3D打印深度研究：以色列或將引領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字模型文件為基礎，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造物體的技術。其特性不但被廣泛應用于交通，醫(yī)療保健、軍事以及教育等機構，而且在裝備設計與制造、航空航天等更多領域展現(xiàn)出了強勁的發(fā)展勢頭。風靡全球的新興打印技術完全顛覆了傳統(tǒng)打印技術的工業(yè)革新，被公認為是第三次工業(yè)革命的重大標志。

全球3D打印發(fā)展現(xiàn)狀及前景
3D打印，即增材制造技術，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、離體平板印刷以及選擇性激光燒結等三種主流技術。在可持續(xù)性方面，增材制造通常帶來更高效的產品設計、更高效的制造工、更高效的供應鏈、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)達國家列為國家戰(zhàn)略技術。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打印制造技術發(fā)展速度較快，歐美國家已經逐步形成了包含材料制備、相關軟件、工藝、裝備、管理及創(chuàng)意服務和應用的相關產業(yè)鏈。

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

另外，在服務項目、動力床熔煉工藝、原型應用在2018年占據3D打印市場的份額是比較大的。服務市場的預期增長歸因于對定制設計和制造需求的預期增長。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，隨著印刷技術和材料的進步，與打印機和材料相比，3D打印服務行業(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打印打印和技術有著長期的關系，汽車公司多年來一直在嘗試各種3D打印技術和應用，這對供應鏈和產品開發(fā)都產生了相當大的影響, 特別是規(guī)模較小的汽車制造商受益于3D打印技術的使用，并將其作為其生產的一個關鍵組成部分，現(xiàn)如今，3D打印技術在汽車零部件領域更廣泛地應用已成大勢所趨，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生復雜的幾何形狀，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,如直接金屬激光燒結(摘要),電子束融化(實證),選擇性熱燒結合成),選擇性激光熔化(SLM)和選擇性激光燒結(SLS)是最常用的功能部分的發(fā)展。

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

預計亞太地區(qū)的3D打印市場將在預測期內以最高的復合年增長率增長。政府舉措、研發(fā)資金和廣泛的產業(yè)基礎是亞太地區(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者。建立3D打印研究，培訓和教育中心以及市場領先企業(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），將其分銷網絡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混合設置的可變激光電源，最高可達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開設了一家制造工廠。該工廠有望加強其機器生產能力，并允許在公司內部建立更多的協(xié)作機構，將物流，研發(fā)，服務和運營結合在一起。

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商，在Vertex和NextDent品牌下為傳統(tǒng)和3D打印牙科應用提供產品(光聚合物、熱塑性塑料、聚合物和單體材料)。


以色列3D打印技術發(fā)展現(xiàn)狀
近年來，隨著3D打印應用的飛速發(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)新技術成果已經為世界醫(yī)療水平的發(fā)展進步增添了強勁活力。

以色列被認為是制造、開發(fā)和研究數字打印機的領先國家。該行業(yè)的起源可以追溯到上世紀70年代，當時以色列公司是該領域的全球先鋒力量。自2000年代以來，以色列數字和3D打印行業(yè)迅速發(fā)展，以色列70%以上的數字和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，巧妙應用3D打印技術，制造出各類腦洞大開又造福人類的實用產品才是以色列3D打印技術聞名世界的原因。

以色列已經成為數字印刷領域的一個主要的知識中心，因為它在化學和機械領域具有很強的能力，能夠將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，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都更加經濟和高效，足以推動金屬3D打印技術進入主流制造領域。

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)還有學界當中，這里是很多使用3D打印一些醫(yī)學以及航空航天的公司，還有一些教授所領導的研究組織。

以色列希伯來大學就相當重視3D打印技術的創(chuàng)新，數字陶瓷玻璃打印技術的領先供應商Dip-Tech，就是從這里起步的；希伯來大學在2015年成立了3D和功能打印中心。該中心毗鄰納米科學和納米技術中心，主要致力于使用各種不同的技術進行3D和功能打印部件的研究。無論您需要噴墨打印、數字光處理（DLP）、熔融沉積成型（FDM）、粉末打印或是激光燒結，中心里都有相應的設備。3D和功能打印中心將成為一個跨學科的樞紐，以迎合來自以色列及世界大學各個科學領域的學生和研究人員的需求。除了已經身處該領域的化學家和物理學家之外，中心還邀請了來自生物學、醫(yī)學、農業(yè)和計算機科學的研究者進軍這一領域。該中心將使研究人員能夠探索這一新興領域的科學和技術途徑，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，無疑將進一步增強以色列在3D打印領域里的科研力量。

  美國、德國、以色列是最早涉獵3D打印技術的國家，如今以色列已經將其應用到各個領域，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公布了其3D打印藥物膠囊最新技術，這項新技術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雜結構。這項技術的出現(xiàn)使常規(guī)制造技術無法實現(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，學術代表等聚集在一起，在這一領域開展富有成果的合作。

總結
3D打印技術自問世以來，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用，推動了制造技術的深刻變革和重大飛躍，但要達到傳統(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。當然，即便是最終達到傳統(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幫助設計開發(fā)制造新的產品，對3D打印產業(yè)做出了巨大貢獻，未來的創(chuàng)新仍拭目以待。該國在該領域的公司也已經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。