我国3D打印行业在资金短缺中起步,产业链渐成

  四字网名        2019-11-25 17:09:55

欧航局发布3D打印火星殖民地蓝图,俄宇航员打印出的生物器官,欧航局批准3D打印铝合金卫星天线,美、俄、以色列联合研制了3D打印太空人造肉......


自20世纪50年代,人类对月球的探测和研究在美国和苏联的太空竞赛中迈开匆忙脚步,至今不过近六十余年。


曾在科幻电影里出现的画面开始频繁涌入现实,也正在缓缓展开一幅未来的图景——人类离太空又近了。


01、打印机造火箭,去火星


显然,国外太空公司的终极目标,并不止于在太空产业的轨道卫星市场中分一杯羹,而在于火星营地。


早在2014年,太空探索技术公司(SpaceX)推出首个3D打印部件主氧化器阀体;蓝色起源(Blue Origin)也在其引擎融合了3D打印组件;处于3D打印火箭行业领先地位的火箭实验室采用金属3D打印技术生产火箭引擎。


甚至连美国航天局NASA也在研究哪些航天器部件可以用3D打印机更可靠、更便宜地制造出来。


这些接连的浅尝反而令一家初创火箭公司——相对论(Relativity Space)捷足先登。

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相对论公司(Relativity Space)


2015年,两位分别来自SpaceX和蓝色起源的前员工创办了Relativity Space。在他们看来,这两家在航天领域较为前沿的公司都没有充分利用3D打印技术。


自成立之后,相对论公司建造了世界上最大的金属3D打印设备,并试图独立建造几乎完全由3D部件构成的火箭。


相比SpaceX与蓝色起源,作为火箭行业新贵的“相对论”太空公司(Relativity Space),想法更显大胆:它想要打印几乎整个火箭并将其组件的数量从10万个减少到不到1000个,而且这种3D打印火箭从生产到发射只需要60天。


“人类在火星上的生活”一直是其卖点。近期1.4亿美元的融资后,公司官员称,新融资金将足够完成其“地球人”1火箭的研制工作和在2021年启动商业运营。同时,公司对火星梦的愿景更加深信不疑。公司首席执行官埃利斯想要制造出第一个到达火星的3D打印火箭。到达火星后,埃利斯和他的团队想要在火星上创建一个自给自足的城市。


事实上,2016年,马斯克在第一次介绍火星计划的演讲中提到,将人类送去探索其他星球的最大障碍,不是科技,而是成本。当时,他预计利用现有技术打造一台火星飞行器需要100亿美元,而SpaceX的使命是将单人单程票价控制在20万美元。


在节省成本与安全可靠的刚需下,3D打印逐渐成为实现目标的其中一种方法。


然而,SpaceX这一想法的实现也随即被RocketLab抢了风头。2017年,在硅谷成立了四年多的RocketLab回到其创始人兼CEOPeterBeck的故乡新西兰,向太空发射了一个由电池驱动、发动机是3D打印制作的小型火箭。


而RocketLab的目标是把小型卫星带上近地轨道。这意味着,每次发射费用只要500万美元,还不到SpaceX发射费6200万美元的十分之一。虽然当时未能成功进入预设轨道,但市场普遍认为,这是对硅谷“钢铁侠”马斯克SpaceX的又一暴击。


02、中国的梦刚萌芽


相比国外市场的一片火热,当时国内的航天产业尚显得平静。


更确切地说,国外提出3D打印与航天梦时,我国的商业航天民营企业还在萌芽状态。直至2016年底,《2016中国的航天》白皮书明确,鼓励引导民间资本和社会力量有序参与航天科研生产等航天活动,大力发展商业航天,我国民营商业航天的土壤开始孕育起来。


这一现状下,3D打印在国内航空航天领域的应用也相对蹒跚。从3D打印出现到航空航天领域销售市场的打开,走过很长的一段时间。


2011年之前,我国3D打印产业规模并不乐观。有数据显示,2011年装机量仅占全球的9%。


不可否认,3D打印技术、产品向航空航天领域的拓展为其销售市场的打开提供了一定契机。2011年,我国3D技术被欧洲空客公司等单位选中,联合承担了欧盟框架七项目,为空客和欧洲航天局等单位制作飞机、卫星、航空发动机用大型复杂钛合金零部件的铸造蜡模。


也是在这一年,3D打印主力科研单位之一——西北工业大学试图通过公司运营推动学校科技成果的产业化。由西北工业大学及成员股东共同出资的西安铂力特公司正式成立,黄卫东出任董事长和首席科学家。

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黄卫东


次年(2012年),受中国商用飞机有限责任公司委托,铂力特研制出了第一个3米多高的大飞机中央翼缘条,标志着该项技术在航空工业领域的应用迈出了重要一步。


得益于奥巴马在美国国情咨文演讲上“3D打印是逐渐实现将工作机会带回美国这一愿景的最佳切入点”的“一吼”,国外市场大环境变化开始渐好。


紧随其后,2013年,我国科技部公布《国家高技术研究发展计划(863计划)、国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》,首次将3D打印产业纳入制造业中。


2015年5月,国务院发布《中国制造2025》,重点指出要大力发展核心基础零部件、先进基础工艺、关键基础材料和产业技术基础,其中包括3D打印技术。


某种程度上,这一系列的政策为该技术在国内航天市场提供了保障。


2015年,中国航天科工集团联合西工大制成金属3D打印关键承力构件,实现国内中空点阵结构在航天产品上的首次应用,并在轻量化结构研制上迈出一步。


随后的几年,以高校科研为依托的增材制造企业,为中国商飞、中航工业、中国航发、中国航天科工、中国航天科技等上百家单位,制造了上万件金属零件,批量应用于飞机、发动机、火箭和卫星等重大国家任务。


