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相比較很多傳統(tǒng)設(shè)備制造商不靠機器賺錢、靠耗材賺錢的現(xiàn)狀,泰聯(lián)三維這樣“只賣設(shè)備,不提供耗材”的情況在我國的3D打印產(chǎn)業(yè)極為普遍,而不少國產(chǎn)3D設(shè)備用戶也正面臨在國內(nèi)買了設(shè)備后依舊需要購買進口耗材的尷尬。
國產(chǎn)耗材為何短缺
據(jù)了解,目前3D打印的耗材原料主要分為尼龍、粉末、PLA塑料以及金屬四種,其中,PLA塑料的成本最低,金屬最貴。
以一款在醫(yī)療領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的手骨骼模型為例,PLA塑料的打印成本約為100元,尼龍及粉末成本約為2000元,而金屬的耗材成本則高達上萬,他們打印一只手骨骼的模型也大多在8到10小時,往往打印公司會將這些打印產(chǎn)品以高出成本的一倍價格賣給顧客。
在不少業(yè)內(nèi)人士看來,國產(chǎn)3D設(shè)備對應(yīng)的耗材短缺主要源自兩個原因:便宜的賺不到錢,廠家不愿意生產(chǎn),而貴的耗材現(xiàn)有技術(shù)跟不上,由于缺少政策扶持和補貼,廠家又不愿意投入資金和人力成本去研發(fā)。
“便宜的塑料及尼龍、粉末因為利潤空間有限,而且畢竟3D打印現(xiàn)在國內(nèi)沒開始大規(guī)模應(yīng)用,原料不能大規(guī)模生產(chǎn),所以企業(yè)都不愿意去做,因為幾乎不賺錢?!痹诮张e行的Inside3D打印產(chǎn)業(yè)全球巡展現(xiàn)場,一位業(yè)內(nèi)人士向記者透露了其中原因,“而金屬耗材雖然價格高一些,但是研發(fā)的投入也高,甚至不比設(shè)備少,而目前國內(nèi)的扶持力度主要聚焦在3D打印設(shè)備上,很少有扶持原材料的資金進來,所以企業(yè)不愿意自己投入資金和人力去生產(chǎn)?!?/p>
據(jù)了解,在金屬打印應(yīng)用較多的航空領(lǐng)域,目前國內(nèi)多數(shù)的廠家可以生產(chǎn)幾十微米到幾百微米的金屬顆粒,但這種顆粒國內(nèi)生產(chǎn)的品質(zhì)與國外依舊存在較大差距。
以先前提到的Dex系列3D打印機為例,泰聯(lián)三維的一位內(nèi)部人員告訴記者,該設(shè)備前后的研發(fā)耗時約8個月,主要的研發(fā)資金則來源于上海產(chǎn)業(yè)研究院成立該研發(fā)項目時撥付的上百萬元資金,目前該產(chǎn)品泰聯(lián)三維的售價為8.5萬,而國外對應(yīng)的進口設(shè)備則售價高達20萬。“如果沒有這筆研發(fā)經(jīng)費,我們的機器不可能賣得這么便宜,目前國內(nèi)在設(shè)備上的扶持力度還是比較大的,但是耗材上的扶持就弱一些?!痹搩?nèi)部人員透露。
“客戶在購買了我們的產(chǎn)品以后,可以自行購買進口的耗材,材料的花費并不太大?!痹搩?nèi)部人員對記者透露,“因為本來我們的機器就是仿制國外的設(shè)備,所以并不太方便從同樣的廠家那里購買材料再提供給客戶,只能他們自行購買。”
依賴進口局面亟待改變
根據(jù)知名市場研究機構(gòu)Gartner對未來幾年的3D打印技術(shù)市場做出的預(yù)測:在未來的3至4年內(nèi)即到2019年,發(fā)達世界中有10%的人將會穿著3D打印產(chǎn)品或者在他們的身上有3D打印的東西,尤其是3D打印技術(shù)將在醫(yī)療保健和消費制造業(yè)有更突出的表現(xiàn)。這表明,將有數(shù)億乃至6億人會在未來三四年里使用3D打印產(chǎn)品——這個數(shù)字令人吃驚。而在我國,根據(jù)今年5月國家頒布的《中國制造2025》,作為一項前沿性的基礎(chǔ)性制造技術(shù),3D打印在醫(yī)療方面的應(yīng)用也被涵蓋在中國未來十年大力推動的領(lǐng)域之中。
一些業(yè)內(nèi)人士告訴記者,3D打印在國外已經(jīng)發(fā)展20多年,而在我國是近兩年才有所發(fā)展,目前行業(yè)內(nèi)還是處于一窩蜂制造設(shè)備階段,離真正完成設(shè)備、原料、設(shè)計軟件、服務(wù)供應(yīng)等上下游的完整產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)還有很長的距離。
