解析中国3D打印产业与欧美国家的差距_1

作者: admin 分类: 新闻 发布时间: 2019-06-20 14:09

  3D打印无疑是2013年最受吹捧的新概念之一,这在中国内地表现得尤为突出。据说未来3年,3D打印可以创造一个规模上百亿的市场。为实现传统制造业升级,珠海、青岛、武汉、成都等城市开始兴建3D打印产业园,并在资金、土地、配套政策上给予支持。许多专家纷纷表示,中国3D打印技术世界领先。同时,中国庞大的人口数量,给3D打印机的应用提供了广阔的市场,除此之外,中国政府对这一技术的重视,也正在帮助3D打印技术实现快速的发展,可以说是潜力无限,未来3年后将成为全球最大3D打印市场等豪言。然而,中国3D打印真是如上所说的这般美好吗?

  据中科院专家介绍,国产J-15战斗机已经采用了3D打印技术,而国产大型客机C919也采用了3D打印技术来打印部分产品。尽管3D打印技术已经部分应用于军事和生活,但是专家表示,暂时3D打印技术还暂时无法代替传统制造业。

  从2001年起,我国开始重点发展以钛合金结构件激光快速成型技术为主的激光3D打印技术。中国首款舰载机歼-15的总设计师孙聪此前接受媒体采访时曾透露,钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛用于新机设计试制过程。其中于2012年10月至11月首飞成功的机型,广泛使用了3D打印技术制造钛合金主承力部分,包括整个前起落架。目前,我国成为世界上继美国之后第二个掌握飞机钛合金结构件激光快速成型及技术的国家。

  此外,由北航等单位组成的团队制造出了迄今世界尺寸最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成型工程化成套设备。该团队利用激光快速成型技术制造出我国自主研发的大型客机C919的主风挡窗框。此外, 西北工业大学凝固技术国家重点实验室发展的激光立体成型3D打印技术已经用于国产大飞机C919的制造。中国利用激光打印直接制造C919飞机的中央翼根肋,传统锻件毛坯重达1607公斤,而利用激光成型技术制造的精坯重量仅为136公斤 ,节省了91.5%的材料,经过测试,其性能比传统锻件还要好。

  不过有专家认为,3D打印技术短时间还无法完全代替传统加工制造业。就以激光3D打印技术来说,它比较适合高性能的昂贵部件,例如航空航天制造。因此,中国3D打印技术仅仅在该应用领域处于世界先进水平,而对于普通应用的3D打印技术以及整个3D打印产业与欧美国家相比,相距还是太远。

  众所周知,美国的军事、航空航天实力全球第一,这也得益于美国在3D打印领域全球领先的金属材料研发能力。近年来,增材制造(即3D打印)迅速升温,美国也于2012年10月在俄亥俄州扬斯顿成立了首个世界前沿的国家增材制造创新研究所(NAMII),以巩固其在增材制造领域的优势。

  日前,美国得克萨斯州一家仪器公司宣布用金属粉末成功制造并测试了世界上第一支3D打印金属枪(组装和试射视频)。其问世将改变人们对3D打印产品精确或强度不够的既有印象。

  该全球首支3D打印金属枪的原型模板为经典的M1911式手枪,由总部位于得州奥斯汀的3D打印公司固体概念(Solid Concepts)团队设计并制造。团队成员根据网上的1911蓝图3D建模后用DMLS(直接金属激光烧结)技术加热金属粉末使其凝固成型,DMLS技术已超过M1911枪支对零件的精度要求,再经过各种打磨以及调整枪膛等工艺,最后予以组装。其有超过30个3D打印原件,包括不锈钢和一些镍镉铁合金材料,而弹簧和弹匣则为外购,发射仍需匹配实弹。

  固体概念公司副总裁肯特费尔斯通表示,这种整体概念是为了证明3D打印这一技术的可靠性、准确性和实用性。目前该枪已通过连发50多发子弹的耐力射击测试,精准度不逊于常规武器。

  与美国航空航天局一样,欧洲航天局正在积极研究使用3D打印技术制造航天器、飞机、甚至核聚变的金属部件。名为AMAZE(针对迈向零废物及高效生产的高新金属制品制造)的项目计划五年内完善金属3D打印技术。

  欧空局表示新的金属3D打印技术可以承受的温度高达摄氏3500度,远远超过传统使用塑料粉末的3D打印温度极限。欧洲宇航局正在欧盟内与工业和教育的合作伙伴联合开发大规模制造金属的3D打印方法。 最终目标是五年内完善金属部件3D打印。

  AMAZE项目正如它名字所暗示的一样,目标是减少浪费,降低生产成本。三维打印技术还可以帮助工程师制造传统方法无法制造的零部件。欧洲航天局表示,这项计划今年1月已经拉开序幕,现在的工作主要是在法国、德国、意大利、挪威和英国建立一个可靠的产业供应链。

  一、中国3D打印技术产业联盟的百亿豪言

  据统计, 2012年3D打印机的市场规模约为21.5亿美元(130.37亿元人民币),年成长率为22.2%,预估至2016年的市场规模将可望成长至44.5亿美元(269.8亿元人民币),年复合成长率为20.4%。同时,3D打印机在中国的应用正迅速扩大,航空、汽车、医疗等各个行业都在积极引进。按照总部位于北京的中国3D打印技术产业联盟的预测,中国3D打印机的市场规模到2016年将扩大到100亿元人民币,达到2012年(10亿元人民币)的10倍,从而使中国超越美国成为全球最大的市场。随着3D打印机的普及,产品模仿变得更加容易,美日欧等国制造业对技术流失加剧的担心也变得越来越强烈。

  目前全球3D打印的应用领域,主要分布在消费性产品(29%)、汽车(19%)、医疗(13%)、 教育(10%)、太空(8%)及工业机械(7%)等领域,不同应用领域所使用的3D打印设备,可区分为生产制造用、专业领域用、工作室用三个等级,其中5000美元以下的机型,2010年的销售量仅为5900台,预估2012年大幅成长至3.5万台,两年内销售量成长将近六倍。

  二、中国3D打印企业生存现状

  此前媒体报道揭露了国内3D打印厂商的主流经营模式:由于很多核心专利从2009年开始都已经过期,因此在国外的开源硬件社区,3D打印机的设计图、原料表、执行软件等都已经授权出来,很容易免费获得。3D打印创业者投资十几万元,请懂英文的大学生从国外开源硬件社区下载设计图纸、规格说明书、控制软件、说明文档所谓的3D打印自有品牌就华丽诞生了。如果这样还嫌麻烦,甚至可以直接购买国外开源3D打印机厂商的解决方案,一步到位。

