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从一台3D打印机,看3D打印行业现状与趋势

http://www.b2b.hc360.com 中国金属加工网 信息来源:互联网发布时间:2020年07月03日浏览:442

2013-2014年,3D打印在短时间内成为热门话题。不过口口相传的这股风潮很快就褪去了,很多人甚至还没来得及搞清楚,3D打印究竟能拿来做什么。从Markets And Markets的数据来看,2018年全球3D打印市场规模预计在99亿美元左右,2024年则可能达到348亿美元——当然,那时的预测应该还没有将近两年的国际形势与经济趋势考虑进去。

最近,Stratasys在国内召开了一场线上发布会,宣布推出Stratasys J55 3D打印机。这恰好是我们了解3D打印行业现状的一个机会。从3D打印市场参与者的营收情况来看,这个市场是被Stratasys和3D Systems两家企业统领的。这两家公司的共同特点包括比较大的研发投入、产品组合选择比较多、覆盖全球的市场,以及持续不断的各种兼并操作。所以Stratasys自然可以成为观察3D打印市场的一个不错窗口。

3D打印的目标市场主要是什么?
过去,企业的原型产品开发和定制生产,传统方法是采用金属挤压、加工以及手工建模技术。实际上,在产品设计、开发的整个周期内,可能在好几个不同的阶段,都需要有这种原型展示,无论是用于内部交流、开发改进,还是面向客户做产品的视觉化展示。

这种传统的、很像是“雕刻”的生产方法存在诸多局限性,包括需要专门技术人员,或者与第三方合作,耗时耗力。尤其是很耗时间,对于企业产品设计错误的冗余,及其后的重新设计,直至产品最终上市,这个周期内都会造成很大程度的时间浪费。这对设计迭代、生产改进来说是很低效的方案。

3D打印相较而言,在功能、质量、易用性、速度和成本方面都有相当明确的优势。在整个设计阶段,从概念建模,到设计展示、确认,以及功能原型、模具制造,一直到可暂时使用的部分组件,定制化的终端产品,3D打印都可以覆盖到。所以总的来说,3D打印是一种加快产品上市时间、降低产品开发成本的一种方案。
以往的3D打印主要是应用在设计阶段,从当前的市场来看,3D打印也开始在制造应用上展现出威力。说得更具体些,3D打印在汽车、航空航天、医疗、教育和消费产品等方面,在原型、模具和制造上都有越来越广阔的市场应用。比如说教育行业,很多教育机构都已经将3D打印融入到了工程与设计课程项目中;珠宝行业,3D打印可用于展示定制设计的珠宝样式;牙齿矫正应用,3D打印模型正逐步替代石模等等。


Stratasys南亚区区域应用工程主管梁柱


上面这张图展示一个是3D打印的汽车尾灯,这是Stratasys南亚区区域应用工程主管梁柱在线上发布会上带我们参观Stratasys南亚区总部时,展示的其中一件3D打印实物。像这样3D打印的汽车尾灯,可用于在产品设计阶段了解,这种设计是否真实反映了设计的意图,是否反映了品牌设计元素等。

除了汽车尾灯之外,梁柱为我们展示的,还有航空航天应用样品、工装夹具,以及产品包装领域的原型设计。而且现在3D打印,针对不同领域的原型产品,所能展示的拟真程度,大约是从前不敢想的:比如说化妆品的外包装,在3D打印展示其整个面貌时,甚至能够在包装中模拟化妆品化学成分,让企业能够全面、直观地了解产品设计最终形态,放到展柜、货架上会是什么样。

实际上,3D打印对于定制化生产而言,有所谓DDM(直接数字生产)的优势。比如说某个应用,要求小批量、短期使用的一部分,或者说这个应用可能随时会变,那么模具这个时候就不再适用了。3D打印的这种DDM特性就能够以较低的成本、较快的速度来完成这个过程。
Stratasys在财报中提到,由于入门款的3D打印机价格越来越便宜,而且可用性和支持的特性也越来越好,专业设计师和教育机构对这些入门级桌面3D打印机的采用率正在上升。并且Stratasys也相信,设计应用和制造应用两方面,3D打印都会有持续的市场增长。

