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8月8日，北京市豐臺(tái)區(qū)人民政府聯(lián)合北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)等共同舉辦的“2018增材制造全球創(chuàng)新大賽”，在北京豐臺(tái)區(qū)汽車博物館正式拉開帷幕。
3D科學(xué)谷根據(jù)Yahoo Finance上的數(shù)據(jù)顯示，美國Align Technology(ALGN)公司憑借光固化技術(shù)3D打印牙科隱形矯正器以及掃描器，其年收入可達(dá)到15億美元，流通市值達(dá)到177億美元。由此看出3D打印可以“撬動(dòng)”的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)價(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3D打印本身。而根據(jù)麥肯錫的研究預(yù)測，3D打印應(yīng)用的市場空間意味著年銷售額千億美元的市場空間。以此發(fā)展態(tài)勢，增材制造(3D打印)作用于應(yīng)用端的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程需要被長足拉動(dòng)，由此為應(yīng)用端的產(chǎn)業(yè)升級(jí)所帶來持續(xù)的增長動(dòng)力。基于此，北京市豐臺(tái)區(qū)人民政府以引領(lǐng)科技創(chuàng)新，發(fā)揮3D打印應(yīng)用到航空、航天、汽車等重點(diǎn)制造及醫(yī)療、文化、教育等領(lǐng)域之優(yōu)勢，聯(lián)合北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)等共同舉辦“2018增材制造全球創(chuàng)新大賽”，旨在推進(jìn)增材制造(3D打印)技術(shù)的全方位應(yīng)用和發(fā)展，基于全球共享與連接的機(jī)制，加強(qiáng)國際間跨領(lǐng)域、跨學(xué)科的合作，推動(dòng)中國制造業(yè)的發(fā)展，助力新一輪的科技革命與產(chǎn)業(yè)革命。
3D打印技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域具有重要價(jià)值
3D打印在牙科領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)引起了各方面的重視，SmarTech預(yù)計(jì)，2017年全球牙科3D打印材料的銷售金額達(dá)1.479億美元，其中金屬材料為3220萬美元，聚合物材料為1.157億美元;全球牙科3D打印設(shè)備的銷售金額達(dá)1.66億美元，其中金屬設(shè)備為6590萬美元，聚合物設(shè)備為1.001億美元。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，3D打印隱形矯正器正在形成產(chǎn)業(yè)化趨勢。借助數(shù)字化建模軟件和3D打印技術(shù)生產(chǎn)的隱形矯正器，是一系列透明、高度定制化并且方便佩戴和摘除的矯正器。患者在牙齒矯正期間，只要每天戴著超過22個(gè)小時(shí)，每三個(gè)星期更換一副新的矯正器，就能夠逐漸矯正牙齒。義齒的3D打印在國內(nèi)也已經(jīng)涌現(xiàn)了眾多的企業(yè)。種植牙的3D打印正處在蓄勢待發(fā)的階段，2018年全球種植牙的市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到66億美元，年復(fù)合增長率為10%。除了制造最終產(chǎn)品，牙科領(lǐng)域還有需要大量定制化的間接產(chǎn)品，例如牙科模型。這些產(chǎn)品往往對(duì)力學(xué)性能沒有太高的要求，但確是最終產(chǎn)品制造和牙齒修復(fù)過程中的有力工具。這類間接應(yīng)用產(chǎn)品的定制化生產(chǎn)需求推動(dòng)了塑料3D打印技術(shù)在牙科行業(yè)的增長與發(fā)展。另外，口腔影像技術(shù)、三維建模技術(shù)、計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)與3D打印等數(shù)字化加工技術(shù)相互銜接、配合，共同構(gòu)成了手術(shù)導(dǎo)板的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造工藝。