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韓國3D打印的興起 

2023-12-19 14:24
編者按:韓國一直在穩(wěn)步增加對增材制造(AM)的參與,特別是自2010年后,政府的“制造創(chuàng)新3.0”戰(zhàn)略將增材制造置于重要位置。2014年,韓國多部門制定了一項3D打印10年計劃,以支持該行業(yè)的發(fā)展。最近,韓國科學技術信息通信部將2023年的研發(fā)投資目標提高到7000萬美元,以鼓勵3D打印發(fā)展,目前韓國擁有大約400家3D打印公司。
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來源 | 3dprint
作者 | Sangmin "Simon" Lee
編譯 | 資源庫

一、發(fā)展趨勢

韓國的3D打印行業(yè)的持續(xù)增長,許多公司投資于提升生產力、重組供應鏈和制造創(chuàng)新。增材制造過程自動化的發(fā)展是韓國工業(yè)的一個重要趨勢,包括整個增材制造過程,如工作流程、設備操作和后處理,以響應工業(yè)4.0中對數字化制造日益增長的需求。

另一個趨勢是利用增材制造技術來增加按需和個性化產品的生產。隨著數字化、人工智能和增材制造技術的不斷進步,按需生產和個性化產品的生產在制造業(yè)中變得更加吸引人。特別是在數字化推動的醫(yī)療/牙科和服裝/時尚行業(yè),如植入物、假肢和鞋子等定制產品的生產顯著增加。

此外,韓國增材制造市場的3D打印零件產量也有所增加,越來越多的用戶開始采用大規(guī)模增材制造解決方案,以實現汽車和半導體行業(yè)前所未有的應用。

韓國市場對高強度耐熱工程塑料的需求也在不斷增長,這些材料可以替代電氣/電子、汽車和機械行業(yè)的金屬部件。特別是在快速發(fā)展的電動汽車行業(yè),除了努力減輕重量外,為了應對環(huán)保法規(guī),工程塑料的使用量也在大幅增加。在航空航天、汽車、國防、醫(yī)療和牙科等高附加值行業(yè),對金屬增材制造技術的需求也在不斷增加,進一步擴大了相關市場。

然而,韓國的3D打印行業(yè)仍處于早期發(fā)展階段,由于國外企業(yè)如Stratasys、3D Systems、EOS等在高技術和應用行業(yè)知識方面的領先地位,對國外產品的依賴正在加深。盡管如此,韓國企業(yè)在開發(fā)增材制造相關技術和應用方面正在取得重大進展,預計市場將進一步增長。接下來,我們將從10個應用領域一起見證韓國3D打印的發(fā)展,其中涉及到具體的應用和參與的公司、機構。

二、發(fā)展概況

1,航空航天

韓國航空航天業(yè)在集成3D打印技術方面取得了重大進展,主要應用于原型制作。這種技術的集成對發(fā)動機和通信設備等關鍵組件至關重要。雖然由于缺乏成熟的標準和材料能力的限制,其應用還受到一定限制。

在這個領域,像大韓航空這樣的主要參與者正處于使用3D打印制造高效發(fā)動機的前沿位置,韓國航空宇宙研究所(KARI)也已成功應用金屬3D打印技術制造了一款用于液氧/甲烷發(fā)動機的雙蓄熱式冷卻燃燒器。
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圖片來源:韓國航空宇宙研究所

韓國產業(yè)技術研究院(KIIT)在這方面也做出了重要貢獻,他們開發(fā)了一種利用3D打印制造航天器推進劑罐的技術。與傳統制造的零件相比,這種創(chuàng)新使得空間效率提高了12%,重量減輕了27%,展示了3D打印在提高航空航天部件性能和效率方面的巨大潛力。

盡管取得了這些成就,航空航天行業(yè)在更廣泛采用3D打印技術方面仍面臨挑戰(zhàn)。缺乏針對3D打印零件的具體性能標準是一大障礙,這使得對性能的評估和實際應用變得困難。此外,目前材料性能和技術能力的限制也制約了打印部件的承載能力,這在航空航天應用中是至關重要的。迫切需要針對特定​​行業(yè)的3D打印工藝和設備開發(fā),以滿足航空航天領域的需求。

2,汽車/交通

汽車產業(yè)是韓國制造業(yè)的重要組成部分,因此增材制造在該國具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。由于能夠快速?chuàng)建原型并對零件進行逆向工程,增材制造在汽車行業(yè)中越來越受歡迎,特別是在設計需求頻繁變化且時間緊迫的領域。

然而,盡管增材制造技術主要應用于電池模塊、內飾組件、機器人傳感器支架、車輪、儀表板、門板和方向盤等零件的原型設計,但其廣泛應用面臨著挑戰(zhàn),由于耐用性問題和較高的生產成本,目前還難以實現大規(guī)模生產。

