12月2日下午,天空下著細雨。當記者來到廣州南沙3D打印創新研究院時,研究人員正在使用電腦軟件控制激光點。“激光點的尺寸、精準度對產品的打印都有影響,需要不斷實驗。”負責研究該項目的團隊成員表示,這是提升3D印表機速度的一項重點技術。
  目前,南沙3D打印創新研究院已經擁有了被稱為“最牛”,也是全世界最快的工業級3D印表機——FARSOON 402。據介紹,該款設備的激光掃描速度達到了12.7m/s,配合其他系統模塊的升級,其打印速度相比之前提高了60%。
  研究人員告訴記者,不同於傳統製造業的“減材製造”過程,3D打印採用的是“增材製造”。其產品是按照三維數據模型,由材料層層疊加“燒結”或“黏合”而成,整個生產過程不受任何複雜結構和生產工藝限制。任何空間結構複雜的產品,在3D印表機面前都是同樣的程序生產。
  正是憑藉這一優勢,3D打印也成為了製造智能化的“寵兒”,是邁向“工業4.0”時代的關鍵技術。在國內的製造業重鎮廣州,3D打印也受到了企業的青睞。目前,廣州的企業也正競相角逐3D打印市場,其中有企業的產品在部分歐洲國家的市場占有率超過了50%。
  現狀
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  3D打印熱潮興起
  據統計,全球3D打印的蛋糕越做越大,2013年行業產值已經達到了30億美元,而且每年還在以30%的速度增長。在廣州從事生物3D打印的“千人計劃”專家、邁普再生醫學科技公司董事長袁玉宇也認為,僅以中國市場為例,預計未來3年內,3D打印的市場份額將從10億元人民幣增至百億元。“這還僅僅是3D印表機產業本身的估值,並未包括附加的服務價值。”
  正是其所具有的廣闊前景,3D打印在國內各大城市受到了熱捧。作為國內製造業的重要基地之一,廣州也興起了3D打印的熱潮——部分區域相繼佈局3D打印產業,不少企業爭相競逐這一市場,科研單位也在該領域發力。
  在荔灣東沙工業區內,一個3D打印產業園區於近期掛牌成立,並吸引了3D打印領域的企業落戶。進駐園區的廣州網能產品設計公司,從2002年開始花了十年時間自主研發出3D印表機,近年才投入市場。該公司總經理鄧以翔說,2013年售出近200台自主研發的3D印表機,其中約有三分之一的客戶在廣州,主體是中小企業。處於同一競爭領域的廣州捷和電子科技有限公司,是搬進上述產業園區的第二家3D打印企業,同網能公司一樣也採用了FDM工藝,且其產品也為桌面準工業級3D印表機。
  在廣州高新技術產業開發區,一家企業已經在生物3D打印領域取得了不俗的成績。這家叫邁普再生醫學(以下簡稱“邁普醫學”)的科技公司,於今年4月殺入了國內市場。其運用生物3D打印技術所生產的產品睿膜可吸收硬腦(脊)膜補片,獲得了中國食品藥品監督管理總局(CFDA)註冊證。而早在2011年,睿膜即已獲得了歐盟CE認證,成為中國唯一齣口到歐洲高端市場的硬腦(脊)膜補片,已銷售過萬例,在部分國家市場占有率超過50%。邁普醫學的工作人員羅林波告訴記者,2013年公司的銷售額在800萬元至1000萬元之間,今年銷售額有望突破1000萬元。
  在南沙新區,廣州南沙3D打印創新研究院將為該產業發展註入一股新的空氣,目前該研究院已經引進了4名外籍專家和12位國內相關領域的博士、碩士。該院院長許小曙,此前僅用一年時間,就帶領團隊將自主研發的3D印表機從1個型號1種材料增加至5個型號17種材料,目前該團隊正研發新一代的工業級3D印表機和材料,以滿足市場需求。除了南沙3D打印創新研究院,中科院先進所也是落戶南沙並啟動3D打印技術研究的科研單位。中科院先進所則將目光瞄準醫療應用領域,目前相關技術成果已經應用於牙科和骨科等領域,並已成功實現科研成果產業轉化。
