3D打印沖擊波

隨著第三次工業(yè)革命的浪潮襲來，

沉寂多年的3D打印急劇升溫，

如何推動其產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)快速健康發(fā)展？

戴著奇妙的手套對“銅首”上下一摸，獲取的三維數(shù)據(jù)立刻傳輸?shù)胶笈_，幾分鐘后，一臺3D打印機(jī)上，一個(gè)一模一樣的“銅首”就出爐了……這是電影《十二生肖》中令人嘖嘖稱奇的鏡頭，雖有些夸張，但現(xiàn)實(shí)版的3D打印機(jī)也十分了得。

不僅能快速打印出恐龍、鳥巢、變形金剛、水杯、衣服、鞋子、首飾等模型和消費(fèi)品，而且還能直接打印出汽車、飛機(jī)、核泵、輪船等工業(yè)裝備上的金屬零部件，甚至可以把皮膚、耳朵、活體細(xì)胞、毛細(xì)血管、藥品打印出來，其中皮膚打印已經(jīng)在整容修復(fù)中實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。

全國政協(xié)委員、中航工業(yè)副總工程師、殲-15總設(shè)計(jì)師孫聰在日前接受媒體采訪時(shí)透露，鈦合金和M100鋼的3D打印技術(shù)已廣泛用于新機(jī)設(shè)計(jì)試制過程。

3D打印作為一種新的制造技術(shù)，實(shí)際上已經(jīng)發(fā)展了20多年，又稱為快速原型、快速成形、增材制造。它的打印流程是：用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)三維模型——對數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化處理——分層堆積出實(shí)物——后期人工打磨處理。

有了3D打印機(jī)，不會用CAD軟件設(shè)計(jì)三維數(shù)字模型怎么辦？美國Outdesk網(wǎng)站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)3D建模“傻瓜化”，任何人把自己的正面和側(cè)面照片傳上去，自動就能形成本人的三維模型。北京3D打印體驗(yàn)館西城德勝科技園，把3D打印技術(shù)和數(shù)字化三維掃描技術(shù)相結(jié)合，每個(gè)人都可以打印出自己的三維模型。

目前，3D打印技術(shù)在新產(chǎn)品開發(fā)、單件小批量生產(chǎn)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、現(xiàn)場制造、個(gè)性化定制等方面顯示了較強(qiáng)的優(yōu)勢，既可以節(jié)約時(shí)間，還可以減少研發(fā)和生產(chǎn)成本，滿足了不同客戶的實(shí)際需求。

中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長、亞洲制造業(yè)協(xié)會首席執(zhí)行官羅軍認(rèn)為，3D打印技術(shù)主要解決了三大制造難題：傳統(tǒng)生產(chǎn)方式難以生產(chǎn)制造的個(gè)性化產(chǎn)品；傳統(tǒng)方式能夠生產(chǎn)制造的，但投入大、周期長、成本高的復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品；雖能設(shè)計(jì)卻無模具完成生產(chǎn)的尷尬。

武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司副總經(jīng)理吳澄對本刊記者說，他們?yōu)閺V西玉柴打印的柴油發(fā)動機(jī)砂芯，如果用傳統(tǒng)方法開簡易模具需要600多萬元，國內(nèi)還做不了，用他們的3D打印技術(shù)只需一周時(shí)間，僅花費(fèi)20萬元。

回顧歷史，一些偉大的發(fā)明確實(shí)能帶來經(jīng)濟(jì)社會的巨變，譬如印刷術(shù)、蒸汽機(jī)、電話、電報(bào)、電視、內(nèi)燃機(jī)、汽車、飛機(jī)、電腦等等，難道3D打印機(jī)也要再次改變我們的世界嗎？

2012年3月9日，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布創(chuàng)立美國“制造創(chuàng)新國家網(wǎng)絡(luò)”計(jì)劃。4月17日，“增材制造技術(shù)（3D打印技術(shù)）”被確定為首個(gè)制造業(yè)創(chuàng)新中心。

隨后出版的英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志在《第三次工業(yè)革命》一文中這樣評價(jià)3D打印技術(shù)：“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動第三次工業(yè)革命的實(shí)現(xiàn)”，“這場革命不僅將影響到如何制造產(chǎn)品，還將影響到在哪里制造產(chǎn)品。”

從美國把3D打印作為國家戰(zhàn)略的舉措，到英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》封面文章提出的“3D打印推動第三次工業(yè)革命”，迅速吸引了全世界的眼球，并引起了各國政府的高度重視，沉寂多年的3D打印急劇升溫。