盡管面臨這些挑戰(zhàn),增材制造在汽車行業(yè)的未來前景依然充滿希望。金屬3D打印用于零件生產、城市空中交通(UAM)應用和減輕重量的自主機器人產品是該行業(yè)的潛在發(fā)展方向。這些創(chuàng)新能夠制造出更耐用的零件并降低生產成本,最終將為消費者帶來更優(yōu)質的產品。
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圖片來源:韓泰輪胎

例如,韓泰輪胎利用金屬增材制造技術批量生產下一代輪胎箍,并計劃對集成輪胎模具進行類似的操作。

在韓國市場,3D Solution作為汽車領域的知名企業(yè)之一,已于2020年成為現代汽車的官方供應商,為其生產線提供3D打印夾具。作為現代汽車的主要合作伙伴之一,Ajin Industrial已經采用了EOS設備,并在積極研究金屬增材制造技術。這些公司正在努力提升增材制造的效率和成本效益,同時保持其作為創(chuàng)新的核心驅動力,這可能會推動增材制造在汽車行業(yè)的廣泛應用。

3,醫(yī)療/牙科

增材制造在醫(yī)療領域主要用于創(chuàng)建針對特定患者的醫(yī)療組件和手術導板,以提高手術的效率。聚合物和金屬材料已被廣泛用于制造各種醫(yī)療器械,如假肢皮膚、語音模具、植入物、椎間融合器、脊柱籠等。例如,皮膚癌手術導板等也是利用增材制造技術生產的。此外,模擬器等仿真工具和制藥行業(yè)的藥物開發(fā)也是增材制造的重要應用領域。

Anymedi Solutions是一家專注于外科應用的增材制造公司。他們以制造針對患者的手術指南而著稱,尤其擅長復雜的癌癥手術和主動脈重建。他們開發(fā)并商業(yè)化了世界首個3D打印的、針對患者的乳腺癌切除手術導板,這一導板被認為是醫(yī)療領域的創(chuàng)新技術,并已在多家頂尖醫(yī)療機構中使用。他們已完成700多個臨床演示,發(fā)表了13篇學術論文,并獲得了三項專利。他們的乳腺癌指南已獲得FDA/CE認證,并在全球范圍內被廣泛使用。

Medical IP開發(fā)的MEDIP軟件通過人工智能技術將CT和MRI掃描轉換為3D模型。這款軟件是韓國首款獲得FDA/CE認證的醫(yī)療軟件。他們的創(chuàng)新推動了模擬人體器官物理特性的3D打印解決方案的發(fā)展,這是醫(yī)療3D打印技術的一大突破。

韓國著名的牙科公司Dentium于2021年推出了“Rainbow Metal Printer”,這是一款專為滿足牙科行業(yè)需求設計的金屬增材制造設備。該設備目前主要用于生產醫(yī)用脊柱籠,而且正在進一步開發(fā)以適用于更多牙科領域,展示了Dentium通過增材制造在推動牙科技術進步方面的決心。
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圖片來源:T&R Biofab

增材制造還拓展到了生物3D打印領域。T&R Biofab,作為韓國3D生物打印技術的先鋒,其顱面植入物(CFI)即將獲得FDA的首次批準,這標志著公司向全球市場擴張的重要一步,同時凸顯了3D生物打印在醫(yī)療應用中的巨大潛力。

4,電力/設備

該行業(yè)已經開始采用3D打印技術來實現動力零部件的國產化、應用高性能難加工材料以及優(yōu)化制造工藝。目前,3D打印技術的應用范圍包括燃氣輪機部件和核冷卻泵部件,重點在于部件的國產化和擴大應用領域。
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圖片來源:Doosan Enerbility

Doosan Enerbility已經開發(fā)出1600多種增材制造零件,其中包括400種小規(guī)模生產的產品。他們使用增材制造技術生產的獨立“燃氣輪機燃燒室噴嘴”是一個顯著的成就。

韓華宇航也開始利用增材制造技術實現燃氣輪機零部件的國產化。他們在2022年啟動了國家項目“鎳基超耐熱合金復合形狀材料及零件制造技術開發(fā)”,該項目旨在到2025年開發(fā)出用于發(fā)電的燃氣輪機設備和航空航天工業(yè)推進發(fā)動機的鎳基超耐熱合金增材制造材料和國產化零件制造技術。

此外,Korean Western Power在2020年成功地演示了使用3D打印制造的15個零件中的10個在現場的首次應用。在三個月的運行期間,這些零件沒有出現振動或泄漏等性能下降,證明了3D打印組件在實際應用中的可靠性。

5,國防/軍事

在國防和軍事領域,采用增材制造的動機主要是為了生產停產或難以采購的軍事零件。這項技術覆蓋了塑料和金屬材料,目前已被用于制造各種軍事設備的零件、無人機(UAV)組件,以及進行虛擬施工模擬。