基于光聚合工藝的DLP3D打印機(jī)與生物相容性材料逐漸挑起了手術(shù)導(dǎo)板制造的“大梁”。通過數(shù)字化技術(shù)制造的手術(shù)導(dǎo)板，精準(zhǔn)地確定了種植體半徑、種植深度、傾斜度以及種植體與牙頜竇底距離等關(guān)鍵信息。牙醫(yī)按照種植導(dǎo)板的“導(dǎo)航”進(jìn)行操作，不需要反復(fù)切開、翻瓣、縫合，縮短了種植手術(shù)時(shí)間，使手術(shù)更加精準(zhǔn)，大大減少了患者的痛苦。在這方面，我國已經(jīng)擁有了不少公司從事牙科間接產(chǎn)品的3D打印，而下一步，如何實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的制造將是3D打印進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用階段的助推器。
隨著中國模具登上世界競技舞臺(tái)，中國的模具質(zhì)量得到不斷的提高，對(duì)于3D打印的需求也將越來越大，特別是對(duì)于復(fù)雜模具來說，使用正確的計(jì)算和冷卻分析可以極大地優(yōu)化模具冷卻方式，從而縮短模具周期，提高部件質(zhì)量，特別是在易失真和變形區(qū)域。模具隨形冷卻水路的制造工藝隨之而來，3D打印在隨形冷卻模具制造的市場也正呈現(xiàn)出爆發(fā)的態(tài)勢。
3D科學(xué)谷認(rèn)為，2018年不僅僅迎來了隨形冷卻模具的3D打印，另一個(gè)機(jī)遇是快速鑄造的應(yīng)用加速趨勢。應(yīng)對(duì)正在爆發(fā)的電動(dòng)車市場，國際上主流企業(yè)在中國布局了一系列的電機(jī)生產(chǎn)線。以其中的電機(jī)殼體為例，3D打印砂模或者3D打印精密鑄造模具在用于電機(jī)殼體的鑄造方面具備明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。電動(dòng)車市場無疑是3D打印真正能大規(guī)模進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的一個(gè)絕佳應(yīng)用領(lǐng)域。它為3D打印帶來的機(jī)遇不僅僅是研發(fā)試制、熱交換器、汽車內(nèi)飾、個(gè)性化定制這些商業(yè)機(jī)會(huì)，還將進(jìn)一步打開隨形冷卻模具的市場機(jī)會(huì)，并推進(jìn)快速鑄造與3D打印技術(shù)的結(jié)合。
不僅僅是砂模鑄造，3D打印精密鑄造也在進(jìn)行時(shí)。由華中科技大學(xué)教授張海鷗主導(dǎo)研發(fā)的一項(xiàng)金屬3D打印技術(shù)——“智能微鑄鍛復(fù)合增材制造專利技術(shù)”，改變了長期以來“鑄鍛銑分離”的傳統(tǒng)制造歷史，在世界上首次實(shí)現(xiàn)鑄鍛一體化3D打印，可以打印出高性能金屬鍛件。 這一技術(shù)顛覆了國外傳統(tǒng)機(jī)械制造工藝流程和裝備，有望變革傳統(tǒng)重工業(yè)制造方式，大幅度降低成本，提升技術(shù)水平，開辟中國領(lǐng)先于世界的綠色智能制造新時(shí)代。
當(dāng)然，3D打印還在很多的應(yīng)用領(lǐng)域有著突出的優(yōu)勢和應(yīng)用潛力，諸如在液壓件領(lǐng)域，骨科、首飾、發(fā)動(dòng)機(jī)、電子及物聯(lián)網(wǎng)、陶瓷制品、建筑建造、服裝服飾甚至餐飲、多材料領(lǐng)域等等。
此外，數(shù)字化讓3D打印免除基于經(jīng)驗(yàn)的限制，尤其是熔池的監(jiān)測，通過感應(yīng)器獲取大量數(shù)據(jù)，而數(shù)字化的好處是能夠讀取和利用大量的數(shù)據(jù)，從而智能化地控制3D打印質(zhì)量。只有通過3D打印可以達(dá)到更高的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性，我們才能真正進(jìn)入到上升曲線。這里，前置反饋像3D打印設(shè)備的大腦，“告訴”打印機(jī)如何做避免錯(cuò)誤。利用所能得到的最新信息，進(jìn)行認(rèn)真、反復(fù)的預(yù)測，把計(jì)劃所要達(dá)到的目標(biāo)同預(yù)測相比較，并采取措施修改計(jì)劃，以使預(yù)測與計(jì)劃目標(biāo)相吻合。這也恰恰說明了，發(fā)展3D打印的關(guān)鍵是數(shù)字雙胞胎、前置反饋算法、仿真這些軟實(shí)力，這些才是3D打印能夠獲得生命力的基礎(chǔ)，也是3D打印能夠與應(yīng)用端結(jié)合的催化劑。
