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杨永强教授:金属增材制造将走向何方?

发布人:3D打印商情

责任编辑:激光制造商情

来源:3D打印商情

2019-08-07 09:31

  谈金属增材制造的趋势

  杨永强教授:在所有增材制造技术里,金属增材制造应该是目前发展最快,也是应用前景最好的技术之一。目前,它有几个发展趋势:一是,零件尺寸越做越大。现在增材制造出来的零件大部分尺寸较小、效率偏低,满足不了工业发展的要求以及市场对于大型零部件的需求;二是,成型效率和制造精度进一步提升。供应商、市场在这方面的要求也比较高;三是,比较完善的检测系统和制造标准的出台。现在国内很多设备制造商,以及国外比较有名的一些制造商在中国销售设备,但是,现在我们制造产品的标准以及检测的体系还没完全建立起来。很多人说国外的设备做的好,国内设备不好,这只是一个先入为主的观念,没有什么依据,这也体现了制订标准的重要性;四是,应用端开发持续加快。无论是金属增材制造还是3D打印,全球的应用、市场份额都不是很高,尤其在国内,尽管现在炒的火热,但真正的市场营收、经济效益并不明显,甚至可以说比较少,主要的原因就在于应用端还没有充分开发,在很多应用领域,人们还不太了解和认识金属增材制造和3d打印技术,不知道它能做什么,能做到什么程度?因此,应用端是整个行业亟待开发的。

  谈金属增材制造工业应用

  杨永强教授:金属增材制造的工业化应用领域,主要有三个:第一个是航空航天。航空航天领域很多零部件都比较复杂,成本较高,3D打印与增材制造因为它的技术特点,特别适合在这一应用领域大展拳脚。国外像GE公司,以及国内很多航空航天的企业也都非常重视在这一领域的发展。

  第二个是生物医疗。3D打印在生物医疗领域的应用非常受瞩目,且已经普及——从模型,到一类器械、二类三类器械都已经有成功案例,尤其是三类器械如植入体,这方面的应用受到了国家、地方还有整个行业的高度重视。所以说生物医疗是3D打印未来发展非常大的一个市场领域。不过,这一领域尚需解决一个约束的瓶颈——先获取医疗许可。

  第三个是工业模具领域。在3D打印还叫“快速成型”的时候,就有很多预测说模具行业是3D打印最大的应用领域。工业模具行业有着每年数千亿的市场,可谓巨大。但3D打印在模具上的应用还远远没有达到它该获得的市场份额,还仅处于起步阶段,主要原因在于它的竞争对手CNC技术比较成熟,很多工业模具用CNC机床就可以做出来,对比之下3D打印还没有太大的优势,但随着工业的发展、技术的提高,3D打印适合于各种形状复杂、曲面、可打印内部结构的优势会凸显。随着以功能需要为导向的3D打印越来越被认可,当3D打印达到最佳的性价比时,未来在工业模具领域会有非常大的发展空间。

  谈增材制造相关扶持政策

  杨永强教授:在我国,从国家有关部委,到地方政府,都对3D打印产业给予很多政策和项目的支持。分两个层面说吧:一、国家层面,基于产业发展的出发点,近年来,工信部、科技部、发改委等十二个部委发布了两份制造产业的发展规划——分别是《增材制造产业发展推进计划(2015-2016)》与《增材制造产业发展行动计划(2017-2020)》,在这两个发展规划里,都把金属增材制造装备、3D打印材料列为首要的发展对象之一,这也可以看出,增材制造技术在中国制造里的重要地位;二、地方层面,比如说,2014-2018年,广东省连续4年推出了专门的激光和增材的重大专项,支持了很多项目;2018-19年又参照国家的科技部的重点研发计划,也投入大笔资金支持并制订了激光和增材制造的重点研发计划。

  无论是国家还是地方的这些实实在在的举措,主要目的是推进产业发展。比如说广东省去年年底出台“促进科技创新十二条”,虽然没有重点提及3D打印,但它也是科技创新重点支持、重点发展的对象。此外,还有很多配套的政策。

  这些政策吸引了大量的社会资金投入到3D打印行业,促进了产业的繁荣发展。在这些政策、资金的支持下,国家级、省市级3D打印创新中心纷纷建立,甚至一些大企业,都在相继建立增材制造研发和创新中心。可以看到,3D打印技术受到的重视可以说是前所未有的,没有任何一个技术曾有如此待遇,相信在各级各方的重视下,金属增材制造、3d打印有着非常光明的前景。

  谈专利落地的产业化

  杨永强教授:我们华南理工大学在金属增材制造领域进行研发是从2002年开始的,也从那个时候开始进行专利上的布局。我们的专利大概分几个方面,一是设备,设备的专利主要在关键技术和关键零部件方面;二是控制软件和外观设计专利;三是3D打印的创新应用。