Stratasys的市场布局与现状
市场上的3D打印机有多种不同的技术,典型的包括了SLA(stereolithography,立体平板印刷)、FDM(Fused Deposition Modeling,熔融沉积成型)、SLS(selective laser sintering,选择性激光烧结)、DMLS(direct metal laser sintering,直接金属激光烧结)、MJP(polyjet/multijet printing,聚合物喷射打印)、喷墨打印(inkjet printing)、EBM(electron beam melting,电子束熔炼)、LMB(laser metal deposition,激光金属沉积)、LOM(laminated object manufacturing,分层实体制造)、DLP(digital light processing,数字光处理)。

从产品层面来观察Stratasys,这家公司的产品大门类主要分成打印系统、耗材、软件、在线社区,以及服务(包括咨询、支持服务,以及根据客户提供的CAD文件直接生产原型和终端使用部分等)。主体上,这些业务应该都是围绕打印系统展开的。Stratasys的打印系统主要又分成了PolyJet打印机、FDM打印机、SLA打印机。

这次发布会上推出的Stratasys J55打印机属于PolyJet打印机。Stratasys的这条产品线特色就在于提供多种材料、色彩。2019年,Stratasys也开始提供潘通认证(Pantone validated)色彩,更早的J8系列支持超过50万种色彩和纹理组合。其中的材料特性,从硬质到柔性的,从不透光到透明的。在单次构建过程中,就能打印多种材质构成的组件。


从Stratasys 2019年年报来看,整体年度收益、运营利润和毛利率实际上都在下滑。Stratasys在财报中对此的解释是,欧洲、亚洲的整体经济形势不佳,且受到了汇率的负面影响。这实际上也符合我们的预期,因为也不止是Stratasys,其他主要竞争对手,如3D Systems的财务状况也类似。这与近两年的国际形势有很大关系。
以地理位置来划分Stratasys的营收情况,目前其最大市场仍在北美:其北美的净销售额超过总营收的六成;其亚太区的销售额占比仅为15%——很显然,这部分市场是有极大拓展空间的。


2018-2024年3D全球不同地区3D打印市场的规模增长趋势,来源:MARKETS AND MARKETS


这个数据与Markets And Markets的统计数据一致,从这家机构的预测来看,亚太地区未来几年的3D打印市场复合年增长率会达到最高。而且Stratasys与3D Systems在FDM、SLA技术方面的3D打印技术专利到期,实际上也会为更多这个领域的新兴企业提供更多的机会。

所以Stratasys在中国的市场布局就显得十分重要:先发优势,以及3D打印市场本身对于新技术、新打印材料的研发的依赖性,对Stratasys而言都是优势项。尽快全面打开中国市场自然是理所应当的。

Stratasys在提供的新闻稿中提到,“中国3D打印市场目前仍处于起步阶段,产业链还在不断完善中。”“中国市场始终是Stratasys全球市场的重中之重,加大中国市场投入是Stratasys的必然选择。”

在更具体的应用领域,Stratasys当前对于中国的教育、汽车这两个方向尤为看重。“3D打印帮助师生在最短时间内将想法和创新变为现实,极大提升老师和学生们的学习兴趣和创造潜能。”“Stratasys始终支持教育行业发展,协助多所学校开发基于不同层次3D打印技术应用的课程。”
而针对汽车领域,“Stratasys的技术发展方向将会结合国内汽车行业的特点,提供更多元化的解决方案,包括零部件,备品备件的直接生产,以及个性化的定制产品等。”前文提到的Stratasys J8系列产品线,“面对汽车行业的CMF设计师”就是其一个重要方向。


从J55看Stratasys的优势
前文也大致提到了,Stratasys的PolyJet打印机具有多彩、多材质支持的特点。这也是当前3D打印机精细化发展的一个特色。所以Stratasys J55能够实现形状、材质、色彩和表面处理工艺更为逼真的呈现。