資本市場熱炒

資本的嗅覺是最靈敏的。去年以來無論美股還是A股市場，3D打印概念的股票可謂出盡了風(fēng)頭。2012年以來，美國最大的兩家3D打印設(shè)備上市公司3D Systems和Stratasys，前者股價(jià)漲幅近3倍，后者股價(jià)翻番。今年2月7日，3D打印公司Exone登陸納斯達(dá)克上市，發(fā)行價(jià)為18美元，上市當(dāng)日暴漲47.33%。

受3D打印走熱和美股刺激，國內(nèi)資本市場也激起千層浪。中航重機(jī)、海源機(jī)械等相關(guān)概念股從年初開始紛紛大漲，有的股價(jià)已經(jīng)翻番。

據(jù)了解，中航重機(jī)受益于北京航空航天大學(xué)教授王華明的科研成果獲獎(jiǎng)。1月18日晚間該公司發(fā)布公告稱，王華明教授由于鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)研究的卓越成就獲得了2012年度國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。而此技術(shù)，正是3D打印技術(shù)的一種。受此影響，中航重機(jī)股價(jià)持續(xù)走高。

但中航重機(jī)表示：“公司的激光快速成形技術(shù)確實(shí)涉及到3D打印，但是暫時(shí)還沒有產(chǎn)業(yè)化的打算。因?yàn)橛袃煞矫娴膯栴}需要解決：一是取得相關(guān)資質(zhì)，二是廠房建設(shè)。這些短時(shí)間內(nèi)都不可能得到解決，所以該業(yè)務(wù)不會對公司業(yè)績造成太大影響。”

海源機(jī)械由于牽手“中國3D打印開創(chuàng)者之一”清華大學(xué)顏永年教授，也同樣受到了資本的追捧。可海源機(jī)械工作人員表示：“公司目前只與昆山永年簽訂了合作意向書，還沒有確定具體的研發(fā)項(xiàng)目。目前只是有這方面的打算而已，3D打印業(yè)務(wù)不會對公司2013年的業(yè)績產(chǎn)生巨大影響。”

清華大學(xué)激光快速成形中心林峰教授對此認(rèn)為，美國的企業(yè)無論技術(shù)、資金和市場規(guī)模都非中國的企業(yè)所能比，美國的資本運(yùn)作和產(chǎn)業(yè)重組都已經(jīng)進(jìn)入3D打印行業(yè)了，中國的3D打印產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期，市場規(guī)模很小。前段時(shí)間，股市中的3D打印概念走熱，純粹是炒作，許多企業(yè)根本就沒有涉及3D打印業(yè)務(wù)，甚至都不知道3D打印是什么。

針對大量資本和企業(yè)準(zhǔn)備涉足3D打印，林峰呼吁，希望理性投資，切實(shí)有助于提升3D打印的技術(shù)水平和推廣應(yīng)用，彌補(bǔ)中國3D打印產(chǎn)業(yè)的短板和軟肋。比如材料研發(fā)、軟件開發(fā)、創(chuàng)意設(shè)計(jì)、商業(yè)模式創(chuàng)新等，而不是盲目跟風(fēng)，炒作圈錢。

《國際增材制造行業(yè)發(fā)展報(bào)告》顯示，3D打印技術(shù)2011年全球直接產(chǎn)值為17.14億美元。而據(jù)業(yè)內(nèi)人士估算，國內(nèi)的3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模僅有3～4億元人民幣。美國的3D Systems公司和Stratasys公司，2011年銷售收入分別為2.3億美元和1億多美元，而國內(nèi)3D打印企業(yè)的銷售收入都是幾千萬元人民幣。

生產(chǎn)方式變革

“3D打印第一波小高潮發(fā)生于上世紀(jì)80年代末90年代初，從制造方法上來說，確實(shí)是一個(gè)革命。”北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司總經(jīng)理馮濤告訴記者，美國很快涌現(xiàn)出多家3D打印公司，共有5家企業(yè)在納斯達(dá)克上市。到了21世紀(jì)初，3D打印沉寂下來，許多人開始質(zhì)疑這種技術(shù)的可靠性，當(dāng)時(shí)只能做一些塑料模型，強(qiáng)度和精度都不高。