  我们华南理工大学金属材料增材制造团队经多年的积累,已经申请了300多项专利,其中,发明专利授权的已经达到48项,实用新型专利授权的已经超过了120项。我们还有很多应用领域的创新专利,比如医学应用,从口腔科到骨科,有很多关键技术的专利……华南理工把一些重点设备的发明专利以及一些重点的实用新型专利转移给了雷佳增材公司进行产业化。

  雷佳是一家2017年成立的科技型企业,它主要以生产金属3D打印机为主,目前有DiMetal-50、DiMetal-100等小型金属3D打印机以及DiMetal-280、DiMetal-300、DiMetal-500等大型多材料金属3D打印机。这些设备都是因应用需求而开发的。此外,雷佳还承接加工服务等业务,在模具、医学、精密零部件、珠宝首饰等等行业,也做了大量的加工服务和示范应用。由于一个企业发展有一定的规律,雷佳成立才两年,设备主要在一些特定行业销售,市场占有率还有待提高。其实整个3D打印市场规模现在也不是很大,所有的企业都处在开发市场的起步阶段,但雷佳是一家开拓性企业,相信在不久的将来,雷佳的产品会在某一些行业里大放异彩。

  我们还把一些应用方面的专利转移给了其它企业,比如做牙科正畸托槽的广州瑞通生物科技有限公司。我们还和北京大学第三医院合作,申请了20多项像膝关节方面的发明专利,通过授权和出售的方式卖给了北京某家医疗器械有限公司,由他们专门把3D打印的膝关节应用到临床上,进行产业化和医疗许可。可以说,我们的技术专利,从专利申请、布局到专利转化、应用等方面工作开展得十分顺利。

  谈金属增材制造的产业布局

  杨永强教授:目前整个3d打印的应用市场还有待开发,不光是雷佳,国内所有的3D打印设备制造商都肩负着开发市场的重要任务。雷佳在市场开发方面将着手在四个领域做一些准备与投入:一是医学领域。医学市场体量非常大,但医学应用有一些准入门槛,比如3D打印产品须通过医疗器械管理部门和国家药监局认证,以及个性化设计方面也需要制定一些标准等等,而且社会认知也需要一个过程。目前在这一领域,我们可以提供一些加工服务,比如帮医院打一些样品来做一些测试性的临床试验,但大规模生产还需要进一步开发;二是模具领域。工业模具的需求非常大,3d打印未来在这一领域的巨大能量是可预见的。只是目前的3D打印在两个方面有所欠缺——一是表面质量和尺寸精度需要提高;二是成本过高。随着市场的开发、材料和设备的逐渐成熟,成本逐渐下降,高性价比的3D打印在模具领域广泛应用指日可待;三是珠宝首饰领域。其实非金属的蜡膜和树脂膜在珠宝首饰领域的应用已经很普遍,但金属打印现在还处于初期阶段,未来市场的发展空间非常大,我们在这方面还需要做大量的开拓性工作去开发市场;四是精密小型零部件领域。打印体积小、形状复杂、需求量大的物件是3D打印的优势所在,量产化是未来的发展方向,以此打破“3D打印只能做单件和小批量生产”的束缚,精密小型零部件将会是产生巨大经济效益的领域。目前我们已经在这个领域做了一些尝试,取得了不小的突破。

  谈增材制造产业化的经验与教训

  杨永强教授:对一种新的技术进行一些创新的开发其实并不是一件容易的事,要在增材制造行业扎稳脚跟,首先,你需要有敏锐的眼光,在整个科技发展的前沿发现并找到适合自己的突破口,即是根据自身的能力、自身的优势选择适合的技术领域,而不是盲目地对不擅长的事情大包大揽。比如我87年研究生毕业就进入了激光领域,在相长的时间里,这个行业并没有做起来,在我接触激光3D打印技术后,我觉得这会是未来一个很有潜力的发展方向,便从激光行业转到了增材制造技术上来,也算是比较早进入增材制造领域的。

  第二点,长时间的坚持。我曾说过我在这个行业里坐了10年冷板凳,这话怎么说的呢?就是我们刚刚开始金属3D打印研究的时候,大家对此相当陌生,都觉得这是很好的技术,但当我们进行推广的时候,他们就会说你的尺寸精度不够,强度不行……缺点能给你说一大堆,但在挫折面前,你需要保持耐心,认准一个方向后,坚持不懈,几年、几十年……投入大量的精力去坚持。很多同行说我们华南理工大学的团队在这个领域做的非常好,其实大家只看到我们今天的辉煌,没看到我们前面那么多年的心酸。人们从开始的不认识到认识,到现在有更多的人来主导、来投入这一技术领域,做研发、做生产,发展态势很喜人。

  第三,紧跟市场。我们做科研的,做论文、做技术研究,如果束之高阁并不会产生什么社会效益,要紧跟市场,去做一些应用前景比较好且市场需求的技术开发。这些年来,我们华南理工大学一直就是这么做的。