03、在资金短缺中起步


我国3D打印的希望之门缓缓打开,或许要从西工大、西交大、清华大学等高校学者的海外游学开始说起。


国家三年自然灾害那年,全国出现大面积旱灾与饥荒。出生于安徽的卢秉恒,也正是在这一窘迫的生活状况下,于1962年进入合肥工业大学。


毕业后,23岁的卢秉恒(现中国工程院院士)被分配到河南三门峡中原量仪厂。这期间,从技术工作到生产管理、调度,甚至设备的安装、维修等等,卢秉恒几乎都做过了。

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卢秉恒


抱有实现更高人生价值理想的卢秉恒,在34岁时决定报考西安交通大学的研究生,并于1979年顺利考入西安交通大学机械制造专业。


彼时,黄卫东(西北工业大学教授)刚刚踏进西北工业大学的大门,于1977年,考入该校材料科学与工程系本科,并在后续的几年里,读完了博士。


那时,我国3D打印尚未起步,被认为是中国快速成形技术的先驱人物还只是刚刚露出头角,而美国、日本提出3D打印的概念已近十年了。


只不过,“3D打印”的学术名称被叫作快速成型技术。


1986年,美国诞生了世界上第一家生产3D打印设备的公司3D Systems,吸引了一批正在美国游学访问的中国学者,清华大学教授颜永年便在其中。


1988年,正在美国加州大学洛杉矶分校做访问学者的颜永年,偶然了解到快速成型技术。当年10月底回国后,颜永年从机械转攻这一领域,并启动相关研发,建立了清华大学激光快速成形中心。


受限于紧缺的资金,这一起步并不容易。


为研究国外3D打印技术,1993年,颜永年与美国3D Systems的代理商——香港殷发公司合作成立北京殷华快速成型模具技术有限公司,成为国内第一家3D打印公司。


同样通过赴美做高级访问学者,西安交通大学的教授卢秉恒发现了快速成形技术在汽车制造业的应用,也在回国后转向这一研究领域,并于1994年成立先进制造技术研究所。


与颜永年一样,卢秉恒的起步也备受资金困扰。当时的近23万元研究启动资金,并不足够造一台光固化成型样机,只能从材料上另辟蹊径。


同一时期的华中科技大学(当时的华中理工大学),虽从湖北省科学技术委员会得到了一笔经费。然而,材料价格与相应的快速成型设备成本不菲,华中科技大学不得不从另外一种工艺起步。1991年,华中科技大学成立快速制造中心,研发基于纸材料的快速成型设备。


时隔三年(1994年),快速制造中心研制出国内第一台基于薄材纸的样机,一时引起轰动。此后,国内院校如北京航空航天大学、清华大学、北京工业大学、华中科技大学等,也相继开始开展这方面的研究工作。


可以肯定的是,快速成形技术的应用领域开始逐渐清晰起来。


如北京航空航天大学教授王华明团队,瞄准大型飞机、航空发动机等国家重大战略需求。1998年,清华大学的颜永年将快速成形技术引入生命科学领域,并于2001年研制出生物材料快速成型机。此后,西北工业大学、华中科技大学等多家单位都将生物制造视为重要方向。


04、产业链渐成


这一时期,国内快速成型系统的科研团队呈现五大方阵格局:西安交通大学的卢秉恒团队、清华大学的颜永年团队、北京航空航天大学的王华明团队、华中科技大学的史玉升研究团队、西北工业大学的黄卫东团队。

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颜永年


相对于科研的艰难推进,3D打印技术的商业推广更显坎坷。


自1993年颜永年注册成立北京殷华激光快速成型与模具技术有限公司开始,诸多依托高校资源成立的3D打印设备公司实体相继建立。


1996年,华中科技大学组建了武汉滨湖机电技术产业有限公司;1997年西安交通大学成立陕西恒通智能机器有限公司。


有学者这样解释两种身份的转换,“作为一名学科带头人,要创新、对论文有要求、拿国家课题;作为一家公司的董事长,首先要让这个公司经营下去,有一定的盈利、发展得好—这两者的目标完全不同”。


然而,3D打印技术和设备在市场层面的认可度仍然偏低。正如业内人士反映,“许多企业家不相信不用模具和道具可以生产零部件”。2000年那年,市面上只能卖出两三台设备,单价在100万元左右。


那时,只有少数的科研院所和高校从事这方面研究。2005年前后,快速制造的概念正式为工业界所接受,有关企业的负责人才指出,“销量达到两位数,一年会有十几台的业务量”。


2008、2009年之后,国内开始逐渐涌现出大批3D打印的企业。


然而,这一销售困境也成为我国3D打印技术在航天领域产业化推广的缩影。


好在,近几年国家各个部委对增材制造行业在各领域支持力度开始加大。如科技部的一些重大专项,工信部以及军方的一些课题,对增材制造会有所倾斜。除了技术和课题的支持之外,还有一些从商务角度,例如国家关税这一块,对增材制造进出口一些原器件都给予税收上的减免。


3D打印的概念开始炒热了起来,也引来一些担忧。正如业内人士所言,在3D打印领域,我国的某些技术已经领先全球,但商业化滞后、规模仍然小,也没有形成产业链,大部分企业在单打独斗。


直至今天,以最初清华、北航、华科、西工大、西交大五大高校科研脉络延伸出的各方势力,与群雄割据中异军突起的鑫精合等新兴企业相互交融又各自独立。


或许,随着商业航天产业链条的逐渐铺开,我国3D打印行业单打独斗的局面将逐渐改变。

来源:五仁儿泰伯网

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