未來的發(fā)展計劃包括擴大增材制造的應用范圍,用于為韓國兩棲攻擊車(KAAV)和其他國防硬件生產關鍵的金屬部件。在2019年至2021年間,韓國國防部通過利用增材制造技術生產了超過13,000個零件,節(jié)約了大約21億韓元的成本。
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圖片來源:LIG Nex1

LIG Nex1與Optisys簽署了一份諒解備忘錄,共同設計和開發(fā)金屬3D打印天線,并在2022年建立了數字化制造技術的合作體系。自2020年以來,LIG Nexon 一直在國防領域應用金屬增材制造技術,并建立了內部的金屬3D打印中心設施。

6,消費電子/ICT

在韓國電子行業(yè),3D打印技術主要應用于原型設計和備件生產。盡管電子產品是韓國經濟的重要組成部分,且增材制造在這一領域具有巨大潛力,但其應用仍受到制造成本和生產效率的限制。然而,增材制造在生產高端電子產品和外圍設備方面具有潛力,同時也能滿足未來對小批量定制產品的需求。
LG電子的昌原研發(fā)中心利用3D打印技術,使LG電子冰箱研究所的模型制作時間縮短了30%,每年節(jié)約了7億韓元的成本。

7,服裝/時尚

雖然采用3D打印的主要原因是為了方便制作時尚相關的原型,但一些韓國公司通過提供定制服務(如定制西裝和個性化眼鏡)來創(chuàng)造收入。Breezm 利用3D掃描和3D打印技術,提供適合個人面部尺寸、形狀和膚色的定制眼鏡框,展示了增材制造在消費應用中的多功能性和個性化能力。
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圖片來源:Breezm

Breezm在韓國擁有9家門店,在過去五年中大約有5萬名顧客光臨,累計銷售額達到150億韓元。基于其技術,Breezm計劃在2024年第一季度在曼哈頓開設一家線下商店。

8,建筑/施工

在建筑行業(yè)中,增材制造已被用于提升生產效率、節(jié)約成本以及實施ESG管理實踐。盡管韓國現行法律限制了3D打印在可居住結構中的使用,導致創(chuàng)收有限,但未來在建筑應用方面仍然具有潛力。
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圖片來源:Bando Construction

韓國領先的建筑公司Bando Construction與3D打印專家 Hisys 合作,在韓國建筑領域推出了首個基于機器人的3D打印技術。最近,Bando Construction使用機器人打印機在大邱西大區(qū)Bando Yubora Centum公寓工地成功建造了造型墻結構。

9,半導體

半導體行業(yè)的增材制造目前還處于初期階段,在充分利用這一技術之前,必須解決一些技術挑戰(zhàn)??朔Ω叻直媛蚀蛴 ⒑线m材料以及新標準和認證的需求是其中的一些難題。盡管存在這些挑戰(zhàn),增材制造有可能通過促進更高效的設計、制造和測試流程,徹底改變行業(yè)面貌。這項技術可以幫助半導體公司在快速變化的技術環(huán)境中保持競爭力。隨著技術的不斷發(fā)展,預計它將在塑造行業(yè)未來方面發(fā)揮越來越重要的作用。

Wonik IPS是一家半導體設備制造商,今年早些時候在其工廠安裝了EOS的AMCM M450-1kw金屬機器。此外,半導體設備零部件制造商Dongwon Parts與EOS簽署了擴大金屬3D打印技術合作的諒解備忘錄,用于打印半導體零件并在內部安裝機器。

10,造船

增材制造目前在韓國造船業(yè)中用于開發(fā)各種船舶部件,包括螺旋槳。然而,由于在滿足零件尺寸、重量、強度和其他特定要求方面存在局限性,傳統增材制造技術的更廣泛采用面臨挑戰(zhàn)。盡管目前存在局限性,但使用增材制造技術生產大型發(fā)動機零件在行業(yè)內仍具有發(fā)展前景。

2022年,包括現代重工、KITECH、電子電信研究所(ETRI)、蔚山信息行業(yè)促進局(UIPA)、DNV GL(挪威船級社)、SY Metal和K-AMUG在內的韓國主要實體簽署了基于增材制造技術開發(fā)和認證船舶螺旋槳的業(yè)務協議。

三、結論

總的來說,韓國對3D打印的應用反映了其跨行業(yè)的戰(zhàn)略性和多方面的方法。從航空航天、汽車到國防、醫(yī)療、消費電子和時尚,該國正在利用增材制造實現創(chuàng)新、效率和定制。盡管亞洲市場普遍面臨諸如謹慎集成方法、在增材制造應用中優(yōu)先考慮明確的增量收益和效率等挑戰(zhàn),韓國正在努力將這一技術融入傳統制造并探索新的應用。政府的大力投資和支持,加上行業(yè)參與者的共同努力,正為韓國成為全球增材制造領域的關鍵參與者奠定基礎。
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