3D打?。骸疤魬?zhàn)”無(wú)限可能

3D打印技術(shù)的誕生依托了多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)，是新時(shí)代信息科技發(fā)展的最新成果。有業(yè)內(nèi)人士將2012年稱(chēng)為“3D打印元年”，這一年，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬提出建設(shè)全美制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，并將3D打印確定為方向之一；英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》刊登了一篇文章，認(rèn)為3D打印將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”，并稱(chēng)這是“制造業(yè)未來(lái)的趨勢(shì)”；中國(guó)于2012年10月成立了中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟……似乎就是從那時(shí)起，全球迅速形成了3D打印技術(shù)熱潮。

  3D打印是什么？

  3D打印的基本原理是斷層掃描的逆過(guò)程。斷層掃描是把某個(gè)東西“切”成無(wú)數(shù)疊加的片，而3D打印則是通過(guò)連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來(lái)生成三維實(shí)體的技術(shù)，因此3D打印又被稱(chēng)為“增材制造技術(shù)”。

同傳統(tǒng)加工方法相比，3D打印有其自身的優(yōu)勢(shì)，克服了傳統(tǒng)制造業(yè)的些許弊端。①增量制造。3D打印具有材料利用率高、加工成型速度快、時(shí)間短、成型產(chǎn)品密度更均勻等優(yōu)勢(shì)，其中最大的優(yōu)勢(shì)在于不再受制于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。②易于控制成本。運(yùn)用3D打印，無(wú)需開(kāi)模，從而減少制造時(shí)間，降低成本費(fèi)用。③制作方法簡(jiǎn)單。3D打印將多維制造變?yōu)楹?jiǎn)單的由下至上的二維疊加，這種工藝方法實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造一體化，使最終固結(jié)成型的產(chǎn)品為整體成型制造、自然無(wú)縫連接，從而完成傳統(tǒng)制造方法難以或無(wú)法加工的任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)。④ 降低小批量生產(chǎn)的成本。3D打印機(jī)能夠輕易制造短缺及個(gè)性化零部件，迎合了時(shí)下個(gè)性化的發(fā)展趨勢(shì)。正是基于上述的各種優(yōu)勢(shì)，加之多年的發(fā)展令其形成了一套體系，所以3D打印可應(yīng)用的領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大。包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域、建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域、機(jī)械制造領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、家電領(lǐng)域，以及個(gè)性化市場(chǎng)，等等。

   3D打印市場(chǎng)發(fā)展如何？

   作為新時(shí)代下的先鋒技術(shù)，3D打印受到了發(fā)達(dá)國(guó)家的格外重視。在美國(guó)，3D打印被高度重視并積極推廣。目前，在全球3D打印機(jī)市場(chǎng)中，美國(guó)3D Systems、Stratasys兩家公司的產(chǎn)品占據(jù)了絕大多數(shù)的市場(chǎng)份額。而3D打印這個(gè)領(lǐng)域也已經(jīng)開(kāi)始吸引風(fēng)險(xiǎn)資本的注意。在德國(guó)，德國(guó)聯(lián)邦教研部（BMBF）早在20年前就針對(duì)3D打印技術(shù)提出了長(zhǎng)期的發(fā)展計(jì)劃，柏林工業(yè)大學(xué)3D實(shí)驗(yàn)室在3D打印的研究應(yīng)用方面也取得了一系列的顯著成績(jī)。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，3D打印技術(shù)已經(jīng)初步形成了成功的商用模式，且自2009年以來(lái)，3D打印市場(chǎng)在北美和歐洲急劇增長(zhǎng)。國(guó)際快速制造行業(yè)權(quán)威報(bào)告《Wohlers Report 2011》發(fā)布的調(diào)查結(jié)果顯示，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988年到2010年保持著26.2%的年均增長(zhǎng)速度。報(bào)告預(yù)期，到2016年，包含設(shè)備制造和服務(wù)在內(nèi)的3D打印產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到31億美元，2020年將達(dá)到52億美元，成為下一個(gè)具有寬廣前景的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。