  国内大量充斥的山寨3D打印机虽然价格低廉,然而没有知识产权,技术水平不高,打印质量差,厂家甚至没有能力指导消费者使用、维护打印机,只能提供国外开源硬件社区的网址,让用户自己解决。山寨3D打印机和山寨手机一样,主要是想趁概念热门,趁机炒作捞快钱。中国3D产业联盟秘书长唐斌表示,目前3D打印行业已经出现了泡沫,100%的企业亏本。

  1、滨湖机电营收700多万亏损300多万

  2013年7月2日,在逼仄的车间里,武汉滨湖机电技术产业有限公司总经理周建国无奈表示:目前,大部分同行生存都很艰难。作为国内第一批涉足3D打印业务的公司之一,至今亏损年份多过盈利年份。

  滨湖机电的历史始于1991年,彼时,华中理工大学(现为华中科技大学)校长、机械制造专家黄树槐借助学校力量,租赁了华中科技大学一块1400平方米的厂房,创办了国内第一批3D打印企业,其主打产品是薄材料叠层快速成型系统。

  简单的陈列柜上,摆放着用尼龙材料打印出来的水杯、造型独特的碗,以及将来可以用来打印的披肩。在滨湖机电厂房里,3D打印机被放置在空调间内,每打印一层,机器就会自动往上堆积一层,逐层叠加。一个约8厘米高的杯子,需要花5个小时打印。该公司员工表示。

  从1994年产品开始应用到商业化领域,至今,该公司已累计销售各类规格机器200多台。周建国介绍,公司3D打印产品包括lom、LSA、SLS、SLM四种,原料分别使用纸、液态材料、尼龙塑料陶瓷等粉末和金属材料进行打印。然而,公司至今的盈利状况并不理想,2012年,营收700多万元,亏损300多万元。

  3D 打印可降低约50%的制造费用,缩短70%的加工周期,并能将复杂制造实现设计制造一体化。这是其被看好的理由。到目前为止,国内从事3D打印生产、服务、工艺等业务的企业估计还不到100家,其中,有核心技术的只有20-30家,而去年的市场规模也不到1亿美元。除了部分完全市场化的企业盈利能力尚可外,另外的企业生存环境艰难。

  但跟其他行业不同,3D打印的商业模式中,更考验企业的创新能力和小批量生产能力。周建国表示,企业研发出新的设备后,可能一年卖不了几台、投入资金尚未回笼,就有新客户提出个性化要求。公司需再度投入更多经费进行新品开发,如此一来,资金压力凸显。

  比如说去年,投入200万资金开发了一种新产品,但当年公司总营收也只有700多万元,新品研发成本巨大,自然影响公司业绩。他说。

  周建国反思道:滨湖机电开拓市场的方式相对传统,主要靠参加行业会议、人际推广为主,但今年来实施效果不够理想。目前,受限于资金压力,公司接到订单后得等到客户缴纳定金后再购买材料、生产、出货等,交货周期一般达到4个月以上。如果合理解决资金,公司开拓制件业务后,市场前景更广。他说。

  2、紫金立德挣扎盈亏线

  紫金立德电子有限公司董事长连宁也坦言,我们目前的现金流和资金结构仅能维持企业正常运转。但若要扩大规模、新增投资或回收前期投资成本,基本上不可能。紫金立德被视作国内规模最大的3D打印公司,也是涉足该项技术商业化应用最广泛的企业。

  3D打印不会达到所谓的第三次工业革命这么夸张。中国3D打印第一人、清华大学机械工程系博士生导师颜永年指出,但它起码是对现代传统制造业的补充,而目前,市场需求也正在放大。

  有鉴于此,虽处境艰难,该3D打印企业仍在谋划在武汉本地拿地新增厂房,或是寻求资本化的方式,解决当前的资金瓶颈。

  从科研院校延伸向商业化市场,是当前中国最主流的3D打印企业模式。一批有技术的人才,将其科研成果商业化应用,开始市场化运作。连宁指出。

  他所代表的是新兴3D打印企业。2007年,连宁携其团队掌舵南京紫金立德,该公司由传统打印机企业江苏紫金电子集团有限公司与以色列Solidimension公司合资建立,专业生产桌面式三维立体打印机。

  但其产能一直处于不饱和状态。公司设计的年产能为2万台,但实际产出仅1000多台。连宁告诉记者,产品在国内还基本没市场,主要靠出口欧美,内销和出口的比例为1∶9。

  而面对国外更强大的竞争者,该寻找的市场定位是中等偏下的产品,应用领域分别为工业设计、高等教育和生物医疗领域,各自占比4∶4∶1。

  创业4年后,也就是到2011年,公司才开始实现销售收入,至今现金流也只能支撑公司正常运转。连宁感叹。

  应用市场没有完善

  在我国,3D打印业务的商业化运用已有近30年,但大都应用在工业领域,发展速度十分缓慢。颜永年指出,直到近3年来,行业发展才开始提速。

  紫金立德的技术初期是从国外引进,公司创立时陆续投入的3000多万美金中,有750万美金用于支付专利技术费用。连宁指出:目前,我们基本完全掌握这些技术,但市场需求量尚未完全释放。

  颜永年也认为,最适合3D打印企业生存的土壤,应该是由中国制造走向中国创造,即国家对知识产权保护力度加强,且全民在教育、动漫、艺术等领域的创新能力增强后,才能让3D打印技术的市场范围扩大。

  但与从业者最初的寂寞相比,如今的3D打印行业毕竟开始变得热闹起来,市场需求也正在放大。

  我们的感觉很明显。周建国举例道,有香港理工大学想与其合作打印房子,还有客户想找他们打印巧克力,甚至一些航天航空领域方面的需求量也开始加大。公司已计划在武汉再拿一块地,扩大生产规模。连宁也认为,今年行业增幅可达20%-30%。

  经过去年国际和国内的炒作,当前的中国3D打印市场已被催热。连宁介绍,随着SDM(形状沉积成型)技术变成开放式,从业者只需订购全套零部件进行拼装,就可从事3D打印业务。这拉低了行业准入门槛,自去年下半年来,有不少民间资本涌入3D打印行业。目前,国内大多数3D打印企业都与风投接触过,紫金立德所接触的就不下几十家。

