3D打印:不一样的工业革命,中国会被甩掉吗?_2

作者: admin 分类: 财经 发布时间: 2019-06-10 14:04

  最近,国内最大的代工企业富士康公司暂停招工的消息,被炒得沸沸扬扬。这家以加工苹果手机而著名的企业,仅在中国大陆的工人就有160万人,更是不少地方政府增加GDP、解决就业的大户。去年春节到元宵节,短短几天,仅是该公司位于深圳的龙华厂区就招聘了数万人,而今年招募点的窗口都关了。

  有业内人士分析,这可能因为富士康的百万机器人计划已开始落实,他们要在人工与智能化生产线重新分配上做充足的准备。

  事实上,这也成为以机器人革命、3D打印、智能制造等为标志的再工业化浪潮对中国实体经济产生影响的一个标志。荣登制造业产值第一位置还不久的中国,正面临着新一轮工业化严峻的挑战。

  富士康科技集团总裁郭台铭曾呼吁,把单调重复的工作交给机器人,让员工解放出来。话语未落,第三次工业革命、第六科技革命、新工业革命等名词纷至沓来。大家似乎都在追问:中国准备好了吗?

  国务院参事、经济学家汤敏四处奔走呼吁:中国经济如果不能跟上以3D打印为代表的新技术潮流,中国有可能重蹈1840年被蒸汽动力武装起来的列强击败的覆辙!

  也有人不赞同。互联网资深评论人士谢文称,满街叫卖的第三次工业革命概念很大程度上是忽悠。他说,在网上随便一搜,就能找到新近出版的几十本相关主题书籍,其中好坏参半,卖狗皮膏药的居多。

  任何对未来的想象都包含泡沫的成分。但人们很难遏制对大趋势的预测。

  美国学者杰里米?里夫金认为互联网和新能源相结合,将催生第三次工业革命。而中国如果行动起来,极有可能成为新经济的龙头,引领亚洲进入下一个伟大的经济时代。不能不说这是个很有吸引力的题目。

  中国科学院中国现代化研究中心此前完成了一份名为第六次科技革命机遇与对策的报告。他们把即将发生的科技大变革称为新生物学革命或创生和再生革命。

  比如,人造子宫可以帮助人们完成体外生殖;人类将依靠网络人、仿生人和再生人技术,实现某种程度上的人体永生等。

  课题负责人何传启认为,各种说法各异的预测是由于划分方法不同,而最重要的在于中国应当抓住这个重要机遇。

  在新技术革命的视野里,郭台铭领导的富士康需要一场脱胎换骨的革命。正如他所说:中国要成为制造业王国,成败之举在于把人口红利变为头脑红利。

  的确,在金融危机的后遗症仍在蔓延、全球经济不确定性继续扩大的时刻,谁愿意让新工业革命给甩掉呢?

  3D打印的故事

  在有关新工业革命的争论中,最热门的概念莫过于3D打印。

  电影《十二生肖》中演示了这种神奇机器的魅力:成龙饰演的窃宝大盗,只需把狗头、鸡头等雕塑的三维模型数据扫描输入电脑,世界另一头的3D打印机就能在第一时间把一模一样的复制品迅速打印出来。

  通常来说,3D打印是工业制造领域快速成型机的俗称,如今却成了一项改变世界的新技术。3D打印的最初原理,早在100多年前的照相雕塑和地貌成形技术中就有应用。但只是到了20世纪90年代信息革命之后,数据分析大规模普及,这项技术才开始逐渐应用在工业领域。

  最近几年,欧美发达国家通过3D打印技术,成功地打印出了手枪、自行车、汽车、电控飞行器等实物,虽然其质地和耐久程度与传统工艺还有差距,但确实正在开启制造业的新空间。

  美国比较顶尖的3D打印服务提供商Shapeways的首席执行官曾表示,他们已经打印了75万种产品,使用的材料包括塑料、不锈钢、银、陶瓷和玻璃等。同时,在珠宝制造和模型制作以及时装业、电影业、建筑业等10多个不同的行业和领域,3D打印正在获得更广泛的应用。美国《时代周刊》甚至将3D打印产业列为2012年美国十大增长最快的工业。

  年逾七旬的清华大学教授颜永年是我国大型模锻液压机的设计者之一。这位传统机械制造领域的顶尖级专家,早在1988年就在美国感受了3D打印技术初创时的颠覆性冲击。

  传统工业机床的切、削、割、磨、钻、铣等加工工艺,都是减法制造;而3D打印反其道而行,通过计算机分层软件将物体的三维模型进行均等切分,还原成二维的切面,然后一层一层累积打印出来,这是典型的加法制造。

  颜永年回国后力推3D打印的新制造理念。清华大学、西安交通大学、华中科技大学与北京隆源自动成型系统有限公司一起,以技术引进为主,形成了中国三校一企最早的3D打印研究阵营。