   我國(guó)于近幾年才真正開(kāi)始介入3D打印市場(chǎng)，目前企業(yè)對(duì)3D打印的認(rèn)可度并不高。一方面在于企業(yè)還不能完全擺脫傳統(tǒng)制造業(yè)的思維方式，另一方面則是由于加工成本較高，不宜進(jìn)行批量生產(chǎn)。為了扭轉(zhuǎn)這種局面，我國(guó)工信部已開(kāi)始組織研究制定3D打印技術(shù)路線圖以及中長(zhǎng)期發(fā)展戰(zhàn)略等政策。

   實(shí)則，我國(guó)在3D打印方面已然取得一些成績(jī)。華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)等高校和科研機(jī)構(gòu)相繼研發(fā)出多款3D打印機(jī)，部分技術(shù)已達(dá)到世界領(lǐng)先水平。其中，華中科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十多年努力，已研發(fā)出全球最大的3D打印機(jī)，該設(shè)備可加工零件長(zhǎng)寬最大尺寸均達(dá)到1.2米，從理論上說(shuō)，只要長(zhǎng)寬尺寸小于1.2米的零件（高度無(wú)需限制），都可通過(guò)這部機(jī)器“打印”出來(lái)。

   3D打印的未來(lái)在哪里？

   當(dāng)前3D打印技術(shù)正朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展。

   1. 開(kāi)放性、易操作。3D打印需要廣泛運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具。對(duì)于專(zhuān)業(yè)市場(chǎng)，源代碼開(kāi)放式架構(gòu)控制器和可重構(gòu)設(shè)備模塊將使制造和研究更靈活；對(duì)于非專(zhuān)業(yè)性市場(chǎng)，基于網(wǎng)絡(luò)的新設(shè)計(jì)工具可能允許非專(zhuān)業(yè)人員創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)滿足個(gè)人需求的產(chǎn)品。

   2. 層次更高。隨著智能制造的進(jìn)一步發(fā)展，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等將不斷被應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。未來(lái)，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢(shì)。

   3. 應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。3D打印機(jī)將朝著體積小型化、桌面化，成本低廉化，操作更簡(jiǎn)便的方向發(fā)展，滿足分布化生產(chǎn)、設(shè)計(jì)與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求。此外，軟件要集成化，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計(jì)軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者可直接聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制在線制造。

   4. 逐漸由線上轉(zhuǎn)移到線下。3D打印技術(shù)將使得普通用戶擁有獨(dú)立設(shè)計(jì)與制造工業(yè)產(chǎn)品的能力，讓單品制造幾乎與大規(guī)模生產(chǎn)一樣便宜。到那時(shí)，工廠可能會(huì)因此發(fā)生重組，中國(guó)的制造業(yè)結(jié)構(gòu)也將發(fā)生變化。

   5. 更加普及。隨著3D打印的普及以及技術(shù)的進(jìn)展，到2020年，企業(yè)級(jí)的3D打印機(jī)的價(jià)格將會(huì)降到2000美元。彼時(shí)，3D打印會(huì)從小生態(tài)市場(chǎng)發(fā)展成被普遍接受，每一個(gè)人的不同需求，都能通過(guò)3D打印得到滿足。

   當(dāng)我們可以預(yù)見(jiàn)3D打印的美好未來(lái)時(shí)，卻也不能忽視其目前存在的些許問(wèn)題。

   1. 3D打印產(chǎn)業(yè)正處于產(chǎn)業(yè)化初期階段，面臨諸多宏觀挑戰(zhàn)。主要表現(xiàn)在：①產(chǎn)業(yè)規(guī)?；潭炔桓?，企業(yè)規(guī)模普遍較小；②技術(shù)創(chuàng)新體系不健全；③產(chǎn)業(yè)政策體系尚未完善，缺乏前瞻性、一致性、系統(tǒng)性的產(chǎn)業(yè)政策體系，包括發(fā)展規(guī)劃和財(cái)稅支持政策等；④行業(yè)管理亟待加強(qiáng)；⑤教育和培訓(xùn)制度急需加強(qiáng)。

   2. 材料的限制。3D打印通常使用的材料包括石膏、無(wú)機(jī)料粉、光敏樹(shù)脂、塑料等，制造精度、復(fù)雜性、強(qiáng)度等難以達(dá)到較高要求，一般只能應(yīng)用于模型、玩具等產(chǎn)品領(lǐng)域。工業(yè)級(jí)應(yīng)用的金屬粉末僅有鈦、不銹鋼、金銀等寥寥數(shù)種，材料種類(lèi)亟需擴(kuò)展。

