西北工業大學黃衛東:3D打印世界格局與中國的機會

3D打印快訊
2019
10/25
13:47
分享
評論
2019年9月19-21日,IAME中國(西安)國際3D打印博覽會暨高峰論壇將在西安高新國際會議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造(3D打印)科技創新的開放合作共享交流平臺,匯聚全球頂尖的增材制造(3D打印)領域成果及人才,促進行業各環節、產業鏈的銜接融合。南極熊作為戰略合作媒體,到西安現場全程報道。


西北工業大學教授黃衛東做了主題為《3D打印的世界格局與中國的機會》的報告。

下面南極熊根據現場速記整理的內容:

關于3D打印的世界格局和中國的機會

3D打印世界格局總體上美國具有壓倒的優勢,但是中國也已經進入世界先進行列,具備了追趕美國的初步條件。這個判斷我分三個指標來講述,從創新能力、裝備品牌和產業應用做整體的比較。

在創新能力方面,美國遙遙領先,中國急起直追;裝備品牌方面,美國德國平分天下,中國初露頭角;產業應用美國遙遙領先,中國已經進入世界第二。

3D打印創新能力指標

第一個是提出一種重要的3D打印大類技術,也就是主流3D打印技術的原創專利,主流的技術第一個專利是誰的,誰發明的。這種主流技術都是二三十年前已經發明的,現在要想再創造一種新的機會已經非常小了。就像冷加工車銑刨磨鉗這種大類技術,你現在還要發明一個跟車銑刨磨鉗并列的技術已經沒有機會,對于3D打印不是完全沒有機會,畢竟是新的技術。經過30年的發展,估計這個技術很難創新,后面重大進展在主流3D打印基礎上提出極端重大技術進步,可以有重大技術新發展和新發明。

主流3D打印技術有七大類,這是ISO和STM的國際標準,有六個美國專利,其中DED直接能量沉積,這個技術我沒有找到第一個專利,1979年美國UTRC有一篇文章,始終沒有找到他們的專利。另外Polyjet是以色列人在美國申請的專利,這六大類技術可以認為六個美國原創,一個以色列原創,但是全部可以歸結為美國的專利和文章,所以從這個角度來講,美國的創新能力是別人沒有辦法比較的,就好像冷加工車銑刨磨鉗全是一個國家發明的。

在這些技術基礎上誕生的非常重大的3D打印技術都有哪些,都是誰發明的?

①SLS基礎上發展的SLM技術,這是當前應用最普遍的金屬3D打印技術,這是1996年德國的IRT協會發展的。金屬3D打印SLM不亞于SLS技術,是今天3D打印主流,絕大多數金屬3D打印的技術是SLM技術,這個發明是德國人的。

②面曝光技術。光固化3D打印是3D打印標志新技術,1988年美國推出第一臺光刻3D打印機。但是很多年來光固化技術,用點掃描。2015年Science發了一個文章,美國的一個公司把面曝光的光固化技術突破,但是面曝光原理早就有,技術上的突破作為商業化的裝備是美國這個公司的貢獻。

MJF技術。惠普2016年推出MJF技術,使塑料3D打印效率大幅度提高,機器的價格比同一個檔次的SLS、SLM便宜一半,在塑料3D印領域有非常強的競爭力;而且惠普、GE這兩個作為世界五百強的公司進入到3D打印領域,大大改變了3D打印的格局。原來都是一些創業公司,創業公司的實力總是有限,世界五百強進來就不得了,一個是技術非常好,另外惠普自己原來做打印機,墨盒怎么放,2D打印機就做的非常好,再加上它的銷售網絡非常強,16年推出這個機器,17年在全世界賣,一年買354臺,超過了原來SLS、SLM工業級的機器。了不起!惠普的目標絕不是今天3D打印市場實際100億美元的目標,惠普的目標是12萬億美元的制造業大市場。現在惠普對于3D打印非常重視,很多別的部門關掉,加到3D打印部門的發展。