  但3D打印成为大热门却要等到20多年后了。多年徘徊的关键因素在于,这种新工艺的强度和精度一直难与传统工艺相比。比如,塑料、陶瓷制品用3D打印还勉强可以,但打印一把金属锤子就比较困难把颗粒状、粉末状的金属材料重新粘合在一起,变成完整的物品,强度往往不够。

  不过,最近两年来的3D打印热潮恰恰爆发在民用领域。那些追赶潮流的消费者捧红了3D打印,他们打印物品并不需要工业级别的高精度、高强度。

  从大众级的应用入手,本来就是互联网时代的特性决定的,3D打印满足了崇尚个性的新一代消费者DIY(自主制造)的乐趣。当人们开始想象在自己的后院就能打印出极具个性化的盘子、碗和茶杯,以这种特殊方式款待客人时,一个全新的产业就此诞生。

  在美国,一度上百万美元的3D打印机如今降到2000美元。而几家具有代表性的3D打印公司,股票在两年内成倍地暴涨。

  退休之后的颜永年教授再度创业。2012年,他在江苏昆山成立永年先进制造技术有限公司,专注于3D打印技术。他要实现自己多年来的梦想。

  不一样的工业革命

  积极投身3D打印创业大潮的重要人物,还有美国著名的新技术杂志《连线》的主编克里斯安德森。他在去年年底离开了任职12年的显赫岗位,成为机器人公司3DRobotics的首席执行官。

  克里斯安德森把3D打印推高到了新工业革命的高度。这位畅销书作家在新书《造物者:新工业革命》中说,3D打印机就像第一次工业革命时的珍妮纺织机一样有着深远的历史意义:

  从此,那些传统的在工厂中制造的东西,将搬到消费者自家的桌面上,福特式的大规模生产时代,将被个性化定制、自己动手设计并制造的创新时代所替代。进而,数以百万计的发明家和爱好者的集体智慧,将不仅在网络上而且在现实中喷薄而出。

  安德森以此证明自己绝不是一时冲动才辞掉工作的。不过,也有业内同仁评价他,只是一位出色的演讲者和煽情大师,并且非常怀疑,一个只能制造塑料玩意儿的3D打印机能对现代工业产生多大的颠覆性影响?

  英国《金融时报》的制造业编辑彼得马什,应该是克里斯安德森的拥趸,他把制造业的新变化上升到了国家竞争层面。2012年他连续撰文出书鼓吹新工业革命,并且预测3D打印、机器人、数字制造等工艺一旦在美国和西欧国家生根开花,发达国家就有可能将失去的制造业份额,从中国等新兴国家手里抢回来。

  他的逻辑颇有说服力。新型制造的特点是个性化按需定制,因此生产地点必须靠近使用地点。这样一来,原来从发达国家转移到新兴国家的制造业将回流。一旦3D打印等智能制造开始普及,加上美国能源成本持续降低,那么中国的劳动力成本优势就不再有从前那样的竞争力了。

  数据显示,2000年发达国家在全球制造业产出中所占比重高达73%,2011年则下降到54%。2000年中国在全球制造业产出中所占比重为7%,2011年达到19.8%,从美国头上抢走了第一的桂冠。在此期间,巴西在全球制造业产出中所占份额从1.7%上升至2.9%;印度从1.2%上升至2.3%,俄罗斯则从0.8%上升至2.3%。

  在彼得马什看来,崇尚技术进步一直是西方发达国家的优势。在1800年,以中国为核心的经济体(今天所谓新兴经济体)在全球制造业产出中所占比重高达71%,而西方国家当时仅占29%。但这一份额主要基于中国的人口优势。

  相反,正是因为发明了蒸汽机,由此爆发了第一次工业革命,西方实现了赶超。截至1900年,中国在全球制造业产出中所占份额下降至6%,而新兴经济体的合计份额则降至13%,西方国家则占据了剩余的87%。这一优势,经过后来的电气革命、信息革命,一直为西方国家所保持。

  21世纪的新工业革命是否会重复昨天的故事?彼得马什没有给出明确的结论,但他强调技术领先者一定会从竞争中胜出。

  一些迹象表明,美国通用电气、卡特彼勒以及福特等大企业正在觉醒,开始在本土大规模投资先进制造业,而中国以及其他新兴经济体制造业的增长势头在2012年已显露疲态。

  美国学者杰里米里夫金给新工业革命注入了新要素。他更强调互联网与新能源结合,将对人类生活产生巨大变化。

  去年,欧盟已经表示要把1.9亿幢建筑转化为微型绿色发电厂。什么意思呢?就是在传统建筑的房顶上安装太阳能设施,在屋前院后装上风能发电设备,利用地热供暖,甚至要把厨余垃圾转化成生物能源。同时,单个家庭可以利用氢存储技术和智能电力分配网连为一体,在网络上自由交换能源份额,以达到最大化集约利用。