  趨勢
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  今年7月,南沙3D打印創新研究院成立3個月後,院長許小曙帶領團隊開始著手一項“趕超”計劃——在現有基礎上研究出速度更快的工業級3D印表機,激光掃描速度預計可達40m/s,從而超越3DSystems的設備。
  研究院工作人員告訴記者,目前院內擁有的設備採用的是“SLS”技術,即激光燒結。在其設備中,激光將產品需要的粉末材料按每小時10毫米的厚度逐層燒結,疊加“打印”產品的各橫截面,最終形成成型產品。
  憑藉這樣的特點,3D打印技術可以讓研發設計人員不必遷就現有工藝,大膽設計新產品,突破思維的“天花板”。3D打印帶來的另一個好處則是,研發設計人員不用耗費巨資開模,從而節約了時間和成本。
  據介紹,進氣歧管是發動機中結構最複雜的部件之一,該部件的傳統開發流程大約需要經過4個月的時間,並且開模設計一旦效果不佳,前期的投入也很可能“付之東流”。長沙理工大學方程式賽車隊利用許小曙研發的工業級3D印表機,製作出發動機進氣歧管原型部件,耗時僅需48小時。測力試驗證明,零件的力度、準確度和耐久性均未出現任何問題,而發動機效率增加了10%。
  如今,3D打印已陸續走進人們熟知的生產、生活領域:從手板製造到玩具工藝品、汽車、航空航天、生物醫療領域,甚至日常的照相館也能見到3D打印的應用。這使其成為了支撐智能製造的關鍵技術之一。伴隨著在製造領域的廣泛應用,3D打印正在呼喚著“工業4.0”時代的到來。
  值得一提的是,作為“工業4.0”時代的代表性領域,3D打印之關鍵也在於整合現有成熟的技術。“3D打印所涉及的技術,如激光技術、材料學、軟件控制,都是目前已經發展成熟的技術。”南沙3D打印創新研究院常務副院長趙陽表示,該研究院目前就是要整合各方面的人才,打造“科研院”和“工研院”的結合體,從而研發滿足市場需求的設備和材料。
  問題
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  3D打印
  呼喚“工業4.0”時代到來
  工業級應用瓶頸亟待破除
  任何事物的發展都不是一帆風順的。當前,3D打印也面臨著一個“尷尬”:儘管市場很熱鬧,但也潛藏著廣州企業3D打印業務不能滿足市場旺盛需求與本地有效供給不足的問題。
  以廣州為代表的珠三角地區,是國內乃至全球的製造業重鎮,既是生產的中心,也是消費的中心。而珠三角地區在消費產品、家電行業、機械製造以及醫療器械等領域相對領先,這些領域也是3D打印“長袖善舞”的“地盤”。像地處廣州的華南理工大學建築設計院和廣州藍弧文化傳播有限公司等,都曾通過美國Stratasys在廣州的分銷商購買3D打印設備和材料,分別製造建築模型和創意產品,而廣州生產力中心和廣州一家模具企業也曾通過美國、日本等引進3D打印產品,幫助企業製造手板。
  值得註意的是,這些企業所需要的3D打印設備、材料,要麼是進口的,要麼是通過廣州的代理商購買的外國產品。即使在家門口,廣州本土3D打印企業也面臨著被國外企業從市場上“擠出去”的危險。
  據瞭解,3D印表機分為桌面級和工業級,前者主要是民用,後者則以工業應用為主。國內生產的3D印表機主要集中在桌面級,且產品局限於玩具、禮品、展會及3D影像等低端市場,帶有普及功能,面向民用以及少部分中小企業。製造出一臺桌面級的FDM(熔融擠出成型,3D打印領域的一種技術)3D印表機僅需數千元。目前低端市場占大頭,但已經趨於飽和,利潤趨薄。不過,工業級應用集中在高精度、高質量類型產品,利潤和產值也集中這一部分,但是國內能夠進入這一領域的企業卻寥寥無幾。
