3D打印深度研究：以色列或?qū)⒁�領(lǐng)3D新時代

作者：楊菁
來源：知以

近年來，“3D打印”這個詞在媒體上出現(xiàn)的頻率極高，3D打印是一種近年來不斷興起的以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。其特性不但被廣泛應(yīng)用于交通，醫(yī)療保健、軍事以及教育等機構(gòu)，而且在裝備設(shè)計與制造、航空航天等更多領(lǐng)域展現(xiàn)出了強勁的發(fā)展勢頭。風(fēng)靡全球的新興打印技術(shù)完全顛覆了傳統(tǒng)打印技術(shù)的工業(yè)革新，被公認(rèn)為是第三次工業(yè)革命的重大標(biāo)志。

全球3D打印發(fā)展現(xiàn)狀及前景
3D打印，即增材制造技術(shù)，又稱增量制造、積層制造，可指任何打印三維物體的過程。3D打印基于三維計算機輔助設(shè)計(CAD)模型自動創(chuàng)建對象，從人體心臟組織到太陽能電池板以及汽車和飛機部件，目前主要有熔融沉積成型技術(shù)、離體平板印刷以及選擇性激光燒結(jié)等三種主流技術(shù)。在可持續(xù)性方面，增材制造通常帶來更高效的產(chǎn)品設(shè)計、更高效的制造工、更高效的供應(yīng)鏈、加速創(chuàng)新和上市時間四大優(yōu)勢。

3D打印起源于美國，最初由查爾斯.胡爾于1986年提交了世界上第一件光固化制造三維立體物體的專利申請，隨后推出了第一臺商業(yè)化的3D打印機，正式宣告了3D打印時代的到來。3D打印自誕生以來就被發(fā)達(dá)國家列為國家戰(zhàn)略技術(shù)。尤其是自2009年之后，其市場規(guī)模以2009年10.6億美元增長到2017年的73.4億美元，增長近6倍的速度迅速增長。目前全球3D打印制造技術(shù)發(fā)展速度較快，歐美國家已經(jīng)逐步形成了包含材料制備、相關(guān)軟件、工藝、裝備、管理及創(chuàng)意服務(wù)和應(yīng)用的相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈。

根據(jù)《2018年3D產(chǎn)業(yè)研究報告》數(shù)據(jù)顯示：西歐地區(qū)與美國在3D打印研究領(lǐng)域優(yōu)勢明顯，尤其是美國，聚集著近半數(shù)的頂尖學(xué)者，占比46.34%，是3D打印領(lǐng)域人才流動大國，人才輸入和輸出都大幅領(lǐng)先，但人才流出略大于流入；中國在此領(lǐng)域也占有13.65%左右的比重，中國人才流入量大于流出量，對3D打印領(lǐng)域做出了突出貢獻(xiàn)；此外，中東地區(qū)也有4.76%左右的學(xué)者分布，是不可忽視的力量。

另外，在服務(wù)項目、動力床熔煉工藝、原型應(yīng)用在2018年占據(jù)3D打印市場的份額是比較大的。服務(wù)市場的預(yù)期增長歸因于對定制設(shè)計和制造需求的預(yù)期增長。隨著醫(yī)療保健(包括醫(yī)療、骨科和牙科)、航空航天和汽車等垂直領(lǐng)域的快速發(fā)展，3D打印市場一直在以顯著的速度增長。然而，隨著印刷技術(shù)和材料的進(jìn)步，與打印機和材料相比，3D打印服務(wù)行業(yè)作為利潤來源的吸引力越來越大。近年來，汽車行業(yè)一直與3D打印打印和技術(shù)有著長期的關(guān)系，汽車公司多年來一直在嘗試各種3D打印技術(shù)和應(yīng)用，這對供應(yīng)鏈和產(chǎn)品開發(fā)都產(chǎn)生了相當(dāng)大的影響, 特別是規(guī)模較小的汽車制造商受益于3D打印技術(shù)的使用，并將其作為其生產(chǎn)的一個關(guān)鍵組成部分，現(xiàn)如今，3D打印技術(shù)在汽車零部件領(lǐng)域更廣泛地應(yīng)用已成大勢所趨，它必將是汽車行業(yè)的一次重大突破。