  里夫金来中国访问时曾表示,中国在可再生能源方面的地位正如沙特在石油产业中的地位一样,中国每平方米的可再生能源潜力要远高于大多数国家,因此,应该大力推进所谓的第三次工业革命。

  争议无处不在。互联网资深评论人士谢文认为,里夫金的说法缺乏可行性分析,更像是新能源产业外围游说机构的二三流脚本,与近年光能、风能产业盛极而衰、一地鸡毛的现实相比,显得尤其可笑。

  有能源行业分析人士表示,像太阳能、风能、水电、生物能这些新能源,即便有某些技术进步,但与煤炭、石油等化石能源相比,都应是人类当下能够实现的同一技术级别的能源利用方式,并没有更高的技术含量。它们都只不过是采集能源,而非制造能源。

  还有分析称,真正革命式的能源深度开发是核能。从采集食物到生产食物,农耕文明是人类技术跃进的一大步。同样,从核裂变到核聚变,人类科技深入到微观粒子层面,从采集千万年沉积下来的化石资源,到通过分析物质微观结构和分子运动,掌握其规律,从而生产能源,真正实现再生和永续能源,这才是人类又一次伟大的跨越式技术进步。

  由此看来,不论是以3D打印为代表的新工业革命论,还是以能源互联网为基点的第三次工业革命论,都忽略了核能的潜在意义。

  中国科学院大学技术创新与战略管理研究中心主任柳卸林认为,工业革命的发生要看它的资源基础是不是可持续和大量供给。煤炭、石油以及信息技术需要的硅资源,都有大规模开采和消费的潜力,而目前新工业革命还看不出资源利用背景的变化,所以不可能在一夜之间到来。

  中国会被甩掉吗

  不同的研究者从不同的视角定义新工业革命。相对而言,中国科学院中国现代化研究中心的研究比较周密。

  他们对近代以来的科技革命进行了细分:第一次革命是近代物理学的诞生;第二次是蒸汽机和机械革命;第三次是电气和运输革命;第四次是相对论和量子力学革命;第五次是电子和信息科技革命。

  课题组认为,目前全球都处于第六次科技革命的前夜,这将是一次新生物学和再生革命。其主要内容涉及生命科学、信息科学、纳米科学、仿生工程和机器人的结合,信息转换器、人格信息包、两性智能人、人体再生和互联网的结合等。

  由此,人类将获得3种新的生存形式网络人、仿生人、再生人。在此基础上,人类将以新的存在形式,离开地球走向太空,在更广大的宇宙中创造更高级的文明,从而引发下一次也就是第七次科技革命新物理学和时空革命。

  课题组负责人何传启预测,第六次科技革命将在2020年前后爆发,而第七次科技革命大约在2050年前后开始。

  这为中国科技发展提供了难得的机遇,如果我们能够超前布局,就可以抢占制高点,有可能成为领头羊。相反,如果无所作为,那当然就会坐失良机。

  事实上,3D打印技术的深层应用的确与人类再生工程有关。

  颜永年去年年底曾就生物制造话题做了一个详尽报告。他介绍说,目前3D打印技术正试验打印生物体的细胞组织结构,下一步就是要打印人体的皮肤、软骨、肌肉、血管、气管。这种基于3D打印原理而产生的生物技术,被称为细胞三维受控组装工艺。

  这方面,中国的研发进度并不落后。清华大学相关的课题组与医疗机构联合试验,用3D打印技术制造动物骨骼支架,一共做了24条狗,100多只兔子。

  作为中国3D打印技术产业联盟首席顾问,颜永年强调,3D打印使得人体组织和器官的再生手段大大丰富和加强。

  他认为,20年后人们将弄明白自身器官的运行机理,而用不了50年就能制造出所有的人体器官。人确实有可能成为造物者。

  革命性的创新技术在完全释放出它的能量之前,往往看不出什么先进性。但因此而缺乏紧迫感甚至跟不上趟的国家,一定会丧失机遇。

  去年10月,中国3D打印技术产业联盟成立,与会专家一致认为,3D打印技术作为制造业领域的一次重大技术革命,已经广泛应用到航空、航天等军事领域和大型复杂构件的一次成型制造,是传统制造技术与新材料的完美结合。

  该联盟认为,中国在3D打印技术的核心领域已经与美国、以色列等国际巨头基本处于同一水平,但是,在材料和软件开发、装备等方面还有一定的差距,还需要引起政府主管部门的重视,并在重大技术专项等方面给予扶持。

