干貨 | 3D打印十大尖端技術及國內產(chǎn)業(yè)走勢

中國3D打印產(chǎn)業(yè)已經(jīng)發(fā)展二十年左右，如今已然成為國內各大企業(yè)爭相投資的熱點，并被多家媒體和業(yè)界人士標榜為“第三次工業(yè)革命”的領頭羊。然而“盛名之下，其實難副”，在3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼的今天，中國3D打印產(chǎn)業(yè)仍處于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初始階段。雖然潛力巨大，但市場規(guī)模仍然較小，在商業(yè)模式、產(chǎn)品耗材、與傳統(tǒng)工業(yè)結合等多個方面，都有待進一步探索。在這樣的背景下，把握好產(chǎn)業(yè)發(fā)展脈博、理性投資也便顯得極為關鍵。

　　一、中國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展狀況分析

　　1、研發(fā)技術

　　我國已有部分技術處于世界先進水平。其中，激光直接加工金屬技術發(fā)展較快，已基本滿足特種零部件的機械性能要求，有望率先應用于航天、航空裝備制造；生物細胞3D打印技術取得顯著進展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國生物、醫(yī)學領域尖端科學研究提供了關鍵的技術支撐。

　　2、競爭力優(yōu)勢

　　目前，依托高校成果，對3D打印設備進行產(chǎn)業(yè)化運作的公司實體主要有：陜西恒通智能機器（依托西安交通大學）、湖北濱湖機電（依托華中科技大學）。這些公司都已實現(xiàn)了一定程度的產(chǎn)業(yè)化，部分公司生產(chǎn)的便攜式桌面3D打印機的價格已具備國際競爭力，成功進入歐美市場。

　　3、3D打印機市場發(fā)展迅速

　　目前，國內的3D打印主要集中在家電及電子消費品、建筑、教育、模具檢測、醫(yī)療及牙科正畸、文化創(chuàng)意及文物修復、汽車及其他交通工具、航空航天等領域。據(jù)估計，3D打印機在國內企業(yè)裝機量在400臺左右。

　　打印產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模分析

　　目前，國內的3D打印主要集中在家電及電子消費品、模具檢測、醫(yī)療及牙科正畸、文化創(chuàng)意及文物修復、汽車及其他交通工具、航空航天等領域。2012年，中國3D打印機市場規(guī)模達到1.61億美元，至2015年，中國3D打印市場規(guī)模達到7.78億美元，復合增長率為69%。

　　全球3D打印十大尖端技術革命

　　當年，愛迪生發(fā)明燈泡的時候，失敗了8000多次。曾有人譏諷他說：“你失敗了8000多次，真了不起！”愛迪生卻坦然地說：“先生，你錯了，我只不過是證明了7600多種材料不適合作燈絲而已�！苯�(jīng)過多次失敗后，愛迪生終于取得了成功，成為舉世矚目的人。

　　NNOVATION1： 瑞士科學家3D打印金銀納米墻可制造更高性能觸摸屏

　　觸摸屏技術是依靠噴涂在設備表面的微型導電電極實現(xiàn)的。這種肉眼幾乎看不到的電極是由導電材料制成的納米墻組成的，而目前最常用的材料是氧化銦錫。它的透明度很高，但導電性較差。蘇黎世聯(lián)邦理工大學（ETH）找到了一種可行的創(chuàng)新型方法——“納米液滴”3D打印。這種方法能夠以金、銀納米顆粒為原料3D打印出超薄的“納米墻”，從而制造出從未有過的透明導電電極，最終創(chuàng)造出畫面質量更好、響應更精準的觸摸屏。ETH的新方法——以金、銀的納米顆粒為原料3D打印出納米墻卻沒有這樣的缺陷，因為它可以同時實現(xiàn)較高的透明度和導電性。

　　ETH這種納米3D打印技術的神奇之處不但可令金屬材料保持住原有的導電性，而且可將它們創(chuàng)建出透明的結構。目前，研究者們已經(jīng)利用該技術成功3D打印出了厚度在80-500納米之間的超薄電極層。

　　INNOVATION2： 從樹脂到陶瓷，加州高溫陶瓷3D打印技術

　　位于加利福尼亞州Malibu的HRL 實驗室發(fā)明了可兼容與光固化/3D打印的樹脂配方，這種樹脂在3D打印后經(jīng)過過火可以生成致密的陶瓷部件。這是一個驚人的突破，因為它使能夠產(chǎn)生任意多邊形陶瓷部件，強大且無溫度彈性，陶瓷表面無任何加工，不需鑄造或嵌塞。

　　HRL 通過紫外線光固化快速成形陶瓷的preceramicmonomers—”先驅體轉化聚合物”，通過這些聚合物制造的陶瓷均勻收縮，幾乎沒有孔隙度。并且可以形成迷你網(wǎng)格和蜂窩狀材料，不但形狀復雜，并且還表現(xiàn)高的強度，這種密度泡沫陶瓷可以在推進零部件、熱防護系統(tǒng)、多孔燃燒器、微機電系統(tǒng)和電子設備獲得應用。如使用在高超聲速飛行器和噴氣發(fā)動機中，這種陶瓷可以幫助設計者制造能抵御起飛過程中所排出的廢氣引起的加熱和高溫度的小零件。

