,“3D打印”概念借以得到迅速推广。

    诞生伊始,3D打印机多用于工业模具设计。传统模具的制作需要使用车床、钻头、冲压机和制模机,周期长且价格昂贵,3D打印制模则具备快捷、方便等优势。在超过25年的发展后,3D打印技术现已经覆盖零部件、成品生产等领域。

    应用空间广但造价不菲

    虽说应用空间广阔,但3D打印机造价十分昂贵。3D打印机目前分为企业型和家用型。企业型主要为公司提供原型和零部件制作,价格从2万美元至百万美元不等。而小型家用机可以满足个人设计和制作兴趣,可打印眼镜框、浴帘环和玩具,价格在1299美元左右,最高不超过2000美元。

美国《时代》周刊将3D打印列为“美国十大增长最快的工业”。咨询公司WohlersAssociates已连续追踪3D打印行业17年,2012年的分析报告显示,2011年全球3D打印产品和服务的销售额为17.1亿美元,其中打印最终成品占到约1/4,是2007年的两倍。预计2015年,3D打印行业销售额将增加至37亿美元,2019年将达到69亿美元,其中成品生产将占据80%。

    其实,3D打印技术在软件方面已非常成熟,难点主要在于硬件,最典型的就是打印材料。目前,不同品牌的3D打印机能支持不同的材料,树脂、尼龙、石膏、塑料使用较为普遍,随着业界研发的进步,支持钛、不锈钢或铝、铁金属材料的打印机也已经出现。不过,大多数个人桌面级3D打印机只能使用易加工、便于回收的塑料,其他只限于工业级3D打印机使用。对于工业级打印机来说,所用材料既要满足打印精细度,还要满足强度,这类材料研发成本至少是千万元级别。

    材料越细,每一层就更薄,做出来的东西精度就越高。就现有的个人桌面级3D打印机而言,打印的每层材料厚度最低为0.1毫米。虽然做小玩具、模型绰绰有余,但生成的实物从精度到复杂度都不够理想,甚至比普通的注塑成型产品还粗糙。对于这样一类个人桌面级打印机,显然其目标用户还停留于设计爱好者层面,难以覆盖至更多的人群。

    现阶段,3D打印机无法作为大规模生产的手段,只能作用于原型开发或者单件制造。在生产效率上,3D打印技术虽发端于“快速成型”,耗时还是得以小时来计,尚难满足批量生产的要求。无论是性能虽好但价格高昂的工业级3D打印机,还是性价与之对立的家用、个人桌面级打印机,要真正革传统工业的命,都距“神器”目标尚远。

    DIY,打印未来个人生活

    美国科幻作家罗伯特·希克利曾写过这样一个故事:人们要到太空生活需要2305种不同的物品,但要在飞船中塞入所有东西是不可能的,幸好有一台“万能制造机”,只要按下按钮,对着机器吩咐“我要硬铝螺帽,直径为4英寸”,机器闸板便会缓缓打开,眼前就会赫然出现一个闪光发亮的螺帽。此外,要做出灯泡、口香糖、手表、沙拉酱等也不在话下。

    随着科技的发展和技术的革新,3D立体打印正在成为这样的“万能制造机”,并有望使科幻变为现实。它就像上帝造物一样,说打印什么就有了什么。今天,3D打印的范围正在不断扩大,并且变得越来越实用,为人们的生活带来更多福祉。

    药物能在家“打印”

    3D打印技术作为新型产品制造技术,使人得以窥见“万能打印机”的雏形——只要电脑设计出产品,3D立体打印机就可以通过分层加工、叠加成型的技术原理,“打印”出真实的立体物体。

去年,英国格拉斯哥大学的研究人员宣布了一项更惊人的成果:人们可以用3D打印技术在自己家中制造药品。该大学的李·克罗宁教授及其团队对一台3D打印机进行改良,在其中加入装有化学药品的容器。经过改造,这部3D打印机相当于拥有了一个小型“反应件”,可合成用户所需药品。

    据报道,这项创新将大大降低药品制作成本,使更多癌症患者能接受之前负担不起的昂贵治疗。而纳米实验室的科学家们正在做着这样一件事件。他们利用3D打印技术,研发了一种更加快捷方便的抗癌药制作方法。

借助于一款CAD软件,科学家们可以直观地在电脑屏幕上拖放拼接药物的3D模型,添加药效分子基团。待到药物的3D模型建立完成,纳米制造技术可以在短时间内制造出数十亿个药物分子。以往的药物研发过程不得不借助低效的试错法。

    克罗宁教授指出:“3D打印机能够革新发展中国家的医疗保健方式,能够使病情诊断和治疗更为高效和经济实用。”

    人体器官亦能“打印”

    据国外媒体报道,器官移植拯救了很多人的生命,但这项技术也存在器官来源不足、排异反应难以避免等弊端。不过,随着未来“生物打印机”的问世,这些问题将迎刃而解。或许,医生有朝一日可以“按需打印”活体器官,包括血管和完整的器官。

    在网络上广为流传的一则视频中,美国威克森林大学再生医学研究所教授安东尼·阿塔拉展示了这样的场景:在一台沙沙作响的3D打印机上,一块柔软的东西被打印出来,安东尼称这是一个用了7个小时打印的“人类肾脏”。这个肾到底有没有用仍在实验中。

    由美国一家公司研制的3D生物打印机如今已经可以制造动脉,开发者称由这种设备“打印”的动脉最早有望在5年内用于心脏搭桥手术。而心脏、牙齿和骨骼等更为复杂的器官则应该可以在10年内被“打印”出来。

生物打印机的不同之处在于,它不是利用一层层的塑料,而是利用一层层的生物构造块,去制造真正的活体组织。这一技术尚处于初级阶段,不过第一台3D生物打印机的原型机已在2009年底制造出来,并用以测试。

据介绍,这种3D生物打印机首先“打印”器官或动脉的3D模型,接着将一层细胞置于另一层细胞之上。打印完一圈“生物墨”细胞以后,接着打印一张“生物纸”凝胶。不断重复这一过程,直至打印完成新器官。随后,自然生成的细胞开始重新组织、熔合,形成新的血管。有专家指出,最终有一天,只需轻轻按下按钮,就能让3D生物打印机制造出我们所需要的器官。

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