  不过,资本追逐的是快钱。2010年年初,欧洲一台小型打印机售价一般在2.5万欧元左右,行业毛利率约在50%左右。但如今,很多设备降价至1万多欧元,行业毛利降至20%左右。连宁表示,因此,当这批资本赚一笔后,今年以来又逐步从市场上退出了。

  连宁认为,目前困扰3D打印企业的因素,还包括打印材料的限制。未来市场需求会更多元化,会涉及民众工作、生活各个方面所需要的材料。但目前,专业从事材料研发的企业并不多,经常遇到材料供应商的困难。且数据获取也是3D产业链的重要一环,但目前这方面的市场基本也没形成。

  3、太尔时代刚获得美国都福集团数千万元投资

  北京太尔时代科技有限公司是国内第一家将国产3D打印机出口海外的中国企业。2009年,太尔时代将多年在工业级3D打印机积累的科研成果和制造经验移植到桌面级3D打印机上,研发出第一台由中国制造的桌面级3D打印机UP!系列,产品已累积出口过万台。

  2012年末,在美国MAKE杂志的评测中获得最佳推荐,2013年推出了新一代的UP Plus 2。同时,其工业级产品也没有疲软。据美国咨询公司Wohlers Associates出具的报告,其5000美元以上级别的设备在2012年占全球总销量的2%,排名第四(Object+stratasys+solidscape合并为一家)。2013年获得了数千万元的销售额。

  目前,公司已在美国、英国、俄罗斯、澳大利亚、日本、南非等国设立了40余家代理机构,销售数量正在快速增长。公司国内销售网络已覆盖26个省、市区域,极具市场潜力。

  然而,就是这么一家本土3D打印龙头企业,同样需要借力海外资金和渠道资源。1月10日,太尔时代宣布完成引入美国都福集团全资子公司都福(中国)投资有限公司数千万元的战略投资。

  比起3D打印近两年的火爆,太尔时代在2003年便已创办,公司总经理、联合创始人郭戈师从中国3D打印技术(快速成型)的主要引入者清华大学机械系颜永年教授,博士毕业后他创办了这家公司。太尔时代最初将产品定位于几位到几十万的工业级设备,主要面向国内市场。

  然而受制于中国创新氛围的不足,国内3D打印设备、特别是桌面级产品的市场一直发展缓慢。对于本次融资,郭戈表示:作为一家本土公司,太尔时代将与都福集团保持紧密合作,利用全球资源和全球市场,实现最佳的企业运营方式与可持续增长,成为全球最受客户信赖的3D打印机供应商。

  值得一提的是,3D打印巨头Stratasys公司去年11月25日宣布,它已经在美国明尼苏达地区法院提起专利侵权诉讼,该诉讼针对Afinia品牌3D打印机,这是太尔时代公司在美国品牌合作的产品,与其主打品牌UP Plus 2极其类似。Afinia品牌的所有人为Microboards技术公司。Stratasys公司声称Afinia 3D打印机侵犯了其四个3D打印专利,要求制止其侵权行为并赔偿。

  该诉讼指称Afinia的H系列3D打印机直接侵犯了Stratasys公司的零件孔隙度(part porosity)、液化器结构(liquefier structure)、温度控制(temperature control)、构建零件周边工具路径(tool paths for constructing part perimeters)四项专利。这四项Stratasys公司专利是2013年1月开始生效的。

  鉴于太尔时代公司的主打品牌UP Plus2与其姊妹品牌Afinia产品极其类似,Afinia其实就是太尔时代在美国市场的贴牌产品。让人不禁怀疑Stratasys公司的下一步行动会直接针对太尔时代公司。

  4、金运激光3D打印子公司尚未盈利

  武汉金运激光股份限公司近日公告称,该公司预计2013年净利润约700万元-1100万元,同比下滑18%-48%。2012年金运激光净利润1342万元,每股收益0.3835元。同时该公司还表示,公司研发推广的新产品虽然有较高的毛利率,且已取得市场的认可,但由于尚处在推广过程中,未对公司整体利润和毛利率产生较大贡献;2013新成立的几家子公司,现正在进行新品研发及推广阶段,开办初期发生的开办费用造成子公司亏损,影响了公司整体的利润。

  据了解,金运激光于2013 年10 月28 日召开公司第二届董事会第十三次会议,审议通过了《关于使用自有资金投资设立全资子公司的议案》,拟以自有资金出资3,000 万元投资设立全资子公司。

  该子公司拟申请的经营范围:数字化加工设备(包含3D 打印设备和激光加工设备)及配套材料和配件的研发、生产、销售及服务;数字化加工设备(包含3D 打印设备和激光加工设备)及配套材料和配件的进出口代理;数字化加工设备(包含3D 打印设备和激光加工设备)租赁及融资租赁服务。

  去年9月,金运激光披露由该公司研制的首款桌面级3D打印机样机成功面世,并接待了当地科技局领导的调研。该打印机的定位是国内第一个民用3D打印机项目,广泛的应用领域和相对低廉的价格,有望为该公司获得较大的消费市场空间。

  5、大族激光理性看待3D打印

  此前大族激光董事长高云峰曾表示,激光技术是3D打印设备的其中一个关键点,大族激光有激光3D应用的设备,只是由于3D打印在社会上目前成熟的应用还不多,大族激光将继续关注这一技术的发展趋势。

  该公司钣金装备事业部总经理陈燚先生也表示,3D打印虽是一项新的技术,但需要我们理性看待。3D打印的核心是材料界,激光加工是其次的。把它说成引发第三次工业革命的技术是过高的看待这个行业,因为3D打印是定制的,效率太低,不能用于标准化、批量化的产品生产,导致成本高。不能批量化就不能工业化,不能工业化就不能大规模推广。就目前的技术和市场来看,除非说过几年之后这项技术获得更大的突破,否则3D打印也仅能停留在实验室做样板而已。

  三、欧美多家3D打印企业上市

  如今,3D打印技术发展如火如荼,相关的公司也是有着很好的发展前景。2013年的最后一个交易日,美股两大3D打印巨头Stratasys和3D Systems均创出历史最高收盘价,自金融危机以来累计涨幅10倍以上。