  北京航空航天大学材料学院王华明教授被推举为联盟首任理事长。他所研发的高性能金属构件直接制造技术,属于3D打印的高端工业级应用。

  与那些打印出来的塑料玩具不同,王华明的技术利用激光束,对粉末或丝材进行逐层熔化、快速凝固、逐层堆积,能够直接制造出强度足够高的金属零部件。

  举例而言,在高端制造领域,像F22猛禽战斗机和波音787大客机都需要钛合金结构件,如采用传统锻造和机械加工工艺,既耗时又费力,还需要数万吨级重型液压锻造装备进行加工,材料利用率通常不足10%。但应用3D打印就不同了。

  中国正在研发的C919大型客机,其机头工程样件就需要钛合金主风挡窗框。该部件从欧洲订购需要两年,每个部件的锻造仅模具费就要50万美元。而采用王华明的激光直接制造技术,从制造零件到装上飞机仅用了55天,零件费用还不到其模具费的五分之一。

  业内人士称,王华明的3D打印技术具有材料利用率高、加工量小、柔性高效等优点,在高端工业制造领域是个革命性突破,目前美国等发达国家也不掌握其中的关键技术。

  王华明对于民用级别的低端3D打印能否广泛应用持保留态度。真正的一把小小的金属材料手枪,根本不需要3D打印,因为打印出的手枪金属零件精度达不到要求、成本还高、速度也不快。用传统机床去加工这些手枪的简单金属小零件,既不费料、也不费时,不仅速度快、精度高,而且成本低。他举例说。

  同时,他也不认为3D打印技术能与第三次工业革命画等号,应该说这只是新工业革命的一个重要元素。

  毕竟,3D打印的产值在全球制造业中所占份额仍然微不足道。2011年,全球3D打印市场规模为17.1亿美元,仅占世界制造业总产出的0.02%。

  中国制造业创新的发动机

  因为3D打印技术可以大幅降低新产品推出的周期,能够减少工业模具开发的时间和成本,所以其一经面世即对制造业产生了强大的吸引力。对于工业制造企业而言,由于不需要动用加工机床和开发模具,业内人士估算用3D打印制作设计成品的时间和成本只有传统加工方法的10%到30%。

  另外,由于成品时间短和还原度高,能够快速为工程师准确表达设计思想和产品功能。同时由于节省了模具成本,将会让企业有更多的资金和精力推出新品,更快速地对市场需求进行反应。

  3D打印技术的深层意义在于,它将有可能改变传统工业格局和大规模生产方式的理念。业界普遍认为,3D打印技术是新的工业革命的关键技术之一,我国在这个领域已取得了很大的成绩,基本与西方发达国家处于同一水平,大家已经站在同一条起跑线上。

  有专家分析认为,3D打印技术将会给中国制造转型、为中国创造提供新动力。从某种意义上讲,3D打印技术将会加速科技创新,这让我国长期处于追赶和规模扩张型的工业产业模式看到了改变的希望。受工业技术进步以及劳动力结构变化的影响,近年来中国制造的优势正在减弱,人口红利正在逐渐衰竭,如何让中国制造转型中国创造成为各方关注的焦点。对于正在寻求产业升级之道的工业等领域,3D打印技术的兴起无疑会成为一个突破口。

  中国制造经过30多年的积累,已经形成了非常完善的产业链、具备成熟的生产工艺,这为3D打印的技术转化、创新和应用奠定了非常坚实的基础。

  基础薄弱任重道远

  目前,我国的3D打印还属概念的范畴,处于行业拓荒阶段。国内现有北航、清华、中航625所、华中科技大学、西安交大等一些科研机构在跟踪3D打印技术,并制造了大型3D打印机,部分技术达到了世界先进水平。

  据统计,现在国内具有自主研发能力的3D打印机生产企业不超过5家。从整个产业角度来看,由于缺少龙头企业的带动,政府也没有针对性的扶植措施,我国的3D打印整体产业体量还较小。此外,由于我国制造业正处于粗放型阶段,各个环节对3D打印技术带来的冲击认识还不足,接受度较低,无论是规模还是形式,都仍属于小众需求,远未达到可以改变格局的程度。

  国家增材制造战略咨询研究组组长李培根指出,与国外相比,我国在3D打印的理论研究上有一定差距。此外,我国在3D打印材料方面研究薄弱,而这是制约产业发展的关键要素,我国3D打印装备整体性能较差,大部分的3D打印工艺装备还处于低端水平。

  业内人士指出,尽管国内3D打印企业已经实现了自主制造设备,但相对发达国家而言还缺乏技术创新,有一定的模仿痕迹。另外,在上游技术以及配套软件、材料等方面还有很大不足,产业链上的产学研用并未形成有效对接。此外,现在普通3D打印机的精度尚难以控制,成品相较传统制造工艺还显粗糙,而工业级打印机的精度虽高,但成本居高不下,有的达到百万元之巨。这就失去了改变制造工艺的意义。就当前的发展水平和成本来看,3D打印技术也不适合于批量生产,更适合于个性化制造以及科研、设计等需求。

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