④二極管激光器的陣列燒粉SLS技術。2018年法蘭克福展會上,德國EOS公司推出二極管激光器的陣列燒粉技術,用近百萬二極管激光器,我認為效率至少提升10倍以上到幾十倍。這個技術和惠普的技術在效率上可以媲美,但是比惠普技術有一個優點,材料適應性上可以集成SLS所有材料,惠普材料適應面不夠寬。惠普用很大的力氣開發材料,包括和世界幾個最強的化工材料公司建一個材料開發平臺,努力在材料上發展,但是技術本身受到限制;因為它用鑄熔器的辦法,我想材料適應不會特別寬。EOS這個技術也是將來非常強大的一個技術,這是德國的。

⑤Desktop Metal粘結燒結金屬3D打印技術。這個美國公司七個創始人里面四個MIT的大牌教授,現在用粉末床鋪金屬黏結劑粘,粘了以后再燒結,實際上做粉末冶金的胚胎,然后粉末冶金燒,這樣做金屬零件的效率非常高,比我們現在SLM效率高幾百倍,金屬3D打印主流用SLM技術,這個技術非常好,解決了很多的問題,但是它的不足是太貴了,因為激光一個點一個點掃,效率很難提高。金屬3D打印市場要大幅度打開,主要靠在保持精度性能的情況下提高效率。一下提升幾百倍,他們目標直接打印汽車零件。這不得了!如果汽車零件用3D打印來打,汽車市場就大了,不能講一百億美元市場。汽車如果可以用,工業各個領域的金屬零件都可以來做,這是非常有前途的。

惠普也有類似的技術。Desktop Metal累計融資4.38億美元。粘結燒結金屬3D打印技術,要真正形成大規模應用,需要解決燒結變形,難度非常大。原則上可以解決。
創新能力美國占最佳的優勢,德國也不錯,德國也有兩個公司有很好的進步。中國也可圈可點,2017年中國3D打印的專利超過全球一半,說明中國3D打印領域非常活躍,這些專利目前還沒有看到轉化。非常重大的產業應用技術,從專利到應用要相當長的時間。期待中國這么多人,這么大的熱情在創新,總會出來好的東西,創新能力方面美國遙遙領先,中國急起直追,我們應該抱有信心。


裝備品牌

第二個方面,我們比較裝備品牌,這個方面美國和德國平分天下,中國開始初露頭角。美國3D SYSTEMS公司,光固化做得最好。美國STRATASYS公司,在工業級FDM和Polyjet兩個技術領先世界。對于FDM技術,中低端桌面3D打印機中國最厲害,但對世界真正有重大影響還是要工業級的。

惠普是一個后起之秀。未來,我們創業公司很難和世界五百強匹。還有美國的GE增材,現在成為金屬3D打印的巨無霸。它不是自己發明創造,而是買,2014年買兩個3D打印頂級的公司,德國Concept Laser和瑞典Arcam,再加上自己龐大的市場需求,成為老大了。

德國EOS。EOS在SLM和SLS方面是世界第一品牌,別人沒有辦法比。它在SLS做成面曝光,那個技術我非常看好,未來非常有前途,有可能進軍到注塑領域。2016年塑料產業3.5萬億人民幣,大部分是注塑,如果3D打印能夠在注塑搶一點市場也不得了,方向就是非常高效率塑料的打印,看好惠普技術和EOS面曝光技術。

砂型3D打印。德國VoxelJet,ExOne做得最好。
鉑力特。之前倫敦召開的世界首屆3D打印大會上,鉑力特公司評為最佳OM。國外這些獎都是人家評,我們沒有參加這個會,從會議網站上看到我們獲獎了,說明世界上承認鉑力特是一個世界品牌了,我們很高興。鉑力特累計生產銷售200多套金屬3D打印裝備,包括有兩臺設備獲得紅點獎,這是工業設計頂級獎,設備獲得空客的認證,出口到德國和法國。

3D打印產業應用概況

根據Wohlers Associates統計,1988—2018年全球增材制造產業的年復合增長率26.9%,其中2012—2014年CAGR年復合增長率高達33.8%,重要的原因是因為美國國家增材制造創新中心的成立,在全世界掀起了一股熱潮。超速發展,由美國人把它推動起來。但是2015—2017年增速又回落到平均值以下。開始大家期望高,但是技術的發展沒有那么快,像股市一樣,期望太高漲上去,總有一點回調。2018年增速有回升,因為有幾個非常重要的技術,會對市場的發展有重大的推動,數據變化后面一定有原因。