“2018增材制造全球創(chuàng)新大賽”正是聚焦于這些應(yīng)用領(lǐng)域和更具潛力的拓展空間，旨在挖掘作用于這些領(lǐng)域中的增材制造(3D打印)新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料、新產(chǎn)品，具體包括進(jìn)入中試或已通過中試階段，即將投入應(yīng)用、生產(chǎn)的新產(chǎn)品、新工藝;助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，或有助于發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)的增材制造技術(shù)和項(xiàng)目;具有未來前景的創(chuàng)新技術(shù)和科研課題;國際和國內(nèi)范圍內(nèi)首次發(fā)布的技術(shù)成果; 3D打印軟件開發(fā)與應(yīng)用; 3D打印柔性制造設(shè)計(jì)與產(chǎn)品;融合增材制造技術(shù)的跨領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)、產(chǎn)品和項(xiàng)目等，展現(xiàn)并論證其優(yōu)勢和性能，從而加深增材制造技術(shù)在全行業(yè)的推廣應(yīng)用，提高產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，完善生態(tài)體系的搭建，鏈接全球化的市場。
國際技術(shù)和國內(nèi)市場聯(lián)合發(fā)展
英國皇家工程院院士、曼徹斯特大學(xué)先進(jìn)激光工程中心主任李琳認(rèn)為，3D打印作為新的制造技術(shù)，在歐洲和美國發(fā)展都很快，一是技術(shù)工藝本身已經(jīng)與前幾年相比不可同日而語，速度、精度、強(qiáng)度都有了非常大的改進(jìn)，一些新的工藝、材料、商業(yè)模式不斷涌現(xiàn);二是應(yīng)用越來越廣，尤其是在航空航天和軍工領(lǐng)域，在醫(yī)療康復(fù)和教育領(lǐng)域幾乎全覆蓋。在3D科學(xué)谷看來，國內(nèi)的3D打印應(yīng)用與國外相比可以說是冰火兩重天，一部分原因是國內(nèi)進(jìn)入到3D打印應(yīng)用領(lǐng)域的不少企業(yè)幾乎沒有制造業(yè)基礎(chǔ)，只是盲目的追逐風(fēng)口，以輕量級(jí)、無基礎(chǔ)的情況進(jìn)入到3D打印領(lǐng)域。再加上缺乏對(duì)市場需求的深入理解，缺乏搭建好的技術(shù)平臺(tái)，想要實(shí)現(xiàn)3D打印與應(yīng)用的結(jié)合是非常具有挑戰(zhàn)的。因此應(yīng)該更多地與國際3D打印技術(shù)不斷進(jìn)行融合，吸收先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)，建立交流與合作的機(jī)制，將3D打印推向發(fā)展的前端。基于這樣的理念和目標(biāo)，“2018增材制造全球創(chuàng)新大賽”也在面向國際征選增材制造優(yōu)質(zhì)項(xiàng)目，建立對(duì)話與合作，推動(dòng)中國制造業(yè)的發(fā)展。
大賽推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化
“2018增材制造全球創(chuàng)新大賽”旨在挖掘進(jìn)入中試或已通過中試階段，即將投入應(yīng)用、生產(chǎn)，或形成新產(chǎn)品、新工藝，助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)亦或者有助于發(fā)展新產(chǎn)業(yè)的增材制造技術(shù)和項(xiàng)目，經(jīng)過權(quán)威論證，面向社會(huì)、企業(yè)、投融資機(jī)構(gòu)等，由政策引領(lǐng)、企業(yè)選擇、資本助力、社會(huì)認(rèn)同，共同推動(dòng)切實(shí)有效的科技成果轉(zhuǎn)化，將3D打印推向主流技術(shù)和主流裝備，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，托起科技強(qiáng)國的明日之星。
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