  目前,在全球3D打印机行业,美国3D Systems和Stratasys两家公司的产品占据了绝大多数市场份额。此外,在此领域具有较强技术实力和特色的企业/研发团队还有美国的Fab Home和Shapeways、英国的Reprap等。

  1、Stratasys

  近日,Stratasys公司首席执行官大卫赖斯预测, 2014年3D打印机制造将实现25%的有机增长。Stratasys公司预计在2014年收入达6.6-6.8亿美元,比其2013年4.7-4.9亿美元的指导收入增加35-45%。按照美国通用会计准则(GAAP)预估的净利润为0.11-0.2亿美元( 每股利润0.20-0.38美元),按照非GAAP准则估算净利润约为1.13-1.19亿美元(每股利润2.15-2.25美元)。GAAP和非GAAP数据之间的差别是由于无形资产、雇员赔偿以及并购带来的0.65亿美元的资产帐面值减记。

  2012年美国Stratasys公司和以色列Objet公司两家3D打印机生产商合并成立法人企业,合并后的公司拥有更为完整的产品线并于2013年8月收购了桌面型3D打印领导者MakerBot,2014年Stratasys将会进入快速成长期。Stratasys公司预测,较高的研发、销售和营销支出将使2014年的经营成本大幅增长,但与2013相比,营业利润率将保持不变,净利润将在下半年随着新产品推出走高。

  提到Stratasys,就必须说说他的子公司MakerBot。MakerBot公司生产桌面级3D打印机Replicator系列和3D扫描仪Digitizer,有自己的3D扫描和打印软件MakerWare,并且运营一个发烧友社区Thingiverse。它的Thingiverse社区像是一个极客乐园,里面分享着发烧友设计的3D数字原型、3D打印机打印的各种创意产品、与3D打印相关的APPs。感觉上来说,MakerBot公司更贴近大众消费者,与Stratasys联系起来,让冷冰冰的3D打印多了一丝亲民和好玩的感觉。

  2、MakerBot

  3D打印公司MakerBot创始人布雷-佩蒂斯并不是投身3D打印领域的第一人,但在让3D打印变成主流并且能够让小企业、手艺人或者普通公众承受的过程中,他所做的贡献却是其他任何人无法比拟的。佩蒂斯曾在西雅图的公立学校做过7年美术教师,当时他就发现学生们对手工制作最感兴趣。后来,他听说了3D打印机,但价格却是他无力承受的。直到最近,绝大多数3D打印机的售价仍高达数万美元。为此,佩蒂斯决定自己动手制造3D打印机。

  2009年,佩蒂斯与两位好友在纽约布鲁克林创建了MakerBot公司,开始制造3D打印机。他们的第一个原型采用胶合板制成。现在,MakerBot公司已经成为桌面3D打印机领域的领导者,很多设计师、企业家和普通消费者都成为他们的客户。在佩蒂斯的领导下,MakerBot公司站在制造者运动的最前沿,并于2013年11月获得了伦敦3D打印展颁发的优胜奖。

  3、3D Systems

  3D Systems公司位于南卡罗来纳州洛克希尔,纳斯达克上市,股票代码为DDD,是3D打印业界的龙头老大。在2011年,3D Systems收购了3D打印技术的发明者和专利拥有者Z Corporation,奠定了其在3D打印领域的龙头地位。准确的说,3D Systems公司不仅仅是一家3D打印设备的提供商,它专注于内容打印解决方案,具体包括3D打印机、3D打印耗材、按需定制组件服务和3D数字模型制作软件。2012年年中,这家公司的研发开支增加了一倍,同时完善了市场营销,以拓宽产品,促进销量。如今,这些努力似乎正在收到成效。这家公司2013年第二季度的收入增加了45%,所有产品的销量均有所提高。

  它为专业用户和普通消费者提供3D打印机、3D打印耗材以及3D打印定制服务,所涉猎的领域包括航空、建筑、艺术、汽车、消费、教育、能源、医疗、珠宝等等,并为3D打印的发烧友提供支持。

  3D Systems公司的3D打印产品线涵盖消费级、专业级和工业级,非常全面。在消费级,它的最知名的3D打印机为基于熔融堆积成型(FDM)技术的Cube系列产品,这一款产品在我们编辑部之前的评测中为大家展示过。在专业级,它有为不同行业特殊设计的Projet系列3D打印机二十余款。在工业级,它的3D打印机iPro系列产品基于三维立体平版印刷(SLA)、选择性激光烧结(SLS)和选择性激光熔化成型(SLM)技术分化出十多款不同型号。从产品线来看,3D systems公司的3D打印产品可谓技术全面,种类丰富,覆盖面广。

  3D Systems迅速扩张:2009年收购桌面工厂(Desktop Factory);2010年2月,3D Systems公司收购位于华盛顿州的精密铸造快速制模企业Moeller Design公司以及两家法国快速成型企业;2010年7月,收购了压铸模拟造型软件公司Protometal和选择性激光烧结专业技术企业CEP公司;2010年9月20日,3D Systems公司收购快速精密铸造制模企业Express Pattern公司;2011年2月,3D Systems公司宣布已收购亚特兰大的Quickparts公司;2011年03月15日,3D Systems Corp(TDSC)宣布,将收购Accelerated Technologies Inc,以扩大其客户零部件服务业务;2011年4月15日消息,三维打印解决方案供应商3D Systems Corp(TDSC)宣布,已收购了电脑辅助设计软件制造商SYCODE;2012 年 1 月 3 日, 3D Systems Corporation(纽约证券交易所代码:DDD)当日宣布,其已经以 1.355 亿美元现金从 Ratos AB 的子公司 Contex Group(瑞典斯德哥尔摩的一家上市私人股本公司)手中收购了 Z Corporation (Z Corp) 和 Vidar Systems (Vidar)。

  2013-1-9,3D Systems公司(NYSE:DDD)近日宣布签署了一项最终协议收购Geomagic公司。一家全球领先的数字化现实解决方案供应商,包含设计、扫描、检测以及触觉类产品;2013年1月14日,近日3D Systems宣布收购COWEB公司,该公司位于法国巴黎,是一家创业型企业,从事为客户制作定制化产品和收藏品3D打印;2013-5月2日,知名3D打印机制造公司3D Systems公司(NYSE:DDD)今天宣布其已经收购增材制造和传统制造服务供应商RPDG集团有限公司(Rapid Product Development Group, Inc.;2013年8月22日,3D Systems 收购英国增材制造公司CRDM,CRDM成立于1995年,是一家快速成型和快速机床服务的供应商,主要开发激光烧结成型技术;2013年12月13日,3D Systems公司宣布收购位于俄亥俄州的Village Plastics公司。Village Plastics公司是一家制造ABS、PLA和HIPS等塑料材料长丝的3D打印材料制造商。3D Systems公司称收购该公司的目的是获取其用于FDM 3D打印机的长丝材料技术和制造能力。