最近幾年，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，特別是在醫(yī)療、軍工、航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用取得了明顯進(jìn)展，一些重要零件、復(fù)雜零件、新的結(jié)構(gòu)零件可以直接3D打印，占到應(yīng)用比例的20%，而五年前不到10%。這引起了業(yè)內(nèi)人士的高度關(guān)注。此外，便宜的消費(fèi)品3D打印機(jī)開始推向市場，大約幾百美元或幾千元人民幣，為3D打印技術(shù)的普及奠定了基礎(chǔ)。

對于3D打印技術(shù)的影響，見仁見智。激進(jìn)派認(rèn)為，傳統(tǒng)工程師使用的車床、鉆頭、沖壓機(jī)、制模機(jī)等將一去不復(fù)返，甚至將顛覆整個(gè)傳統(tǒng)制造業(yè)，開啟社會化制造新時(shí)代。

“3D打印機(jī)將來不是要取代某一個(gè)制造業(yè)，而是要取代幾乎所有的制造業(yè)。”作為世界首個(gè)公布3D打印機(jī)開源數(shù)據(jù)信息的科學(xué)家，英國工程學(xué)家阿德里安？鮑耶表示，“未來你想要什么，只需下載圖紙，按一下‘打印’鍵，就可以去喝咖啡、聽音樂了，剩下的所有事，請統(tǒng)統(tǒng)交給打印機(jī)。”

3月23日，中國航空工業(yè)集團(tuán)公司董事長林左鳴在國務(wù)院發(fā)展研究中心主辦的中國發(fā)展高層論壇上表示，包括3D打印技術(shù)在內(nèi)的技術(shù)進(jìn)步可能引起生產(chǎn)方式的巨變，第三次工業(yè)革命將以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化為核心，實(shí)現(xiàn)由“大規(guī)模生產(chǎn)”向“自生產(chǎn)”的轉(zhuǎn)變，使人類進(jìn)入“自工業(yè)化”時(shí)代。

林左鳴以航空工業(yè)領(lǐng)域?yàn)槔赋觯谧怨I(yè)化時(shí)代，以后可能不是飛機(jī)制造公司造飛機(jī)，而是飛機(jī)的用戶——航空公司采取自工業(yè)化方式生產(chǎn)飛機(jī)，由它們組織全世界氣動力學(xué)專家、結(jié)構(gòu)力學(xué)專家通過互聯(lián)網(wǎng)平臺一起來研究飛機(jī)怎么設(shè)計(jì)。原來是制造商和消費(fèi)者分離，現(xiàn)在是制造商和消費(fèi)者合為一體，開展自工業(yè)化。

北京市長城企業(yè)戰(zhàn)略研究所所長王德祿也深有同感，3D打印技術(shù)對制造業(yè)升級的影響力和重要性毋庸置疑。上一輪的工業(yè)革命中，制造業(yè)主要通過批量化的流水線制造和集約生產(chǎn)來降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益。借助于3D打印，開放式設(shè)計(jì)、定制化生產(chǎn)和分布式生產(chǎn)皆可以相對合理的成本實(shí)現(xiàn)。3D打印將引發(fā)真正意義上的制造業(yè)革命，產(chǎn)業(yè)組織形態(tài)和供應(yīng)鏈模式都將被重新構(gòu)建，帶來無窮的創(chuàng)新空間。

對于3D打印到底對制造業(yè)能產(chǎn)生多大的影響，一些業(yè)內(nèi)專家和企業(yè)人士持謹(jǐn)慎態(tài)度。“我們應(yīng)對3D打印有一個(gè)正確的定位和認(rèn)識。3D打印技術(shù)在生產(chǎn)制造中所占的比例正在上升，但對傳統(tǒng)制造業(yè)更多是補(bǔ)充而非顛覆。” 中國工程院院士盧秉恒說。

不過，盧秉恒也充分肯定發(fā)展3D打印對于中國的意義，“中國是制造大國，制造能力過剩，但設(shè)計(jì)研發(fā)能力不足。而3D打印技術(shù)正是輔助和加速設(shè)計(jì)與研發(fā)的手段。我們應(yīng)該高度重視這一技術(shù)，投入科研和其他力量，并大力推廣。這樣才能真正使我們國家變成制造強(qiáng)國。”

北京太爾時(shí)代總經(jīng)理郭戈也比較低調(diào)，3D打印目前還沒有那么大的能量，從行業(yè)現(xiàn)狀看，3D打印的市場規(guī)模還較小。如果它是一個(gè)非常好的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，那么不可能發(fā)展20多年了，還是目前的一種狀態(tài)，說明它本身還存在一些問題和難關(guān)沒有攻克。雖然3D打印有很多創(chuàng)新和優(yōu)勢，但從綜合的經(jīng)濟(jì)社會效率上來看，它還處于整個(gè)制造業(yè)的邊緣。

