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电子增材制造:全球产业链重构变革的新机遇
(2024年12月21日更新)

近年来,受反全球化、贸易保护主义崛起、新冠肺炎疫情等多种因素叠加的影响,全球产业链供应链的安全稳定运行受到重大影响,俄乌突如其来的冲突给全球产业链供应链带来了新的打击。过去,各国在全球化背景下形成的产业链供应链暴露出其脆弱性,断链和脱钩的风险继续上升。发达国家开始重新审视制造业外包等去工业化政策,采取各种措施振兴当地制造业,促进制造业回归。增材制造技术已成为提高工业制造能力、解决供应链问题的关键途径。

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从数据来看,近年来增材制造市场规模呈规模增长趋势,但主要集中在结构件制造上。在电子增材制造领域,实现工业化应用的企业很少。电子制造业作为工业经济增长的重要支柱,具有周期长、链条长、分工细、复杂等特点,在当前形势下更容易受到影响,容易断裂。 如何在动荡的黑天鹅事件中生存和发展是一个亟待解决的问题,大力发展电子增材制造将是当前形势下的关键突破。

本文的核心观点:

1、 在新形势下,逆全球化趋势对制造业提出了向网络和分散方向发展的需求。增材制造可以提供个性化、本地化、轻量化的解决方案,正成为智能制造时代有效保证供应链弹性和安全的关键技术和生产模式。

2、 在全球严格控制双碳目标和俄乌冲突导致能源价格大幅上涨的背景下,制造业如何进一步节能和减排变得更加紧迫。只有通过全面的技术升级,高能耗、高污染的电子制造业才能突破阻力。现在看来,在电子制造业引入增材制造模式将是解决这一问题的有效途径。

3、 纵观全球电子产业链迁移的历史,都是技术和成本的角力。电子增材制造作为一种高端制造技术,在提高产业附加值的同时,也兼顾了效率、成本、环保等重要优势。抓住当前机遇实现产业化将是占据供应链主导地位的关键。

电子增材制造模式能有效保证供应链的安全性和弹性

自2018年以来,随着贸易保护主义、中美贸易摩擦、新冠肺炎疫情、俄乌冲突等因素的影响,全球化背景下形成的产业链供应链暴露出其脆弱性,全球产业链供应链断链和脱钩的风险继续上升。过去,全球产业链供应链配置的内在逻辑是效率第一。现在,主要经济体出台了加强产业链供应链国家干预的政策措施,确保产业链供应链的安全已成为国家长期发展的战略考虑因素。全球产业链供应链逐渐收缩集聚到一个地区或一个国家及其周边地区,呈现区域化和本地化的趋势。分散的本地生产已成为未来一种重要的生产方式。增材制造技术已成为多国政府共同认可的有效解决供应链问题的关键途径。

将增材制造理念引入电子制造领域。增材制造是一种快速成型技术,是近年来发展迅速的新兴技术,属于高端制造业。但目前市场上以结构性增材制造为主,专注于电子增材制造业的企业很少。事实上,由于其周期长、链条长、分工细、复杂等特点,电子制造在当前形势下更容易受到影响,容易断裂。保障电子制造业供应链的安全性和弹性作为信息时代的核心组成部分,已成为各国关注的焦点之一。

将添加剂制造引入电子制造领域,即利用优化的图形印刷作为添加剂制造工艺,使功能导电材料在衬底上一次成型,无需后续的减料工艺。与蚀刻法等后期去除材料等传统电子制造方法相比,简化了添加剂制造的生产工艺、生产设备和所需材料,生产工艺接近零污染排放,具有轻量化、灵活化、绿色环保等自然优势,可以快速实现分散的本地生产模式。相比之下,传统的电子制造模式工艺繁琐,设备大,生产现场建设周期长,劳动力需求大,资本投资往往数亿或数十亿,具有当地承担能力需要很长时间。以2022年某重大FPC以工业项目为例,基于传统制造技术,建设了3条高精度柔性电路板生产线,总投资约15亿元,工厂面积10万平方米,购买RTR压膜机、曝光机、钻机、激光切割机等设备400多台(套) ,年产能1000万㎡。在相同的产能建设标准下,电子增材制造可以从资本投资和面积上降低近一个数量级,可以采用工厂甚至工厂支持模式实现全球快速布局,形成区域、短链生产和服务,是有效保证供应链弹性和安全的快速解决方案。

低消耗低排的绿色制造模式是电子制造业发展的必然

近年来,在全球气候变化的推动下,越来越多的国家政府正在将碳减排转化为国家战略,"低能耗、低排放、低污染"低碳经济已成为世界各国未来经济发展的共同选择。电子制造业作为工业生产的重要组成部分,属于高能耗、高排放、高污染产业。如果不采取节能减排的技术改造措施,将难以满足未来发展的要求。

一方面,能源短缺导致生产限电限产,俄乌突发冲突导致全球能源价格飙升,给高能耗行业带来更大压力。高能耗行业绿色升级需求下的工业技术改革势在必行。与传统的电子制造工艺相比,电子增材制造模式能有效降低能耗,满足低碳排放需求。通过直接印刷/打印的过程,将电路直接集成到基底表面。生产过程大大简化,设备能耗低,原材料利用率高,可有效节约近90%的材料浪费,减少60%以上的碳排放。以双面电路板为例,传统蚀刻法生产的等效二氧化碳排放量约为每平方米144kg,液态金属印刷的等效排放仅为63kg,每百万平方米产能可减少8.1万吨二氧化碳排放,也相当于节约3.24万吨煤和3.24万吨净水。