中國的情況。根據中國增材制造產業聯盟的統計,在2015—2017年的三年間我國增材制造產業年軍增速超過30%,2017年中國增材制造規模達到100億元,增速放緩至25%,但高于全球4個百分點,我們國家增速比世界平均水平更快。2018年中國增材制造聯盟對重點聯系的40家企業進行了統計,沒有做總的統計,40家企業同比增長少一些,大概23.8%。因為不是所有的統計,所以我們從這里很難去做跟前面那樣的分析;我們既然沒有那樣快,在最近一些重大的技術創新方面,沒有中國人的份,可能這是其中的主要原因,中國平均速度比別人快,主要是中國市場大。

Wohlers Associates報告有一個指標很好,它統計各國安裝工業3D打印的累計分布,每年從1988累計到今年,各個國家安裝多少工業級3D打印機,這個數據很能說明問題。兩個指標,一個是從1988年到2012年,另外一個是到2017年的。2012年美國占比38%%。日本第二9.7,德國第三9.4,中國第四8.4,這是三個第二梯隊,三個第二梯隊加起來不到30%,還少于美國。所以產業方面美國遙遙領先。到2017年發生一些變化,美國日本德國略微有點減少,中國上到第二位,這三家加起來仍然是不到30%,還是比美國少的多,所以產業應用方面美國還是遙遙領先,但是中國已經在急起直追,我們發展速度更快一些。這首先是中國龐大的市場,如果創新能力上去,我們速度可以更快一些,不能光靠我們的市場大,更重要的是怎么提升我們的創新能力。

在應用領域里,最近幾年增速最快的是航空航天,從2013年10.2%,15年16.6,17年18.9%不等,航空航天應用很主要。3D打印年復合增長率大概在30%左右,但是這幾年金屬3D打印增長率超過80%,主要是航天領域的推動。

講幾個非常重要的例子。在金屬3D打印里面,美國GE航空發動機的燃油噴嘴,在2018年10月4號GE公司慶祝打了3萬個燃油噴嘴.它是用在飛機發動機上,是最先進的民用航空發動機。我們C919飛機現在裝的就是這個發動機,這個發動機要有非常好的性能,在燃油噴嘴做了特殊設計,這個特殊設計用傳統技術怎么都做不出來,GE考慮用3D打印,找莫爾斯公司,他們做的很好,后來干脆把莫爾斯公司買下,然后成立工廠批量生產。這個發動機的定單上到兩萬臺,每一臺19個,它至少有30幾萬個零件的打印,這是3D打印在工業批量生產最典型的例子。

CJ-1000發動機為C919準備,要很久以后才裝上C919飛機,我們也用了這個燃油噴嘴,這個燃油噴嘴我們已經打了300個。和GE的3萬個相比我們才1%。但是小小的一步很重要,我們終于跨出這一步。燃油噴嘴設計的很好,它只有3D打印能做出來,3D打印最重要的是促進創新設計。

創新設計方面最典型的例子是空客。空客好幾年前公布的,有個零件常規的技術做是890克,用了3D打印之后可以用拓撲技術做均勻的應力,這個只能3D打印來做,只有原來40%的重量。

除了拓撲優化設計還有整體設計,這個衛星天線設計,原來一百個零件變成1個,重量減輕95%,這是非常極端的例子。最近鉑力特公司給中國一個衛星結構,不僅僅是一個天線,整個衛星結構用3D打印,效果非常好,已經發射上去。我們給導彈發動機改了內流道,這個傳統技術沒有辦法做,只有用3D打印做,這一個改變使導彈推力提升1倍,過去推力提升1倍要很多技術進步,今天3D打印一個零件改變就進步非常之大。