隨著近20年來太赫茲通信相關(guān)技術(shù)的突破和快速發(fā)展,太赫茲通信已被各個國家和相關(guān)企業(yè)、研究機構(gòu)作為重點研究領(lǐng)域。根據(jù)新興市場研究報告統(tǒng)計,全球太赫茲通信技術(shù)市場份額在2018年左右將增長到5.21億美元,年增長率約為37.2%。太赫茲技術(shù)被美國評為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一(位列第四位),被日本列為“國家支柱十大重點戰(zhàn)略目標”之首。我國也將太赫茲技術(shù)研究作為提高國家科技創(chuàng)新能力,促進社會發(fā)展和國家安全的前瞻性戰(zhàn)略研究方向。太赫茲(Terahertz,1THz=1012Hz)泛指頻率在0.1~10THz波段(對應(yīng)波長為30~3000μm)范圍內(nèi)的電磁波,介于紅外和微波之間。太赫茲波的位置處于宏觀電子學向微觀光子學的過渡階段。以往由于缺乏有效的太赫茲波產(chǎn)生和檢測的方法,因此對太赫茲波的研究較為有限,使其成為電磁波譜研究上的“太赫茲空隙”(TerahertzGap)。
2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
太赫茲通信技術(shù)的快速發(fā)展使得太赫茲通信越來越受到國際各國的關(guān)注和重視。我國政府在2005年底專門召開了香山科學會議,結(jié)合國內(nèi)太赫茲通信技術(shù)研究領(lǐng)域?qū)<壹杏懻撐覈掌澩ㄐ偶夹g(shù)的發(fā)展和前景,制定太赫茲通信技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵領(lǐng)域和規(guī)劃。我國太赫茲通信技術(shù)研究受到政府和各研究機構(gòu)的廣泛重視。在各高校和研究機構(gòu)也先后成立了國家重點實驗室、研究所和研究中心,這主要包括中國科學院上海微系統(tǒng)所、首都師范大學、中國科學院物理研究所、中國工程物理研究院等。相對于國內(nèi)的太赫茲技術(shù)的研究熱潮,國際各國也對太赫茲技術(shù)投入了巨大。美國早在2004年就將太赫茲通信作為“改變未來世界的十大技術(shù)”之一,并已于2006年將太赫茲通信列為國防重點科學。美國從事太赫茲通信技術(shù)的研究工作的主要研究機構(gòu)包括:數(shù)十所大學及其國家實驗室,如國家航天局(NASA)、美國國家基金會(DSF)和國家衛(wèi)生學會(NIH)等,另外還有一些公司如BELL、IBM等也都在開展太赫茲通信技術(shù)的研究工作。歐洲國家從事太赫茲通信技術(shù)研究的主要研究機構(gòu)包括:英國Rutherford國家實驗室、劍橋大學、里茲大學等十幾所大學,德國的KFZ、BESSY、Hamburg等大學。歐洲國家還利用歐盟的資金組織了跨國家的太赫茲通信技術(shù)大型合作研究項目。在亞洲國家從事太赫茲通信技術(shù)研究的主要研究機構(gòu)包括:韓國國立漢城大學、浦項科技大學、國立新加坡大學、臺灣大學、臺灣清華大學等。日本在2005年就將太赫茲技術(shù)確立為國家支柱技術(shù)十大重點戰(zhàn)略目標之一。東京大學、京都大學、大阪大學以及SLLSC等公司都大力開展THz的研究與開發(fā)工作。近年來,國際上太赫茲通信技術(shù)重要的研究成果參見表2。
3太赫茲通信的技術(shù)特點
由于太赫茲波處在電磁波譜的特殊位置,使其具有很多獨特的技術(shù)特點和性質(zhì)。從頻譜上看,太赫茲波在整個電磁波譜中處在微波與紅外波之間;從光學領(lǐng)域看,太赫茲波被稱為遠紅外射線;從能量上看,太赫茲波段的能量介于電子和光子之間。太赫茲光波不僅擁有與光相同的直進性,還具有與電波相似的穿透性和吸收性。太赫茲波的主要技術(shù)特點如下:
(1)太赫茲波的穿透性強
由于太赫茲波自身包含豐富的光譜信息,且具有很好的光譜分辨特性,對很多介電材料與非極性液體具有良好的穿透性。因此,太赫茲波不僅可以作為探測材料性質(zhì)的檢測工具,還可以作為通信工具在煙霧、沙塵等惡劣環(huán)境下進行通信工作。