　 　身處物聯(lián)網(wǎng)洪流的你還在等什么！“關注物聯(lián)網(wǎng)新機遇的你，怎能錯過這個饕餮盛宴！！由華強聚豐旗下電子發(fā)燒友網(wǎng)舉辦的第三屆“中國IoT大會”將 于12月2日在深圳隆重舉行：全球化的 視野、更高價值的獨家觀點、更專業(yè)的技術分享、更前沿的脈動把握，匯聚全球物聯(lián)網(wǎng)知名企業(yè)與精英的盛典，你不可錯過！更多信息歡迎大家繼續(xù)關注電子發(fā)燒友 網(wǎng)！”（點擊圖片查看詳情）

　　INNOVATION3： 比現(xiàn)有系統(tǒng)快1000倍，麻省理工學院將重新定義三維掃描

　　當前市場上大多數(shù)激光雷達系統(tǒng)（包括那些在自動駕駛汽車上所安裝的雷達系統(tǒng)）使用的是離散自由空間光學元件，包括激光器、鏡頭和外部接收器。在這些硬件組合中，激光在震蕩的同時旋轉，這使得其掃描范圍和復雜程度受到限制。并且成本從1000美元到70000美元不等。

　　麻省理工學院的激光雷達芯片更小、更輕、更便宜，也有可能是更強大的，因為芯片中沒有移動部件，速度是目前的激光雷達系統(tǒng)的1000倍，可以用來跟蹤高速移動的車輛。

　　麻省理工學院的激光雷達芯片工作原理與硅光子技術密切相關，硅波導幾的波長遠小于光纖，這使得非常小的芯片上的光子電路具有類似于光學纖維的屬性。該技術的商業(yè)化也并不昂貴，可以在大量的CMOS晶圓代工廠生產(chǎn)，并解決如波導損耗和光隔離的問題。

　　INNOVATION 4： 將對智能設計產(chǎn)生巨大影響的麻省理工Cilllia毛發(fā)

　　靈感來自于自然界動物以及人類的毛發(fā)，MIT研發(fā)的Cilllia毛發(fā)是通過光敏樹脂固化的技術打印出來的，通過將3D打印的精度控制到極其細微的程度，將這些毛發(fā)獲得微觀結構的“可編程”，這樣毛發(fā)就展現(xiàn)了像具有神經(jīng)一樣的對壓力和對聲音的敏感度，并伴隨著外界的刺激發(fā)生彎曲改變。

　　然而Cilllia指的并不是毛發(fā)本身，而是建模軟件平臺，通過平臺上CAD設計的步驟，通過滑塊式界面，用戶可以很容易地將成千上萬的毛發(fā)在短短幾分鐘內設計完成，只需要確定毛發(fā)的角度、厚度、密度，和毛發(fā)的高度。

　　通過精心的設計毛發(fā)具備了“驅動器”一樣的神奇作用，在一個直線方向上實現(xiàn)正向“驅動”和反向“驅動”，這對于動力學是個創(chuàng)新領域，改變了以往我們需要電機或者其他的動力裝置才能使得物體發(fā)生移動的現(xiàn)狀。

　　INNOVATION 5： 像生長出來的3D打印軍用無人機

　　世界第三大國防承包商英國的BAE系統(tǒng)公司宣布他們正在開發(fā)一款基于化學反應的Chemputer，這款3D打印機可以在短短幾天之內從無到有“生長”出高度先進的定制化無人機。

　　BAE系統(tǒng)公司投資開發(fā)此項技術的目的是要在接近戰(zhàn)場的地方迅速建立軍事設備供給，并克服任何地理、技術或數(shù)字的劣勢，Chemputer打印無人機的設想是功能性強，飛行速度快，超高高度以及快速反應，目的是要克服今天的軍事環(huán)境的生產(chǎn)限制。

　　打印產(chǎn)品也不僅僅局限于簡單的產(chǎn)品，而是包括復雜的電子系統(tǒng)的生產(chǎn)。同時，打印材料是環(huán)保和可回收的，除了打印一架完整的無人機機身外，打印機也可以用于生產(chǎn)大型載人飛機的部件，這為此項技術走向民用打開了空間。

　　INNOVATION6： 離子交換膜3D打印技術

　　美國賓夕法尼亞州立大學的科學家開發(fā)了一種離子膜3D打印技術，可以靈活而快速的在離子交換膜表面打印各種3D圖案，以提高性能。

　　科研團隊表示，這種3D打印技術與當前常見的SLA（光固化）3D打印技術類似，打印材料是可光固化的離子聚合物混合物，當該混合物暴露在一臺光投影儀之下的時候，3D打印機將設計好的圖案投射并選擇性地固化在其表面上。表面圖案能夠增加膜的電導率多達1—3個數(shù)量級（factor）。