另一方面,随着电子制造过程中化学品的广泛使用和污染物的排放,电子工业对环境的影响使各国不得不制定环境要求的法律法规。电子工业已经进入了许多环境要求有限的环境障碍时代,电子制造技术迫切需要全面实现绿色转型。印刷电路板的生产涉及多种化学品消耗密集型工艺,PCB生产过程中含有铜、镍、铅等多种重金属,并随废水排放。同时会排出大量废气,主要污染物有苯、甲苯、二甲苯丁酮、乙酸乙酯等有机废气,也是PM2.这些污染物的来源之一是大量释放到环境中,对环境和公共卫生构成威胁。

水质截屏图显示在江苏太湖流域附近的蓝色地图数据库中

(来源:IPE 水质监测地图 。红圈、棕圈、黑圈表示水质差到不适合人体接触。罗马数字表示,根据中国国家政府统计的水质分类。

与传统的电子制造模式相比,电子增材制造工艺大大简化,生产工艺无废水排放工艺。液态金属等导电材料无毒无害,能完全满足低能耗、低排放标准和未来长期发展的要求。


把握全球电子产业链迁移的新时机

随着技术的发展和分工的深化,全球电子产业链不断迁移,价值链分工逐渐形成。纵观电子产业迁移史,都是技术和成本共同作用的结果。在过去的十年里,由于其劳动力和资源红利在全球电子产业中的地位不断提高,中国的生产规模达到了世界第一,但仍处于产业链附加值低的下半年。随着以电子信息产业为核心的新一轮全球科技革命和产业变革的兴起,电子产业链的重建已经开始,产业链呈现出迁移趋势。

总体而言,我国电子制造业正面临着发达国家高端回流和发展中国家中低端分流的双向挤压。一方面,高端制造业向发达国家逆转,制造业再次成为全球经济竞争的制高点。各国制定了以重振制造业为核心的再工业化战略。另一方面,越南、印度等东南亚国家也开始依靠资源和劳动力的优势,在中低端制造业努力,以更低的成本承担劳动密集型制造业的转移。在进一步控制成本的同时,电子制造业还需要积极进行技术升级和转型,重点关注高附加值的产业链环节,以满足新的产业发展需求。电子增材制造工艺作为一种高端制造技术,可以实现大面积、高生产速度、低成本的批量生产。其产品还具有灵活性、大面积功能分布等优点,高度符合电子产业的发展Nordic代理这一趋势将开拓传统电子制造手段无法企及的潜在应用市场。

电子添加剂制造技术满足了新兴产业的发展需求。电子产业是一个典型的技术驱动产业,随着电子产品向小、轻、柔性方向发展,电子功能组件、连接结构紧凑、集成要求越来越高,传统刚性电子电路组件不能完全满足新产业发展的需要,柔性电子技术已成为电子技术领域的研究热点。

在平面柔性电子应用方向上,采用电子增材制造技术,可实现柔性基材、超薄基材甚至拉伸基材上电子线路的直接打印/打印,从而实现超柔性、抗弯曲、弹性电路产品等FPC功能部件/连接器、透明显示屏、柔性传感器等。在满足产品柔性功能要求的同时,还可以结合卷对卷生产实现大面积、高产量的批量生产。


此外,在三维结构电路的应用方向上,电子添加剂制造技术也具有独特的优势。通过转移,复杂功能电路直接印刷在电子元件表面或内部,无需连接集成电路板,进一步节省产品内部空间,使电子产品结构更加紧凑,如手机框架天线、蓝牙耳机天线等,可实现三维结构表面共形电路的高产量工业规模制造。

手机共形天线

电子增材制造技术可以实现复杂结构中电路随形变的特点,进一步推动创新产品的研究,为消费电子、移动通信、汽车电子、医疗电子等领域带来无限可能。

目前,电子增材制造业仍处于发展初期,真正实现工业应用并形成一定规模的企业寥寥无几。经过近年来的技术创新和积累,梦之墨公司开辟了原材料和电子增材制造技术的整个环节,实现了小规模应用,成为该领域的实践者和先驱。当然,新兴产业的发展从来都不是一蹴而就的。从最初技术的萌芽到工业化,创造巨大的经济价值往往需要一个曲折而漫长的过程。例如FPC自20世纪60年代以来,该行业天、军事等先进领域以来,该行业经历了几十年的发展。直到21世纪初,随着消费电子产品的快速发展,它才真正实现了大规模应用,从而进入了一个快速发展的时期。电子增材制造技术作为电子制造业升级转型的新兴技术,符合时代发展的要求。随着应用需求的不断扩大,技术和上下游供应链的逐步完善和成熟,也将实现大规模生产,进入快速发展时期。目前是布局电子增材制造领域的好时机。

总结

在世界经济大变革的机遇下,电子制造作为信息时代的核心组成部分,需要引进新的电子增材制造技术,有效保证其供应链产业链的弹性和安全,满足低碳经济和产业发展的新要求。大力发展电子增材制造技术,布局电子增材制造业,对应对短期动荡、长期发展、占据电子制造业价值链的主导地位具有重要意义。目前,已有企业实现了该领域的应用,但从整个产业发展的角度来看,整体还处于发展初期,是开始布局的好时机。


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