  中國3D打印技術產業聯盟副理事長、廣州市3D打印技術產業聯盟理事長、華南理工大學教授楊永強也指出:“目前我省3D打印技術產業還缺乏宏觀規劃和引導,產業鏈缺乏統籌發展,從事3D打印技術研發和生產的單位及企業較少,且規模小、研發力量不足,難以滿足產品製造的需求,與國外存在較大的差距。”
  從事3D打印服務的大業激光企業負責人陳玹告訴記者,3D打印領域的國際巨頭由於掌握著核心技術,其產值已經達到了10億元的量級,但是國內最大的企業年產值也不超過5000萬元,兩者相去甚遠。而廣州也不例外,目前十數家3D打印企業,各自的年產值也多停留在1000萬元這個量級。
  業內人士表示,如果這種格局不儘快扭轉,中國在“工業2.0”和“工業3.0”時代遭遇的國際分工的“不平等”待遇,還可能繼續在“工業4.0”時代上演。目前在3D打印領域,國內企業花高價進口3D打印設備的同時,還要接受國外企業“捆綁銷售”的3D打印材料與售後服務,且價格不菲。這最終也影響到國內企業對3D打印技術的應用,從而成為3D打印技術推廣與升級的“絆腳石”。
  在接受南方日報記者採訪時,趙陽就談到了一個頗具代表性的例子:廣州某服務機構耗資400多萬元從美國購買了當時廣州市場上的第一臺3D印表機。之後機器壞了,美國企業過來維修一次報價40萬元。由於接受不了昂貴的售後服務,這台機器後來便閑置不再使用。這可謂一個“警告”。
  因此,如何破除當前3D打印在工業級應用方面的瓶頸,從而掌握核心技術,是廣州乃至中國邁向“工業4.0”時代所必須面對的問題。
  應對
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  制定3D打印產業發展路線圖
  站在工業升級換代的角度,廣州要從現階段跨入“工業4.0”時代,必須有清晰的戰略意識。
  對此,楊永強建議,制定3D打印產業發展路線圖,明確未來十年乃至更長時期3D打印產業的戰略需求、關鍵領域和優先主題、實現時間以及發展途徑,合理配置創新資源,為系統設計併科學規劃3D打印產業創新發展提供決策依據。
  “廣州首先要將3D打印確定為戰略方向。”趙陽表示,在這一戰略中,掌握產業的核心技術是關鍵,而引進掌握核心技術的人才則是實現“彎道超車”的路徑之一。
  不過,國內的“留人”能力仍不夠強。
  據悉,海外科技人才,尤其是外籍華裔人才來華進行科技研發的路子不多,其中一個方法是高校、科研院所合作,“但現在的體制往往是專家奉獻全部,但研究成果卻是研究機構占大頭。”而企業一般缺乏這種開展戰略性產業研究的實力。不願意與科研院所合作的外籍專家,不得不自行設置研發機構。但是,趙陽告訴記者,“可惜國內各省市還沒有一個政策對境外人才、機構在國內設立科研機構進行扶持。”
  目前,這種境外人才設立的科研機構僅能以民辦非企業性質存在。為了讓更多的經費用於科研,3D打印創新研究院一開始申報的名字前綴為“廣東”。趙陽解釋,“當時最主要的考慮是,若申報成功,進口科研器材達到一定數額就可以免稅。”可惜結果並不如意,由於缺乏現行法律的支持,最終還是冠名“廣州南沙”,而進口科研器材將面臨徵稅的問題。
  值得註意的是,國內其他地區對於科研單位已經給出了融資租賃補貼、人才引進獎勵等政策。不過,趙陽表示,他們除了獲得南沙區給予免租的優惠外,研究院目前還未獲得其他補貼,也無法享受“國民待遇”,“海外人才到廣州來辦居住證、就業證的過程和普通外國人一樣,沒有什麼綠色通道”。