  4、Voxeljet

  Voxeljet公司是3D打印行业的德国新贵,2013年10月刚于纽交所上市,股票代码VJET。Voxeljet是一家德国公司,专注于3D打印技术在工业和商业领域的应用。Voxeljet共有5款3D打印设备,除了为客户提供3D打印设备和耗材之外,还为客户提供复杂模具和模型定制。这些客户集中于汽车、医疗、艺术、电影、科技领域。Voxeljet有一款特色3D打印机VX4000,堪称3D打印机中的巨无霸,具备4Mx2Mx1M的成型体积。官方标称它可以持续24x7的不间断工作,且可以批量打印,具备强大的健壮性和极高的科技性。

  最近Voxeljet公司股价被机构做空,被称作甚至不是一家公司,只是一个爱好者而已,又被爆出第三季度仅卖出三台3D打印机。看来Voxeljet公司日子不太好过。

  5、ExOne

  总部位于美国的ExOne公司成立于2005年,从母公司ExtrudeHone独立,2013年2月份在纳斯达克IPO(NASDAQ:XONE)。

  Exone公司提供两种增材制造系统,分别用来打印砂型和金属零件,技术分别起源于德国一家叫做Generis和MIT。砂型的尺寸最大能够做到18001000700mm,而金属的尺寸能够做到780400400mm。其所采用的是最早被称作3D打印的技术,即用喷头在砂型或者金属粉末中打印粘接剂,扫描成型。对于金属材料,将打印出的模型去掉多余部分,然后在炉中加热去除粘接剂,同时融化金属粉末使之粘结,必要时进行二次加热去除材料中的空隙。除了沙子和金属外,还可以制作玻璃制品。

  在制造设备的同时,ExOne还提供打印服务和解决方案。2012年ExOne总共卖出了13套系统,在全世界共设立有6家服务点。2013年上半年,实现收入1720万美元,同比增长132%,亏损700万美元。

  6、ArcamAB

  ArcamAB是一家瑞典企业,于1997年成立,在NASDAQOMX斯德哥尔摩上市(STO:ARCM),在美国、意大利、中国和英国设有办公室。与其他公司不同,该公司采用的是电子束快速成型技术而非激光快速成型。与激光相比,电子束的能量更大,因此融化金属粉末的速度更快;对于表面反光的零件,电子束更有优势;另外,电子束的能量转换效率高,更节省能源。总体而言,制造出的零件质量更高。但是,电子束的缺点在于需要在真空环境中使用,比起激光所需要的惰性气体保护,要求更为复杂;电子束枪的使用没有激光器方便。

  ArcamAB公司的2款打印机产品主要针对的是航天工业和外科整形市场,能制作的最大零件尺寸为200200180mm,同时提供多种型号的钛合金粉末和钴铬合金粉末。在外科整形市场上,ArcamAB公司自2007年以来,在全球已提供了3万件以上的植入物。

  2013年上半年公司实现收入9210万瑞典克朗(约合1414万美元),同比增长80%。净利润760万瑞典克朗(约合117万美元)。

  四、中国国家级3D打印研究院少,多数是校级研究单位

  1、清华大学

  该校机械工程系是国内在金属机械锻压以及材料成形方面科研实力较强的单位,早期由颜永年教授带领的团队在金属快速成形上取得诸多成就。

  3D打印技术在中国兴起于上个世纪八九十年代,那时美国、日本虽然提出这个概念已近十年,但是真正成规模的研发才刚刚起步。1986年,美国诞生了世界上第一家生产3D打印设备的公司3DSystems。这时,一批正在美国游学访问的中国学者率先被吸引了,回国后立刻启动相关研发。这其中,清华大学教授颜永年是其中之一,后来被认为是中国快速成形技术的先驱人物之一。

  1988年,正在美国加州大学洛杉矶分校做访问学者的颜永年,偶然得到了一张工业展览宣传单,其中介绍了快速成型技术。10月底回国后,颜永年就转攻这一领域,并多次邀请美国学者来华讲学,并建立了清华大学激光快速成形中心。

  最初的起步并不容易。颜永年希望从美国引进设备进行研究,但是设备太贵,不得已辗转找到香港殷发公司寻求合作,后者是美国3D Systems的代理商。双方达成协议,由清华大学提供场地、人员等,香港殷发公司提供设备,成立北京殷华快速成型模具技术有限公司。这是国内第一家3D 打印公司,由颜永年担任董事长,并于1994年7月通过鉴定被评为填补国内空白。

  2、北京航空航天大学

  瞄准前沿问题、立足国家重大的战略需求做科研。这是北京航空航天大学材料科学与工程学院北航王华明教授及其团队多年来不懈努力的方向,也是他们未来持续发展的动力目标。

  王华明,男,1962年5月出生,汉族,四川省合江县人,中共党员。1989年毕业于中国矿业大学北京研究生部矿山机械工程摩擦学专业,获博士学位。1992年获德国洪堡基金会洪堡基金,并于1992.10~1994.11赴德国埃尔兰-根纽伦堡大学 金属科学与技术研究所进行国际合作研究(洪堡学者),回国后,到北京航空航天大学材料学院任教,先后任处理专业教研室科研副主任、主任、材料加工工程学科部主任、材料学院材料加工工程系主任、北京市特种功能能材料与表面技术重点实验室副主任等职。1991年在中国国科学院金属研究所破格晋升副研究员,1995年在北京航空航天大学破格晋升教授,1996年被评为博士生导师,现任北航材料加工工程学科责任教授、北航《蓝天计划》蓝天学者特聘教授。2006年受聘为北京航空航天大学材料科学与工程学院长江学者特聘教授。

  王华明教授主要从事以下几个方向的研究:

  提出激光熔覆多元多相过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层研究新方向,研究出Cr3Si/Cr2Ni3Si等耐磨性能优异并同时具有反常磨损-载荷特性、反常磨损-温度特性、不粘金属特性等性质的过渡金属硅化物多功能涂层材料新体系10余个,系列研究论文被《Advanced Coatings Surface Technology》国际期刊专题报道;