動力床熔煉工藝動力床融合工藝市場的增長可歸因于能夠產(chǎn)生復(fù)雜的幾何形狀，高特征分辨率，良好的強度和良好的表面光潔度。3 d打印程序基于粉末床融合過程在航空航天、汽車、醫(yī)療、和工程垂直更常見的使用技術(shù),如直接金屬激光燒結(jié)(摘要),電子束融化(實證),選擇性熱燒結(jié)合成),選擇性激光熔化(SLM)和選擇性激光燒結(jié)(SLS)是最常用的功能部分的發(fā)展。

原型應(yīng)用：3D打印有助于從3D計算機輔助設(shè)計（CAD）生成原型和模型，這有助于幾家公司在傳統(tǒng)制造的原型轉(zhuǎn)型過程中減少浪費和降低運營成本。3D打印還可以根據(jù)客戶對任何行業(yè)使用的產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)幾何形狀、精度和定義良好的平滑度的要求，快速生產(chǎn)成本效益高的原型。

預(yù)計亞太地區(qū)的3D打印市場將在預(yù)測期內(nèi)以最高的復(fù)合年增長率增長。政府舉措、研發(fā)資金和廣泛的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)是亞太地區(qū)成為3D打印活力地區(qū)的主要因素，日本和中國是主要貢獻(xiàn)者。建立3D打印研究，培訓(xùn)和教育中心以及市場領(lǐng)先企業(yè)的努力，如Stratasys Lt。（以色列），3D Systems（美國），EOS GmbH（德國），ExOne（美國）， 和EnvisionTEC（德國），將其分銷網(wǎng)絡(luò)擴展到亞洲國家的新興市場，有望推動亞太地區(qū)的市場。

市場主要發(fā)展
2018年9月，德國EOS股份有限公司推出了EOS M 300-4金屬3D打印機。該打印機有4個激光器，提供從4×400到2×400和2×1000混合設(shè)置的可變激光電源，最高可達(dá)4×1000瓦的激光功率。

2017年12月，GE Additive（美國）的子公司Arcam在瑞典Härryda開設(shè)了一家制造工廠。該工廠有望加強其機器生產(chǎn)能力，并允許在公司內(nèi)部建立更多的協(xié)作機構(gòu)，將物流，研發(fā)，服務(wù)和運營結(jié)合在一起。

2017年1月，3D Systems(美國)收購了Vertex- global Holding B.V.(荷蘭)，這是一家全球牙科材料供應(yīng)商，在Vertex和NextDent品牌下為傳統(tǒng)和3D打印牙科應(yīng)用提供產(chǎn)品(光聚合物、熱塑性塑料、聚合物和單體材料)。


以色列3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，隨著3D打印應(yīng)用的飛速發(fā)展，3D打印模擬實驗醫(yī)療方案制定、個性化3D打印膠囊、3D打印人體植入物等創(chuàng)新技術(shù)成果已經(jīng)為世界醫(yī)療水平的發(fā)展進(jìn)步增添了強勁活力。

以色列被認(rèn)為是制造、開發(fā)和研究數(shù)字打印機的領(lǐng)先國家。該行業(yè)的起源可以追溯到上世紀(jì)70年代，當(dāng)時以色列公司是該領(lǐng)域的全球先鋒力量。自2000年代以來，以色列數(shù)字和3D打印行業(yè)迅速發(fā)展，以色列70%以上的數(shù)字和3D打印公司是在過去的18年里成立的，如今以色列已經(jīng)是全球約40% 3D打印機的制造商。以色列的強項不僅是制造打印機，事實上，巧妙應(yīng)用3D打印技術(shù)，制造出各類腦洞大開又造福人類的實用產(chǎn)品才是以色列3D打印技術(shù)聞名世界的原因。

以色列已經(jīng)成為數(shù)字印刷領(lǐng)域的一個主要的知識中心，因為它在化學(xué)和機械領(lǐng)域具有很強的能力，能夠?qū)�從研究到制造的所有方面整合在一起。以色列已開發(fā)出了一種專有的基于液態(tài)金屬的噴墨3D打印技術(shù)，可以實現(xiàn)大尺寸金屬部件的定制化制造，而且比此前的所有技術(shù)都更加經(jīng)濟和高效，足以推動金屬3D打印技術(shù)進(jìn)入主流制造領(lǐng)域。