在流體力學性能方面,不僅僅是減重,功能還有提升。8年鉑力特打印超過3萬件金屬零件,廣泛用在航空航天、機械醫療、模具等等方面。我們實現了非常優異的力學性能,我們成名作,2012年為CA919打造的圓條,這個圓條性能非常優越,上飛公司給的結論是優于鍛件。這是世界上第一次明確一個3D打印航空航天零件優于鍛件。國內開始很多人不相信優于鍛件,后來空客找我們,空客也是同樣的結論優于鍛件。我們這個工作引來了空客的合作。2014年空客到西工大來建立合作,在去年的珠海航展上,由空客和西工大成立聯合實驗室。這方面我們引領世界民航大型結構用3D打印。鉑力特公司現在進入世界一流的增材制造國際合作圈,我們合作伙伴除了空客,還有法國賽峰,瑪瑞斯等等,我們是亞洲唯一為空客飛機提供零件的。

剛才主要講航空航天的應用,其實還有醫療。我接觸到中國醫生對3D打印的熱情超乎我的想象,在西安有好幾個醫院,除了唐都,西京,交大二附院都有應用。2015年我剛產生這樣的技術構思,高博的導師帶著他們幾個博士生交流,我們一拍即合在醫療上合作,后來高博畢業到我這做的博士后,他現在成為中國3D打印醫療領域著名的教授。從95年就開始,我們西安醫療界對于3D打印的介入有相當長的時間。3D打印正在創造全新的先進技術途徑,原來沒有辦法的現在用3D打印可以治。(南極熊補充:醫療3D打印的應用,中國很多傳統的醫療器械公司已經涉足,已成大勢。)

模具領域里面3D打印可以做隨形冷卻模具,帶來模具領域革命性的進步,模具效率又高質量也高,這是3D打印對于模具領域帶來革命性的進步。

砂型3D打印,寧夏共享集團建立了智能鑄造工廠,很多年來努力推進鑄造領域智能化的轉型。但是最困難是砂型鑄造,你怎么把造型過程智能化,他發現了3D打印。現在他們14臺3D打印機構成一條生產線,年產15000噸的砂型。他們澆鑄,自己的鑄件用自己打印的砂型澆鑄,過去非常臟的鑄造車間現在地面上一點砂沒有,環境非常好。總理2016年就去了,看了以后感到很激動,說沒有想到在鑄造這樣的金屬工業都能實現智能化。


從整個情況看,我們中國在3D打印領域有巨大的機會。
首先是巨大的產業需求,我們制造業規模全球最大。
第二是我們產業普遍面臨轉型升級,有轉型升級的需求,創新驅動的發展,我們特別需要3D打印的技術。這些是西方沒有的。他們的產業早就轉型升級已經完成,他們也要創新驅動,但是人家創新能力早就很強,所以在中國我們的需求更為迫切,量也特別大,這也就是中國3D打印產業應用發展比世界平均水平快的我想主要的原因。

第二個方面我們現在有聚集全球優秀人才的絕佳機會。中美貿易戰看起來對中國短期造成一定的影響,甚至可能有好多是很重要的影響,但是在人才方面給我們提供了絕佳的機會,美國把我們的人攔住進不去了,就都回來,所以我覺得這個方面是很好的事情。原來我們請這些人才回來還不一定請的動,現在在美國呆不住了跑回來。歐洲現在經濟低迷,我很多學生畢業想到歐洲去,就發現很難,沒有位置了,這時候他們也都回來了。這是聚集全球優秀人才絕佳的機會。

第三是3D打印技術進入國家戰略的核心,中國制造2025系列部署里面3D打印都是放在很重要的位置,包括增材制造國家創新中心,這是中國制造2025第一個平臺工程,中國增材制造創新中心2016年首批建立,說明我們國家對于3D打印戰略上非常重視,所以我想是在3D打印方面中國具有巨大的機會.


會后,南極熊還專訪了黃衛東教授 《西工大黃衛東:做好科研產業化的6大要素,金屬3D打印龍頭鉑力特成功上市科創板》
http://www.mmazymvt.cn/thread-136222-1-1.html





回復

使用道具 舉報

推動3D打印

關注南極熊

產品庫

聯系QQ/微信9:00-16:00

392908259

南極熊3D打印網

致力于推動3D打印產業發展

Copyright © 2019 南極熊 By 3D打印 ( 京ICP備14042416號-1
快速回復 返回列表 返回頂部
天津11选56月26日开奖查询