  在对高推重比航空发动机关键摩擦副零部件高温高速超常摩擦学行为深入研究基础上,研究出含碳量高达9~12%的激光熔覆超高碳Cr-Ni-C高温自润滑特种耐磨涂层新材料,在我国某新型航空发动机关键热端高温耐磨运动副零部件上得到成功应用,获国防科学技术奖二等奖;

  在对钛合金非接触激光熔化冶金晶体择优生长特性深入实验与理论研究的基础上,发明定向生长柱晶钛合金激光区域约束熔铸冶金材料制备与发动机叶片等复杂零件激光直接成形新技术,钛合金高温持久寿命提高10倍以上;

  突破飞机钛合金等高性能金属结构件激光快速成形关键技术及关键工艺装备技术,激光快速成形BT20钛合金机身关键结构件通过装机试飞前构件全部地面考核并已通过装机评审即将完成实际装机应用;将合金超纯净精炼、定向凝固、快速凝固等三大先进高温合金制备技术与激光快速成形技术有机融合为一体,提出超纯净径向微细柱晶梯度组织高性能高温合金涡轮盘新思路及其近终形零件激光直接成形制造新技术,成功制造出直径达450mm的超纯净径向微细柱晶梯度组织高性能高温合金涡轮盘件;

  发明了水冷铜模激光熔炼炉及难熔、难加工、高活性金属材料激光熔铸材料制备与零件直接成形新工艺,成功实现W等难熔合金及W/W5Si3等难熔金属增强超高温原位复合材料及其零件的激光熔铸冶金制备与成形制造,为难熔难加工高性能合金材料的制备与复杂零件成形制造找到了一条新的途径;

  发现高Jackson因子小面晶体光滑液-固界面及台阶生长机制对凝固冷却速度及界面过冷度的高度不敏感性,对在经典凝固理论中被广泛接受的随凝固冷却速度或界面过冷度的增加、小面晶体液/固界面结构将由原子尺度光滑向原子尺度粗糙转变、生长机制由侧向生长向连续生长机制转变经典凝固理论著名推论的适用范围进行了合理补充。

  围绕大飞机等国家重大专项及重大装备制造业发展的战略需求,北航王华明教授带领他的创新团队,产学研紧密结合,经10余年持续研究,自主创新,发明了系列激光成形新工艺、内部结构控制新方法和大型工程成套新装备,使我国成为迄今世界上唯一突破该技术并实现装机工程应用的国家。该成果为钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂关键构件的高性能、短周期、低成本、快速制造提供了技术新途径,对提升我国飞机、航空发动机等重大装备研制生产能力、提高性能、降低成本,具有重大应用价值和广阔应用前景。在2012年度国家科技奖励大会上,该项成果荣获国家技术发明一等奖,同时,这也是北航9年来获得的第八项国家科技奖励一等奖。

  3、大连理工大学

  世界最大激光3D打印机诞生在大连!这则消息令人振奋,也引发了更多人对3D打印技术的好奇。

  10年前,如果提起3D打印这个词,你也许会觉得很陌生。但是从2002年起,大连理工大学材料工程系姚山教授就开始从事相关技术的研究了,直到近日有媒体爆出其研发的世界最大激光3D打印机已进入调试阶段,姚山这个名字才被人们所熟知。要想了解他与3D打印机的故事,还要从他所研究的铸造行业说起。

  姚山回忆,自己读本科时选择的就是铸造专业,读研究生时他仍没有放弃该专业,那时工业3D打印技术在国内还不被人所熟知。2002年,他带相关专业方向的研究生时开始与3D打印技术结缘。那时,他的团队只是搭建了一个简单的实验平台。虽然它的工作原理基于三维模式,有自己的运动轴,也有千斤顶在做Z向运动,但是并不能称其为3D打印机,准确的应该叫做选择性激光烧结运行机构。

  经过两年的时间,姚山及他的团队已研制出三台相关设备,2004年直到第三台设备面世,3D打印理念才粗具规模。这台设备与之前的设备最大的不同就是其采用了激光快速成型的新方法,其主要工作步骤分为Z向分层、激光单层轮廓扫描、形成失效分割线、逐层扫描并叠加、材料整体加热固结、固结件分离成型等。在姚山看来,因为有了之前点点滴滴的努力与改变,才会有即将正式面世的世界最大激光3D打印机。

  4、华中科技大学

  该校史玉升教授团队开发出全球最大的3D打印机。这种3D打印机主要打印工业制品,包括各种加工零件、装备材料等。长宽尺寸小于1.2米的零件,都可用这台机器打印出来。其好处是,既能降低设计与制造的复杂度,又能大幅缩短铸件的生产周期。目前,该校正牵头拟建全国首个3D打印工业园,集3D打印设备制造、材料制造、产品加工服务于一体,推动3D打印规模化生产。

  史玉升:男,1962年生。博士,教授,博士生导师,华中科技大学特聘教授。现任华中科技大学材料科学与工程学院副院长、材料成形与模具技术国家重点实验室副主任、湖北省先进成型技术及装备工程技术研究中心副主任、中英先进材料及成型技术联合实验室副主任、材料化学与服役失效湖北省重点实验室学术委员会委员、湖北省机械工程学会理事、湖北省机电一体化技术应用协会理事、中国机械工程学会高级会员、中国机械工程学会特种加工分会青年工作委员会委员等职务。

  史玉升长期从事快速制造和农业节水产品快速开发等领域的教学和科研工作,近年来承担863重大项目等28项,作为第一负责人主持16项;获发明专利4项、实用新型专利7项,受理发明专利18项、实用新型专利2项;软件登记3项;项目鉴定4项;教材专著4部;论文100多篇,三大索引收录80多篇;成果达到国际先进或领先水平,获国家二等奖1项、省部级一等奖1项、省部级二等奖3项;领导的研究团队获2004年湖北省自然科学基金创新群体;建立了粉末材料激光快速成形技术的学术体系及集成系统,在国内外200多家单位得到广泛应用,取得了显著的经济与社会效益;建立了成套的农业节水产品低成本快速开发理论与方法,取得一系列创新成果,并得到应用。