如Stratasys所说,包括“出色的透明塑料模拟”、色彩潘通认证、“>120% SWOP标准色域”,“模型具有高清晰度和精致细节,在外观上类似于丙烯酸和玻璃”。全彩与纹理支持,体现在从哑光到光泽表明,材料可以模拟皮革、木质和石头等。



在交付设计之前,如果设计师、工程师能够更早看到、摸到产品的CMF(Color, Material, Finishing)特征,就能更早发现问题,或者说明确需求——这是在多彩、多材质支持后的3D打印能够获得的。而且另一方面,设计师与后续阶段的,比如模型制作师、供应商的沟通也会简单许多。
这款3D打印机在整体尺寸设计上,是可以直接放在办公室里的,追求的是在公司内部进行原型生产和迭代,这个环节上尽可能的不需要外部供应商的参与。所以针对办公室,产品还需要有比较安静的工作噪音(<53db),以及可以摆放在办公室的体积(比一般的冰箱更小);还需要确保没有异味,以及烟雾过滤(类似于空气净化系统)等。


在更为具体的工作原理上,J55采用旋转托盘设计,“允许时间更短的半圆移动3D打印路径”;这样一来打印头本身就是静态的。传统的桌面3D打印机是往复式的,这类打印机的喷头需要加速、减速、匀速反复切换,有各种机械组件,所以会有比较大的噪声;而机械动作也会让设备的稳定性并没有那么好。所以J55的这种转盘式能够提升效率。


另外,J55采用LED紫外线灯,比汞紫外灯工作温度低,可靠性和寿命会更好;而且在需要的时候才点亮,不需要时可以方便地关闭。这款打印机转盘的“有效打印面积”是1174cm2,占到全托盘的71%,可以应付打印类似400mm这样的扳手。上面这张图展示的,是一个46码尺寸的男鞋鞋底。


机器下方是材料仓,16盒模型材料、打印材料;J55支持材料热插拔,打印过程中材料不足也可以比较方便地抽去并填充


这是Stratasys J55打印机本身的一些特性,实际上在打印机以外,对于使用而言更重要的是软件。Stratasys这家公司在业界相对重要的竞争力,除了3D打印机以及专利技术,还在于特别老生常谈的“生态系统”,或者说“集成的解决方案”。其组成部分主要包括了3D打印机、材料、GrabCAD Print软件、服务、垂直应用、扩展的合作联盟等。

这其中的GrabCAD Print是建立在云、桌面与移动技术多个层面的软件,覆盖Stratasys本身的多种3D打印技术,提供工作编程、调度、监控和分析。软件原生支持读取常见的3D CAD文件格式,还有传统的STL和VRML文件,并可将其转为相应的代码,跑Stratasys的3D打印系统;调度系统能够管理一个或者多个打印机的运行,通过桌面、web或者移动设备皆可;分析信息包括材料使用、工作历史报告;工作编程软件则用于实现Stratasys技术的一些特性,包括构建轻量、结构上完整的填充材料,以及多材料和色彩管理等。

实际上,在行业内深耕这么多年,对于原型产品工作需求、工作流的掌控本身也有更好的理解:这些就是需要经验积累,和长时间听取用户需求的。所以还有类似GrabCAD Shop这种简化工作流的设定;Workbench则是基于云的项目数据管理解决方案,设计团队在设计任务、管理CAD文件方面可以协同工作等。
在J55这款产品中,梁柱表示“跟KeyShot联合,渲染模型可以直接导出,成为3MF文件,在GrabCAD Print中用于打印。能够节省设计师在3D打印方面需要的数据转换,文件处理的时间。”另外加上在线社区,以及后续支持服务,还包括覆盖全球范围的布局——财报中提到是有大约160个渠道合作伙伴,以及已经拥有的众多行业的用户基础,这些实际上积累起了Stratasys本身的市场优势。


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