以色列在增材制造市場上有很大的份額，需要思考一些新的戰(zhàn)略，這些新的戰(zhàn)略現(xiàn)在有許多新初創(chuàng)公司會涉及到增材制造當(dāng)中。即便是不同的材料的機械性能也和天然的材料是不一樣的，所以在以色列有許多的3D打印，包括在工業(yè)還有學(xué)界當(dāng)中，這里是很多使用3D打印一些醫(yī)學(xué)以及航空航天的公司，還有一些教授所領(lǐng)導(dǎo)的研究組織。

以色列希伯來大學(xué)就相當(dāng)重視3D打印技術(shù)的創(chuàng)新，數(shù)字陶瓷玻璃打印技術(shù)的領(lǐng)先供應(yīng)商Dip-Tech，就是從這里起步的；希伯來大學(xué)在2015年成立了3D和功能打印中心。該中心毗鄰納米科學(xué)和納米技術(shù)中心，主要致力于使用各種不同的技術(shù)進(jìn)行3D和功能打印部件的研究。無論您需要噴墨打印、數(shù)字光處理（DLP）、熔融沉積成型（FDM）、粉末打印或是激光燒結(jié)，中心里都有相應(yīng)的設(shè)備。3D和功能打印中心將成為一個跨學(xué)科的樞紐，以迎合來自以色列及世界大學(xué)各個科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)生和研究人員的需求。除了已經(jīng)身處該領(lǐng)域的化學(xué)家和物理學(xué)家之外，中心還邀請了來自生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)和計算機科學(xué)的研究者進(jìn)軍這一領(lǐng)域。該中心將使研究人員能夠探索這一新興領(lǐng)域的科學(xué)和技術(shù)途徑，從而其展示給以色列及國際工業(yè)。該3D和功能打印中心的成立，無疑將進(jìn)一步增強以色列在3D打印領(lǐng)域里的科研力量。

  美國、德國、以色列是最早涉獵3D打印技術(shù)的國家，如今以色列已經(jīng)將其應(yīng)用到各個領(lǐng)域，尤其是軍事和醫(yī)療行業(yè)。在軍事方面，以色列正在探索3D打印戰(zhàn)斗機的零部件，以實現(xiàn)戰(zhàn)時被封鎖后的自給自足。在醫(yī)療方面，有一些患者每天需要不同的藥物，比較好的解決方案就是針對個人的需求專門打印適合的藥物。今年以色列耶路撒冷希伯來大學(xué)公布了其3D打印藥物膠囊最新技術(shù)，這項新技術(shù)能夠利用水凝膠物體打印個性化藥物，制造出能夠膨脹、變形以及延遲激活的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這項技術(shù)的出現(xiàn)使常規(guī)制造技術(shù)無法實現(xiàn)的藥物定制化和個性化有了可能。

不得不提另一項驚動全球的成果是以色列特拉維夫大學(xué)研究人員以病人自身的組織為原材料，3D打印出全球首顆擁有細(xì)胞、血管、心室和心房的“完整”心臟，這在全球尚屬首例3D打印心臟。以色列開發(fā)的這些和其他3d打印技術(shù)證明，該國將在未來幾年成為3d打印強國。

另外，近年來通過3D打印開發(fā)航空部件已有明顯趨勢，“Future Consortium” 項目由以色列創(chuàng)新局設(shè)立的，目的是匯集各種實體，包括安全公司，空軍，機場管理局，學(xué)術(shù)代表等聚集在一起，在這一領(lǐng)域開展富有成果的合作。

總結(jié)
3D打印技術(shù)自問世以來，就很好地填補了傳統(tǒng)制造業(yè)的不足，并通過廣泛推廣和應(yīng)用，推動了制造技術(shù)的深刻變革和重大飛躍，但要達(dá)到傳統(tǒng)工業(yè)制造的百分之一甚至是千分之一，都仍有非常漫長的道路要走。當(dāng)然，即便是最終達(dá)到傳統(tǒng)工業(yè)的千分之一份額，也意味著增材制造還有10的成長空間。作為3D打印的創(chuàng)新之都以色列通過其擁有的獨特技術(shù)幫助設(shè)計開發(fā)制造新的產(chǎn)品，對3D打印產(chǎn)業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)，未來的創(chuàng)新仍拭目以待。該國在該領(lǐng)域的公司也已經(jīng)慢慢成長為全球性的公司。下篇文章我們將來了解下以色列最具代表性最具獨創(chuàng)性、享譽世界的3D打印公司。