　　中國3D打印網(wǎng)了解到使用這種3D打印技術制作的離子交換膜模型是第一個可以定量降低交換膜電阻的模型。只需一個簡單的并聯(lián)電阻模型就可以描述這些圖案在降低這些新型膜的電阻方面發(fā)揮的影響。這一方法帶給離子交換膜設計者一個設計工具，可以幫他們不斷創(chuàng)新、設計出新的圖案，以進一步改進材料的內在化學特性。

　　INNOVATION 7： 迪士尼近瞬時樹脂打印技術

　　美國賓夕法尼亞州立大學的科學家開發(fā)了一種離子膜3D打印技術，可以靈活而快速的在離子交換膜表面打印各種3D圖案，以提高性能。

　　科研團隊表示，這種3D打印技術與當前常見的SLA（光固化）3D打印技術類似，打印材料是可光固化的離子聚合物混合物，當該混合物暴露在一臺光投影儀之下的時候，3D打印機將設計好的圖案投射并選擇性地固化在其表面上。表面圖案能夠增加膜的電導率多達1—3個數(shù)量級（factor）。

　　使用這種3D打印技術制作的離子交換膜模型是第一個可以定量降低交換膜電阻的模型。只需一個簡單的并聯(lián)電阻模型就可以描述這些圖案在降低這些新型膜的電阻方面發(fā)揮的影響。這一方法帶給離子交換膜設計者一個設計工具，可以幫他們不斷創(chuàng)新、設計出新的圖案，以進一步改進材料的內在化學特性。
　　INNOVATION8： 用于非常復雜部件打印的德國Fraunhofer多材料打印技術

　　德國Fraunhofer研究所和IKTS 系統(tǒng)研究所研發(fā)了一項3D打印新技術，不僅可以打印骨科植入物、假牙、手術工具等醫(yī)療產(chǎn)品，還可以打印微反應器這樣非常復雜、微小部件。

　　Fraunhofer研究所研發(fā)的這項3D打印技術可打印的材料是陶瓷或金屬粉末懸浮液。陶瓷或金屬粉末被混合在一種低熔點的熱塑性粘合劑中，熱塑性粘合劑在80攝氏度時就會融化成為液體。在打印過程中，打印機的電性溫度熔化了粘合劑，并混合著陶瓷或金屬粉末材料以液滴的形式被沉積下來。沉積后液滴迅速冷卻變硬，三維對象就這樣被點對點逐漸打印出來。

　　INNOVATION9： 波音懸浮式3D打印技術

　　2016年初，波音公司成功獲批了一項超前的3D打印技術專利。它與以往任何3D打印技術都不同，在3D打印過程中沒有任何實體的打印構建平臺，在打印過程中，打印對象還可以做空中翻轉動作。

　　在打印時，打印頭首先擠出一塊材料，通過磁場的力量，這塊打印材料被懸浮在空中，然后由圍成一圈的多個打印頭，從不同的方向將其余材料逐層沉積在這塊材料上。打印材料是抗磁性材料，經(jīng)過超級冷卻之后變成超導體。通過磁場還可以旋轉3D打印對象，并將材料沉積在打印對象底部，實現(xiàn)360度無死角的3D打印。

　　無死角的3D打印技術好處是完全突破對形狀的限制，實現(xiàn)更加復雜零部件的整體3D打印。除此之外，通過多個3D打印頭同時在不同方向上進行3D打印，將顯著提升打印速度。

　　INNOVATION 10： 哈佛大學帶血管的人工組織3D打印

　　2016年哈佛大學獲得最新的突破，可以打印出維持生物學功能的并可以存活超過六個星期的組織。哈佛大學的研究人員在整個打印過程中使用了三種生物墨水。其中第一種墨水含有細胞外基質，這是一種由水、蛋白質和碳水化合物構成的復雜混合物，用于連接每個細胞，從而形成一個組織。第二種墨水包含細胞外基質和干細胞。第三種用于打印血管，這種墨水在冷卻過程中融化，所以研究人員可以從冷卻的物質中將墨水抽出來，并保留空心管。

　　研究人員將包含細胞外基質的墨水填充進模具。最終培養(yǎng)出內部充滿毛細血管的人工組織。研究人員通過硅膠模具兩端的出入口向該組織輸入營養(yǎng)物質，以保證細胞存活。人工血管將通過將細胞生長因子運送至整個人工組織，促進干細胞的定向分化，從而形成更厚的組織，請關注南極熊3d打印網(wǎng)。

來源：電子發(fā)燒友網(wǎng)
延伸閱讀：
2014-2019年中國3D打印產(chǎn)業(yè)市場需求與投資潛力分析報告
干貨 | 3D打印技術在鑄造領域中的產(chǎn)業(yè)化應用