  5、杭州电子科技大学

  该校徐铭恩教授团队研发出国内首台生物3D打印机,能够直接打印出人体活细胞。以这些细胞为基础,打印机还可打印诸如骨骼修复器件、人工器官等生物材料。他曾表示,说到生物3D打印还有一个概念叫生物制造,这也是我国生物3D打印的前驱颜永年教授提出的一个概念,就是以3D打印为基础的生物医学,为制造技术在生物医学方面的应用开辟了新的领域。

  所谓的生物3D打印,首先面向的问题是生物医学的问题,以三维设计模型为基础,通过软件分层离散和数控成型的方法,用3D打印的方法成型生物材料,特别是细胞等材料的方法,就叫生物3D打印。生物3D打印是3D打印技术研究最前沿的领域,说到生物3D打印还有一个概念叫生物制造,这也是我国生物3D打印的前驱颜永年教授提出的一个概念,就是以3D打印为基础的生物医学,为制造技术在生物医学方面的应用开辟了新的领域。

  目前在生物3D打印领域的研究和应用:一,细胞3D打印;二,细胞3D打印技术在药物研发领域的应用也非常广泛;三,细胞芯片;四,手术器械的3D打印。

  6、华南理工大学

  该校杨永强教授团队从2001年左右开始研究3D打印技术,目前主要研发方向是牙齿、假肢、金属部件等。2004年,该团队与国内企业合作研发了国内第一台选区激光熔化快速制造设备DiMetal-240。

  杨永强,工学博士,教授,博士生导师。1982.7 获天津大学机械系金相专业学士学位,1987.6 获天津大学材料系硕士学位,1993.4 获天津大学机械系焊接博士学位。1987.7 至 1996.7 天津纺织工学院机械系激光加工研究室工作, 先后任讲师、副教授。1996.8调入华南理工大学机电系(机械工程学院)。2001年1-7月,裘槎(Croucher)学者身份在香港理工大学制造工程学系激光加工中心合作研究, 2001年8月至2002年9月在德国Fraunhofer institute for laser technology (激光技术研究所)研修。现任焊接科学与技术研究所所长。广东华欧焊接工程中心主任。广东省机械工程学会焊接分会常务理事,副秘书长,广州市机电工程学会焊接学会副秘书长。华南激光焊接实验中心主任。

  7、西北工业大学

  走进西北工业大学,浮雕翱翔映入眼帘,羽人飞翔、嫦娥奔月、琴高游海的故事栩栩如生地展现在眼前。这是中华民族远古时代的美丽神话,也是西工大人推动我国航空、航天、航海事业发展的不懈追求。

  在激光制造工程中心,一项神奇的技术也在助推着我国的大飞机梦3米高的C919飞机中央翼缘条是大型钛合金结构件,通过3D打印技术迅速成型。原来,随着航空技术的发展,零件构造越来越复杂,重量却要求越来越轻,传统工艺很难制造。应用激光立体成型技术解决了这一难题。凝固技术国家重点实验室主任黄卫东说,他从1995年开始对这一技术进行攻关,终于在2012年完成了其在大飞机上的应用。

  采用激光立体成形技术来解决飞机大型钛合金结构件制造技术难题,是C919飞机总设计师吴光辉的强烈愿望。钛合金应用量是现代飞机先进性的一个代表性指标,然而,我国在大型钛合金结构件的制造技术能力上同欧美相比还有很大的差距,在满足C919飞机需求方面还存在严重的技术困难。在这个关键时刻,吴总注意到西工大在大型钛合金结构件的激光立体成形技术方面所取得的成就,寄希望于采用这项先进的新技术来解决大飞机制造中面临的困难,同时形成中国大飞机制造具有自主知识产权的特色新技术。吴总找到西工大姜澄宇校长,表达了中国商飞希望西工大给予技术支持的愿望,得到姜校长的积极响应。

  受吴总的委托,商飞公司C919飞机负责结构强度的副总设计师周良道一行于2011年1月22日专程到西工大调研考察激光立体成形技术的情况,并商谈为C919飞机制造大型钛合金结构件的合作。现场考察后,周良道说:我们找对人了,商飞愿意同西工大通力合作,应用激光成形技术解决C919飞机钛合金结构件的制造问题。

  原来,商飞此前曾经同一些单位在激光成形技术方面有过合作交流,但是不能令人满意,特别是一些技术上的疑问一直未能澄清。对于一种新技术,用户方从谨慎的态度出发,必然会有很多疑问,不澄清所有的疑问,新技术是难以得到应用的。特别是大型商用飞机,应用上的绝对安全性要求技术上的高度可靠性,容不得技术上有任何含糊。心中诸多疑问完全释然的周良道,下决心同西工大合作,采用激光成形技术制造C919大飞机大型钛合金结构件。3月15日,双方成立联合工作团队,开展C919飞机大型钛合金结构件激光立体成形制造的技术攻关,并按C919飞机的研制节点确定了详细的工作计划,正式进入项目实施。

  于是,学校迅速启动了有效的工程化研究和产业化转化的机制,提供了一块2500平方米的场地建立了西工大激光制造工程技术中心,以技术入股,引入民间资本建立了铂力特激光技术有限公司,为工程化研究的效率和质量提供了机制上的保证。过去,凝固技术国家重点实验室的激光成形设备可成形的最大零件是1.2米,而中国商飞要求制造的最大钛合金结构件接近3米,设备的尺寸和激光器功率都必须大大扩展。凝固技术国家重点实验室激光成形研发团队,以只争朝夕的精神,在一片废墟似的场地建设现代化的工程研究中心,同步进行新的大型设备的安装调试,只用了3个月的时间。

  五、中国3D打印产业联盟分散

  1、世界3D打印技术产业联盟落户南京

  由亚洲制造业协会、中国3D打印技术产业联盟、英国增材制造产业联盟和美国、德国3D打印行业组织共同主办的2013世界3D打印技术产业大会于5月29-31日在北京举行,世界3D打印技术产业联盟将同期发起成立,总部基地将落户南京。

  亚洲制造业协会首席执行官、中国3D打印技术产业联盟副理事长兼秘书长罗军介绍说,尽管3D打印技术目前已经相对成熟,且被认为是推动第三次工业革命的重要引擎,但是全球产业化的序幕才刚刚拉开。他希望通过世界3D打印技术产业大会,搭建3D打印行业间的对话平台,整合全球优势资源,形成合力,抱团发展。

