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3D打印深度研究:以色列或将引领3D新时代

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来源:知以

近年来,“3D打印”这个词在媒体上出现的频率极高,3D打印是一种近年来不断兴起的以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其特性不但被广泛应用于交通,医疗保健、军事以及教育等机构,而且在装备设计与制造、航空航天等更多领域展现出了强劲的发展势头。风靡全球的新兴打印技术完全颠覆了传统打印技术的工业革新,被公认为是第三次工业革命的重大标志。
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全球3D打印发展现状及前景
3D打印,即增材制造技术,又称增量制造、积层制造,可指任何打印三维物体的过程。3D打印基于三维计算机辅助设计(CAD)模型自动创建对象,从人体心脏组织到太阳能电池板以及汽车和飞机部件,目前主要有熔融沉积成型技术、离体平板印刷以及选择性激光烧结等三种主流技术。在可持续性方面,增材制造通常带来更高效的产品设计、更高效的制造工、更高效的供应链、加速创新和上市时间四大优势。
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3D打印起源于美国,最初由查尔斯.胡尔于1986年提交了世界上第一件光固化制造三维立体物体的专利申请,随后推出了第一台商业化的3D打印机,正式宣告了3D打印时代的到来。3D打印自诞生以来就被发达国家列为国家战略技术。尤其是自2009年之后,其市场规模以2009年10.6亿美元增长到2017年的73.4亿美元,增长近6倍的速度迅速增长。目前全球3D打印制造技术发展速度较快,欧美国家已经逐步形成了包含材料制备、相关软件、工艺、装备、管理及创意服务和应用的相关产业链。

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根据<2018年3D产业研究报告》数据显示:西欧地区与美国在3D打印研究领域优势明显,尤其是美国,聚集着近半数的顶尖学者,占比46.34%,是3D打印领域人才流动大国,人才输入和输出都大幅领先,但人才流出略大于流入;中国在此领域也占有13.65%左右的比重,中国人才流入量大于流出量,对3D打印领域做出了突出贡献;此外,中东地区也有4.76%左右的学者分布,是不可忽视的力量。

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另外,在服务项目、动力床熔炼工艺、原型应用在2018年占据3D打印市场的份额是比较大的。服务市场的预期增长归因于对定制设计和制造需求的预期增长。随着医疗保健(包括医疗、骨科和牙科)、航空航天和汽车等垂直领域的快速发展,3D打印市场一直在以显著的速度增长。然而,随着印刷技术和材料的进步,与打印机和材料相比,3D打印服务行业作为利润来源的吸引力越来越大。近年来,汽车行业一直与3D打印打印和技术有着长期的关系,汽车公司多年来一直在尝试各种3D打印技术和应用,这对供应链和产品开发都产生了相当大的影响, 特别是规模较小的汽车制造商受益于3D打印技术的使用,并将其作为其生产的一个关键组成部分,现如今,3D打印技术在汽车零部件领域更广泛地应用已成大势所趋,它必将是汽车行业的一次重大突破。

动力床熔炼工艺动力床融合工艺市场的增长可归因于能够产生复杂的几何形状,高特征分辨率,良好的强度和良好的表面光洁度。3 d打印程序基于粉末床融合过程在航空航天、汽车、医疗、和工程垂直更常见的使用技术,如直接金属激光烧结(摘要),电子束融化(实证),选择性热烧结合成),选择性激光熔化(SLM)和选择性激光烧结(SLS)是最常用的功能部分的发展。

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原型应用:3D打印有助于从3D计算机辅助设计(CAD)生成原型和模型,这有助于几家公司在传统制造的原型转型过程中减少浪费和降低运营成本。3D打印还可以根据客户对任何行业使用的产品的结构几何形状、精度和定义良好的平滑度的要求,快速生产成本效益高的原型。

预计亚太地区的3D打印市场将在预测期内以最高的复合年增长率增长。政府举措、研发资金和广泛的产业基础是亚太地区成为3D打印活力地区的主要因素,日本和中国是主要贡献者。建立3D打印研究,培训和教育中心以及市场领先企业的努力,如Stratasys Lt。(以色列),3D Systems(美国),EOS GmbH(德国),ExOne(美国), 和EnvisionTEC(德国),将其分销网络扩展到亚洲国家的新兴市场,有望推动亚太地区的市场。

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市场主要发展
2018年9月,德国EOS股份有限公司推出了EOS M 300-4金属3D打印机。该打印机有4个激光器,提供从4×400到2×400和2×1000混合设置的可变激光电源,最高可达4×1000瓦的激光功率。

2017年12月,GE Additive(美国)的子公司Arcam在瑞典Hrryda开设了一家制造工厂。该工厂有望加强其机器生产能力,并允许在公司内部建立更多的协作机构,将物流,研发,服务和运营结合在一起。

