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3D打印绘出未来蓝图 A股相关投资标的(附股)

作者: 莘兴模具钢材有限公司 发布时间: 2019年10月03日 19:38:37

1.3D打印:第三次工业革命的标志性生产工具

3D打印技术是指由计算机辅助设计模型(CAD)直接驱动的,运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等材料,在快速成形设备里分层制造任何复杂形状的物理实体的技术。基本流程是,先用计算机软件设计三维模型,然后把三维数字模型离散为面、线和点,再通过3D打印设备分层堆积,最后变成一个三维的实物。

传统制造技术是“减材制造技术”,3D打印则是“增材制造技术”,具有制造成本低、生产周期短等明显优势,被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。3D打印将多维制造变成简单的由下而上的二维叠加,从而大大降低了设计与制造的复杂度。同时,3D打印还可以制造传统方式无法加工的奇异结构,尤其适合动力设备、航空航天、汽车等高端产品上的关键零部件的制造。

上一轮的工业革命中,制造业主要通过批量化的流水线制造和集约生产来降低生产成本,实现规模效益。原来是制造商和消费者分离,现在是制造商和消费者合为一体,开展自工业化。3D打印将引发真正意义上的制造业革命,产业组织形态和供应链模式都将被重新构建,带来无穷的创新空间。

1.13D打印仍处于前沿科学

根据2012年Gartner技术成熟曲线显示,目前3D打印技术处于“过高期望的峰值”(PeakofInflated Expectations):在此阶段的特征就是早期公众过分关注。

回顾过去10年,2000年3D打印出现一轮高潮,当时的概念为“快速成型”,全国很多地方都建立相应的生产力促进中心,主要购买光固化设备。但是后来受到CNC技术(数控加工,是数字化加工的一种,属于去除加工的形式)的竞争,很多快速成型的工艺,CNC也能做,且快速成型生产的产品在精度和效率方面都高于3D打印;之后3D打印在工业上慢慢萎缩。当然,过去10年3D打印技术也在发展,目前已经达到与铸造精度相媲美的技术水平,但与一般的工业应用仍有距离。目前,3D打印是作为CNC技术的一个补充。

目前3D打印仍待解决的问题包括:1)材料,开发专用材料的成本大。2)行业标准待建立。3)涉及到法律法规及伦理领域的问题。

1.2欧美发展:应用广泛

3D打印技术诞生于上世纪80年代的美国,此后马上出现第一波小高潮,美国很快涌现出多家3D打印公司:1984年,Charles Hull开始研发3D打印技术,1986年,他自立门户,创办了世界上第一家3D打印技术公司(3DSystems公司也是目前3D市场领军者之一),同年发布了第一款商用3D打印机。

1988年,Scott Crump发明了FDM(热熔挤制成型)技术,并于1989年成立了现在的另一家3D打印上市公司Stratasys(NASDAQ:SSYS),该公司在1992年卖出了第一台商用3D打印机。

到了21世纪初,3D打印沉寂下来,许多人开始质疑这种技术的可靠性,当时只能做一些塑料模型,强度和精度都不高。直到2008年,开源3D打印项目【RepRap】发布“Darwin”,3D打印机制造进入新纪元;同年,Objet推出Connex500,让【多材料】3D打印成为可能。

在欧美3D打印技术已经广泛应用。目前限制金属材料发展的主要的问题是其成形制造效率不高,每个小时大约只有100-3000克。

1.3国内发展:设备多集中在教育领域

中国从1991年开始研究3D打印技术,当时的名称叫快速原型技术(RapidPrototyping),即开发样品之前的实物模型;具体在国际上有几种成熟的工艺,分层实体制造(LOM)、立体光刻(SL)、熔融挤压(FDM)、激光烧结(SLS)等(后文会将重要技术一一详述),国内也在不断跟踪开发。2000年前后,这些工艺从实验室研究逐步向工程化、产品化转化。

由于做出来的只是原型,而不是可以使用的产品,而且国内对产品开发也不重视,大多是抄袭,所以快速原型技术在中国工业领域普及得很慢,全国每年仅销售几十台快速原型设备,主要应用于职业技术培训、高校等教育领域。

2000年以后,清华大学、华中科技大学、西安交大等高校继续研究3D打印技术。西安交大侧重于应用,做一些模具和航空航天的零部件;华中科技大学开发了不同的3D打印设备;清华大学把快速成形技术转移到企业--殷华(后改为太尔时代)后,把研究重点放在了生物制造领域。

目前国内的3D打印设备和服务企业一共有二十多家,规模都较小。一类是十年前就开始技术研发和应用,如北京太尔时代、北京隆源、武汉滨湖、陕西恒通等。这些企业都有自身的核心技术。另一类是2010年左右成立的,如湖南华曙、先临三维、紫金立德、飞尔康、峰华卓立等。而华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校和科研机构是重要的3D技术培育基地。

1.4国内外技术差距大