(2)太赫茲波的光子能量較低
根據(jù)測量結(jié)果,頻率為1THz的太赫茲波僅具有4.1meV的光子能量,約為X射線光子能量的百分之一量級,因此太赫茲波不易對生物組織產(chǎn)生傷害。相比于傳統(tǒng)使用DWDM等技術(shù)進行有線光通信而言,太赫茲通信的能量效率更高。(3)太赫茲通信傳輸?shù)娜萘看笙鄬τ谖⒉ㄍㄐ哦?,由于太赫茲波的頻段在108~1013Hz之間,比微波通信高出l~4個數(shù)量級,使得太赫茲波的傳輸信息量更大。同時,太赫茲通信與高階的編碼調(diào)制技術(shù)相結(jié)合,可進一步提升無線通信的傳輸容量,滿足大容量傳輸場景的通信要求。
(4)太赫茲波方向性好,保密程度高
由于太赫茲波束比微波更窄,且能夠有效地抑制背景輻射噪聲的影響,因此可以保證信息傳送精度的同時,使太赫茲通信滿足具有更好的保密性能。
(5)太赫茲通信更適合于短距離通信場景
由于強極性液體對太赫茲波有較強的吸收作用,因此太赫茲波在空氣中傳播時,水分子將對其造成傳送損耗,因此太赫茲通信更適合于短距離的通信。
4太赫茲通信技術(shù)的應(yīng)用
隨著各國研究機構(gòu)對太赫茲技術(shù)的深入研究和突破,太赫茲波在空間通信、安全檢測、生物醫(yī)學和天文觀測等領(lǐng)域均具有重大的科學價值和廣闊的應(yīng)用。太赫茲波的主要應(yīng)用領(lǐng)域如下:
(1)在空間通信方面
在空間通信方面,太赫茲波可以作為高速寬帶的通信載體。太赫茲波通信具有極高的方向性和穿透能力,因此適用于惡劣環(huán)境下的短距離保密通訊,也適用于高帶寬需求的衛(wèi)星通信領(lǐng)域。國際通訊聯(lián)盟已經(jīng)指定0.12和0.22THz兩個頻段分別用于下一代地面無線通信與衛(wèi)星間通信。
(2)在安全檢測方面
在安全檢測方面,太赫茲波對很多非極性物質(zhì)有很強的穿透能力,可以進行遠距離探測和高分辨率的成像。在軍事偵察、可疑危險品、有毒有害物品檢測等方面提供技術(shù)保證。
(3)在生物醫(yī)學方面
在生物醫(yī)學方面,太赫茲波易被極性分子吸收,光子能量低。因此,太赫茲波可以在生物醫(yī)學領(lǐng)域有眾多的應(yīng)用場景提供新型的醫(yī)療手段,如醫(yī)療樣品的人體燒傷程度檢測,生物傳感探針治療等。
(4)在天文觀測方面
在天文觀測方面,太赫茲波波段比其他波段具有更低的背景噪聲,同時借助強極性液體對太赫茲波有較強的吸收作用的特性,可以對宇宙中諸多物質(zhì)進行探測。太赫茲波也被廣泛地應(yīng)用于恒星形成、星系演化以及宇宙學等方面的研究領(lǐng)域中。
5太赫茲通信的發(fā)展趨勢
太赫茲技術(shù)經(jīng)過了多年的演進和發(fā)展,已經(jīng)成為重要的通信方式和信號載體被大量研究和部分應(yīng)用。但是在太赫茲源、太赫茲傳輸、太赫茲調(diào)制方式和太赫茲探測技術(shù)方面還不成熟,還有諸多的研究和提高空間。同時,如何克服大氣水分子對太赫茲波的強烈吸收作用等不利因素也是制約其發(fā)展的重要問題。太赫茲通信的技術(shù)研究方向主要有以下幾個方面:
(1)高功率的太赫茲源
目前,太赫茲通信系統(tǒng)的太赫茲源輸出功率通常偏低。太赫茲源的功率高低直接決定了太赫茲通信系統(tǒng)的傳輸距離和信息傳送質(zhì)量。而且,在保證太赫茲源功率提高的同時,還必須考慮太赫茲源工作穩(wěn)定性、安全性等方面的要求。
(2)調(diào)制技術(shù)和調(diào)制器件的研究
太赫茲通信系統(tǒng)的理論研究相對較多,實際應(yīng)用的系統(tǒng)較少,且傳輸性能不高。研究和采用適合太赫茲通信傳輸?shù)恼{(diào)制技術(shù)和調(diào)制器件,將大幅提高信號傳輸性能,使其應(yīng)用場景更為廣泛。
(3)優(yōu)化高靈敏的太赫茲探測技術(shù)
不同傳輸環(huán)境對太赫茲通信的探測技術(shù)存在不盡相同的影響,因此需進一步研究采用合適、高效的電子處理技術(shù),提高太赫茲探測技術(shù)的靈敏度,進一步提高太赫茲通信系統(tǒng)的能力和優(yōu)勢。
6結(jié)束語