2017年1月,3D Systems(美国)收购了Vertex- global Holding B.V.(荷兰),这是一家全球牙科材料供应商,在Vertex和NextDent品牌下为传统和3D打印牙科应用提供产品(光聚合物、热塑性塑料、聚合物和单体材料)。

以色列3D打印技术发展现状
近年来,随着3D打印应用的飞速发展,3D打印模拟实验医疗方案制定、个性化3D打印胶囊、3D打印人体植入物等创新技术成果已经为世界医疗水平的发展进步增添了强劲活力。
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以色列被认为是制造、开发和研究数字打印机的领先国家。该行业的起源可以追溯到上世纪70年代,当时以色列公司是该领域的全球先锋力量。自2000年代以来,以色列数字和3D打印行业迅速发展,以色列70%以上的数字和3D打印公司是在过去的18年里成立的,如今以色列已经是全球约40% 3D打印机的制造商。以色列的强项不仅是制造打印机,事实上,巧妙应用3D打印技术,制造出各类脑洞大开又造福人类的实用产品才是以色列3D打印技术闻名世界的原因。

以色列已经成为数字印刷领域的一个主要的知识中心,因为它在化学和机械领域具有很强的能力,能够将从研究到制造的所有方面整合在一起。以色列已开发出了一种专有的基于液态金属的喷墨3D打印技术,可以实现大尺寸金属部件的定制化制造,而且比此前的所有技术都更加经济和高效,足以推动金属3D打印技术进入主流制造领域。

以色列在增材制造市场上有很大的份额,需要思考一些新的战略,这些新的战略现在有许多新初创公司会涉及到增材制造当中。即便是不同的材料的机械性能也和天然的材料是不一样的,所以在以色列有许多的3D打印,包括在工业还有学界当中,这里是很多使用3D打印一些医学以及航空航天的公司,还有一些教授所领导的研究组织。
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以色列希伯来大学就相当重视3D打印技术的创新,数字陶瓷玻璃打印技术的领先供应商Dip-Tech,就是从这里起步的;希伯来大学在2015年成立了3D和功能打印中心。该中心毗邻纳米科学和纳米技术中心,主要致力于使用各种不同的技术进行3D和功能打印部件的研究。无论您需要喷墨打印、数字光处理(DLP)、熔融沉积成型(FDM)、粉末打印或是激光烧结,中心里都有相应的设备。3D和功能打印中心将成为一个跨学科的枢纽,以迎合来自以色列及世界大学各个科学领域的学生和研究人员的需求。除了已经身处该领域的化学家和物理学家之外,中心还邀请了来自生物学、医学、农业和计算机科学的研究者进军这一领域。该中心将使研究人员能够探索这一新兴领域的科学和技术途径,从而其展示给以色列及国际工业。该3D和功能打印中心的成立,无疑将进一步增强以色列在3D打印领域里的科研力量。

美国、德国、以色列是最早涉猎3D打印技术的国家,如今以色列已经将其应用到各个领域,尤其是军事和医疗行业。在军事方面,以色列正在探索3D打印战斗机的零部件,以实现战时被封锁后的自给自足。在医疗方面,有一些患者每天需要不同的药物,比较好的解决方案就是针对个人的需求专门打印适合的药物。今年以色列耶路撒冷希伯来大学公布了其3D打印药物胶囊最新技术,这项新技术能够利用水凝胶物体打印个性化药物,制造出能够膨胀、变形以及延迟激活的复杂结构。这项技术的出现使常规制造技术无法实现的药物定制化和个性化有了可能。
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不得不提另一项惊动全球的成果是以色列特拉维夫大学研究人员以病人自身的组织为原材料,3D打印出全球首颗拥有细胞、血管、心室和心房的“完整”心脏,这在全球尚属首例3D打印心脏。以色列开发的这些和其他3d打印技术证明,该国将在未来几年成为3d打印强国。

另外,近年来通过3D打印开发航空部件已有明显趋势,“Future Consortium” 项目由以色列创新局设立的,目的是汇集各种实体,包括安全公司,空军,机场管理局,学术代表等聚集在一起,在这一领域开展富有成果的合作。

总结
3D打印技术自问世以来,就很好地填补了传统制造业的不足,并通过广泛推广和应用,推动了制造技术的深刻变革和重大飞跃,但要达到传统工业制造的百分之一甚至是千分之一,都仍有非常漫长的道路要走。当然,即便是最终达到传统工业的千分之一份额,也意味着增材制造还有10的成长空间。作为3D打印的创新之都以色列通过其拥有的独特技术帮助设计开发制造新的产品,对3D打印产业做出了巨大贡献,未来的创新仍拭目以待。该国在该领域的公司也已经慢慢成长为全球性的公司。下篇文章我们将来了解下以色列最具代表性最具独创性、享誉世界的3D打印公司。

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