   3. 成本的限制。價(jià)格成本的制約導(dǎo)致設(shè)備需求量難有爆發(fā)性增長(zhǎng)。當(dāng)前3D打印機(jī)價(jià)格較高，昂貴的設(shè)備只能提供有限的價(jià)值。而即使3D打印機(jī)成本能夠降下來(lái)，單個(gè)商品制造成本高的問(wèn)題短期內(nèi)依然得不到解決。使用3D打印機(jī)制造商品，其成本要遠(yuǎn)高于大型企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)后均攤到每一件商品的成本，而后者批量生產(chǎn)的速度也比3D打印產(chǎn)品的制造速度要快得多。

   4. 整個(gè)行業(yè)還沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)。研發(fā)成本和供貨風(fēng)險(xiǎn)都很大，難以形成產(chǎn)業(yè)鏈。

   針對(duì)以上問(wèn)題，很多業(yè)內(nèi)人士也總結(jié)出了些許提升3D打印市場(chǎng)成熟度的建議。

   1. 加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌規(guī)劃。充分認(rèn)識(shí)到3D打印產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的復(fù)雜性、艱巨性和長(zhǎng)期性，積極穩(wěn)步推進(jìn)3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展；統(tǒng)籌處理好管理與服務(wù)之間、政府投入與利用社會(huì)資源之間的關(guān)系，并在發(fā)展中不斷調(diào)整和完善規(guī)劃，建立健全3D打印產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)立法；強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，在規(guī)劃基礎(chǔ)上，從全局出發(fā)，整合各方面的資源，凝聚各方面的智慧，研究推進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的整體框架體系，并結(jié)合實(shí)際不斷完善，創(chuàng)造新的消費(fèi)需求，促進(jìn)消費(fèi)升級(jí)；根據(jù)不同地區(qū)、不同領(lǐng)域的3D打印發(fā)展現(xiàn)狀和需求，分類(lèi)型、分步驟有序推進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

   2. 建立用于研究和教育的公共平臺(tái)基地。由于目前的3D打印設(shè)備價(jià)格高昂，有關(guān)專(zhuān)家建議成立一個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中心，保證每臺(tái)設(shè)備的充分利用。如此，還有助于聯(lián)合高校、企業(yè)和政府部門(mén)的力量，投資于 發(fā)展尖端科技和培養(yǎng)技能人才，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

   3. 建立相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。隨著3D打印產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的日臻成熟，可重復(fù)的系統(tǒng)將會(huì)越來(lái)越多，健全的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)未來(lái)3D打印技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。具體而言，符合國(guó)際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品、工藝與材料認(rèn)證將會(huì)極大地促進(jìn)3D打印技術(shù)的推廣應(yīng)用。

   4. 通過(guò)加大與3D打印相關(guān)的材料研究力度來(lái)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。設(shè)備、軟件、材料是推動(dòng)3D打印產(chǎn)業(yè)化不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，現(xiàn)在業(yè)界主要研究的是設(shè)備和軟件，而材料和維護(hù)成本被視作推廣3D打印技術(shù)的一大障礙。研發(fā)單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等的研究與應(yīng)用。

   5. 加強(qiáng)對(duì)3D打印的宣傳。向普通群眾普及3D打印技術(shù)應(yīng)用方面的知識(shí)，為其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展?fàn)I造良好的社會(huì)輿論環(huán)境。

   3D打印，開(kāi)啟了印刷的新領(lǐng)域。其將傳統(tǒng)的印刷定義重新“包裝”后，擁有了新的生命力。從中長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，3D打印產(chǎn)業(yè)具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前國(guó)內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)距離成熟階段尚有較大距離，所以對(duì)于3D打印市場(chǎng)規(guī)模的短期發(fā)展不宜過(guò)分高估。筆者認(rèn)為，對(duì)于希冀向3D打印轉(zhuǎn)型的印刷企業(yè)而言，現(xiàn)階段對(duì)3D打印領(lǐng)域的投入應(yīng)以加強(qiáng)創(chuàng)新研發(fā)、技術(shù)引進(jìn)和儲(chǔ)備為主。如受到概念炒作影響，在技術(shù)尚未充分完善的現(xiàn)階段大規(guī)模投入產(chǎn)能，那么投資回報(bào)可能將面臨著較大的風(fēng)險(xiǎn)。