  2、西部首个3D打印产业创新联盟成立

  6月27日,成都增材制造(3D打印)产业技术创新联盟成立。该联盟以制造企业为主体,由成都市高等院校、材料研发企业和机构、工业设计企业、科研院所、3D打印服务应用提供商和其他团体自愿组成,将对本地区3D打印产业改革和发展的情况进行调查研究,为政府制定产业发展规划、产业政策、技术政策等重大决策提供参考和建议等。这也是西部地区首个3D打印产业技术创新联盟。

  当前成都在3D打印技术的主要应用领域积淀了相当技术基础,特别在航空关键零部件制造、金属材料等领域,具有突出的比较优势。因此,成都将借助该联盟,建立服务本地区3D打印的技术开发平台,并通过政府引导、主体企业支持、自主发展的模式,形成规模化3D打印体系,瞄准材料制造、航空应用等产业链高端环节率先突破,大力发展飞机整机维修、航空发动机叶片修复3D打印技术等,加快打造特色鲜明的国家航空产业3D打印示范基地。

  根据协议,今后联盟成员将协同创新,力争突破一批核心关键技术、掌握一批自主知识产权、形成一批战略性新兴产品。当天,5719工厂正式启动了成都增材制造(3D打印)产业工程技术研究中心,并分别与四川有色科技集团、成都真火科技有限公司、四川大学签署协同创新意向协议,将开展金属材料、热源装备、系统集成等项目的联合攻关。

  3、湖北3D打印产业联盟

  2013年12月22日,据光谷未来科技城介绍,湖北省首个3D打印产业联盟在科技城成立。联盟20家企业首次牵手,试图在叫好不叫座的3D打印市场闯出破冰之路。

  湖北省3D打印产业技术创新战略联盟包括滨湖机电、金运激光、微思科技等企业。这些企业在相关领域的技术,在全国都位居前列。联盟副秘书长周钢介绍,此次成立联盟,打通上下游产业链,实现企业间资源共享。例如,联盟内部从事打印设备制造的有滨湖机电,从事3D打印材料的有华烁科技,从事云工厂运营的有金运激光。此外应用有3D服装应用的微思科技,3D互联网社区的睿捷信息等。这是一条比较完整的产业链,联盟企业之间可以更好的配合。

  业内人士介绍,3D打印技术覆盖面广,应用领域多,但受制于打印材料等限制,在市场大规模应用方面一直没有大的突破。加上社会上对新技术不够了解,3D打印的推广受到很大限制。联盟成立后,将尽快筹建3D打印服务平台,以较低的成本价为本土中小企业提供服务。

  4、浙江3D打印产业联盟

  联合浙江省3D打印技术上下游资源,推动产业间的交流对话,促进产业间协同创新发展。9月25日上午,由浙江省经信委联合浙江大学、浙江工业大学等权威科研机构和3D行业领先企业共同发起的浙江省3D打印技术产业联盟正式宣告成立。浙江省经信委副主任邓国强在联盟成立仪式上致辞。

  要积极推进、务实筹划浙江省3D打印产业的发展,做到产业协同、融合发展,在整合多方资源的基础上,实现合作共赢。联盟理事长李涛宣读了联盟宣言,联盟研发工作组和应用服务工作组发布了未来三年的工作计划。与会专家学者和企业家分别就3D打印技术的现状与前景展望、3D打印与工业制造,3D打印与文化创意,3D打印与生物医疗等议题展开深入研讨。

  浙江良好的创业创新环境以及扎实的产业基础,孕育了3D打印产业在浙江的发展,浙江大学、浙江工业大学、杭州电子科技大学、杭州师范大学等高校与科研单位积极地进行3D打印关键技术与应用研究。

  5、杭州3D打印产业联盟

  2013年12月15日杭州市3D打印产业联盟成立,同时被认定为省级联盟。此次联盟由杭州先临三维科技股份有限公司等26家企业发起,有效整合杭州市3D打印产业上下游资源,推动形成设计-材料-制造-应用协同创新产业链,加快3D打印技术在有关产业的推广应用,提高杭州在全国3D打印产业中的地位。

  杭州市委市政府高度重视3D打印技术的研发,应用推广及产业化发展,积极推动3D打印与数字化技术在各领域的应用,助推区域经济升级。在文化创意领域,推进科技与文化的深度融合,在工业制造领域,助推企业新产品开发转型升级,在生物医疗领域,提高医疗诊疗与服务水平。

  3D打印技术应用很广,包括产品设计、模具开发、产品开发以及医疗电子商务等领域,大家应该在这大热时期抓住机会,积极拓展市场。杭州市3D打印产业联盟秘书长黄贤清这样说道,如果能够抓住时机,或许3D打印技术会成为新一代创业者的致富之路。

  3D打印技术无法完全替代传统技术,不过它可以推动我们设计制造方式的优化。3D打印产业联盟理事长李涛举了这样一个例子:一个年轻人,用了2年的时间利用3D打印技术设计了一款轻量化手抓系统,使设备从原来的1500克降到了现在的210克,售价从原来的3000欧元降到了1500欧元,而整套产品的加工时间从2个月大大缩减到了现在的10天。这个小伙子又用了2年的时间去普及这款产品,最终,他用4年的时间积累了原本70年都无法达到的财富。3D技术为整个行业带来的创造力与价值让人咂舌。

  3D打印技术是机器换人发展过程中非常重要的环节。政府要致力于推广新技术,对企业进行正确的引导,并且加大相关政策的扶持力度,增进企业间的交流与合作。市经信委主任赵纪来说,杭州明年还将投入专门资金来扶持3D打印技术的发展。

  六、美国国家增材制造创新研究所阵容庞大

  在美国,除了世界鼎鼎有名的橡树岭国家实验室、劳伦斯伯克利国家实验室、阿贡国家实验室、埃姆斯国家实验室、国家航空航天局(NASA)设有专门的研究金属材料团队之外,还有一些并不耳熟能详但是在高端金属研究领域极具地位的研究所,其中包括美国金属加工技术国家中心(NCEMT)、美国国家增材制造创新研究所。

  橡树岭国家实验室下设一个专门的材料科学和技术部,该部门是由之前的凝聚态物质科学部和金属与陶瓷部整合而成的,金属方面的研究涉及合金、材料在极端环境,如高温、强腐蚀性介质、强辐射下的交互以及材料的物理应用,其中包括材料的超导、热电、储氢、光电催化、能源存储性能等。

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