  從事生物3D打印的邁普醫學也同樣面臨缺乏“綠色通道”的現象。據介紹,利用生物3D打印技術開發的新產品、開創的新產業,往往是現有的行業體制、監管機制、審批制度所未面臨過的,監管部門缺乏可參考的經驗,因而對這些新技術、新產品提出了更多的審批要求,“一項產品的審批要經過五六年甚至更長時間”,影響了產品上市時機,讓創業者頗為“頭疼”。
  對此,袁玉宇建議,政府可嘗試對相關經過認定的高科技企業,高科技產品給予在市場準入、價格制定、政府採購等方面的綠色通道,從而支持一批創新型企業的發展壯大。
  值得註意的是,楊永強開出的另一劑藥方則是:打造產業聯盟及產學研基地,重點支持一批重點實驗室、工程技術研究中心、國際合作研究中心、大企業應用中心、教育培訓中心、區域服務中心等機構。此外,還要結合廣東省特色產業和戰略性新興產業的發展,在醫療、汽車、模具、動漫文化領域加強示範應用。“在這個過程中,政府應對3D打印技術的前沿探索、應用轉化、重大裝備及應用、區域產業應用等分層次資助。”
  行業觀察
  “私人定製”時代
  大製造會消失嗎?
  黃少宏
  作為邁向“工業4.0”時代的核心技術之一,3D打印以其迥異於傳統“減材製造”的模式,通過“增材製造”的方式實現了對複雜產品的快速生產,從而解放了研發設計人員的思想。有人也因此歡呼:未來的產品將可實現“私人定製”,傳統工業時代的大規模製造將會被顛覆乃至被取代。
  那麼,大製造真的會消失嗎?
  “目前有些領域還處在“工業2.0”前期,“工業3.0”遠未完成。”對此,業內人士指出,儘管我國已經開始進軍3D打印市場,但現在說3D打印取代大規模製造還為時尚早。
  我們註意到,3D打印在帶著中國步入“工業4.0”時代的同時,“工業2.0”與“工業3.0”仍然會在相當長一段時間內存在。
  事實上,廣州也不例外。這座地處華南的國家中心城市,同樣也將處在“工業2.0”、“工業3.0”以及“工業4.0”並存的階段。
  但是,在人工成本、原材料成本上漲的背景下,智能化製造需求將越來越大。因此,站在長遠發展的角度來看,3D打印這種代表未來發展方向的產業,應當引起我們的重視。
  而作為全國乃至全球的工業重鎮,廣州也具有較完善的市場基礎、較強的產業轉化能力、豐富的人力資源以及滿足醫療器械製造的良好生態環境,具備發展3D打印產業的基礎,另一方面,廣州乃至珠三角地區企業對於3D打印,還有著旺盛需求。
  值得註意的是,目前廣州市部分區域也出台了扶持政策,如《荔灣區3D打印產業發展資金補貼辦法》。根據該項政策,入駐3D打印產業園的3D打印企業,每年最高可獲100萬元獎勵,同時還有企業落戶和場地租金補貼。
  不過,廣州市層面尚未有這方面的政策,其他區的3D打印企業與研究單位仍然得不到相應的扶持。因此,在筆者看來,廣州必須為3D打印創造更好的成長空間,一方面要為該產業的發展引進和培育一批優秀人才,特別是要引進掌握核心技術的人才,併為人才的科研、生活等創造良好的環境;另一方面為研發機構和創業企業提供扶持,比如在融資租賃方面,成都對科研單位的補貼最高可達100萬元,也值得學習與借鑒。
  撰文:南方日報記者 黃少宏 昌道勵 見習記者 許曉冰
  統籌:曾妮 黃少宏
  策劃:薑玉龍 譚亦芳  (原標題:大製造面臨智能化升級 穗企角逐3D打印市場)
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