郭戈進(jìn)一步指出，隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印有可能獲得更大的突破，逐步向主流制造滲入。即使?jié)B透到主流制造業(yè)中，也只是制造業(yè)的一個(gè)部分，它不會完全顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)，可能在某些領(lǐng)域會替代傳統(tǒng)的制造方法，商業(yè)模式上可能會帶來新的革命。

“對傳統(tǒng)制造業(yè)是否能起到顛覆作用，需要觀察一段時(shí)間。”濱湖機(jī)電總經(jīng)理周建國對記者說，因?yàn)樵诂F(xiàn)階段，用3D打印技術(shù)開發(fā)出的金屬零件，成本很高，單價(jià)很貴，而且這種技術(shù)目前不適合大批量生產(chǎn)，只適合個(gè)性化、少批量生產(chǎn)。但不可否認(rèn)，3D打印技術(shù)是推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和轉(zhuǎn)型升級的一個(gè)重要手段。

“生產(chǎn)方式像個(gè)輪子一樣兜了個(gè)圈又回到了原點(diǎn)，從大規(guī)模生產(chǎn)方式又轉(zhuǎn)到了更加個(gè)性化的生產(chǎn)方式。未來的工廠將更關(guān)注個(gè)性化定制。”英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志這樣描述3D打印技術(shù)和第三次工業(yè)革命。

新興業(yè)態(tài)顯現(xiàn)

中國3D打印技術(shù)的研究始于1991年，通過跟蹤學(xué)習(xí)借鑒國外的相關(guān)技術(shù)，已自主研制出LOM（薄材疊層或分層實(shí)體制造）、SLA（立體光固化）、SLS（選擇性激光粉末燒結(jié)）、FDM（熔融擠壓）、SLM（金屬粉末熔化）等工藝的3D打印設(shè)備，并逐步實(shí)現(xiàn)了商品化。有的3D打印技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。

譬如北航的金屬結(jié)構(gòu)件直接制造技術(shù)、清華大學(xué)的熔融擠壓技術(shù)和生物制造、武漢濱湖機(jī)電的SLS全球最大3D打印機(jī)、北京太爾時(shí)代的低端消費(fèi)級3D打印機(jī)等。

目前國內(nèi)的3D打印設(shè)備和服務(wù)企業(yè)一共有二十多家，規(guī)模都較小。一類是十年前就開始技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，如北京太爾時(shí)代、北京隆源、武漢濱湖、陜西恒通等。這些企業(yè)都有自己的核心技術(shù)。另一類是三年前成立的，如湖南華曙、先臨三維、紫金立德、飛爾康、峰華卓立等。這些企業(yè)有VC參與，具備一定資金實(shí)力。還有一類是最近一兩年加入的，技術(shù)比較薄弱。

業(yè)內(nèi)人士告訴記者，中國的3D打印技術(shù)主要應(yīng)用在航空航天、軍工、汽車、核電、水泵、醫(yī)療等領(lǐng)域，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們消費(fèi)需求的不斷擴(kuò)大，3D打印的市場應(yīng)用前景十分廣闊。不單單是原先的工業(yè)領(lǐng)域，消費(fèi)品領(lǐng)域的應(yīng)用將會迅速擴(kuò)大。

郭戈認(rèn)為，未來3D打印將向兩個(gè)方向發(fā)展。一是高端的工業(yè)設(shè)備，高性能、高精度、高質(zhì)量，這類產(chǎn)品的客戶，增加數(shù)量有限。二是中低端的消費(fèi)品設(shè)備，面向普通大眾，這類產(chǎn)品的用戶群體會急劇膨脹，十幾年之后，有可能每個(gè)人的身邊都有3D打印機(jī)。

對于3D打印在大眾消費(fèi)領(lǐng)域的應(yīng)用，盧秉恒也表示十分看好。“目前在很多大眾消費(fèi)產(chǎn)品的開發(fā)中，3D打印已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。用這一技術(shù)制造一些工藝品和簡單的生活用品，能很快形成一定規(guī)模的市場。”此外，盧秉恒還認(rèn)為，3D打印適用于創(chuàng)意設(shè)計(jì)，未來會走入學(xué)校和家庭，幫助孩子培養(yǎng)三維思維能力和創(chuàng)造性。

隨著3D打印市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，將形成一批新興業(yè)態(tài)，例如創(chuàng)意設(shè)計(jì)、3D打印服務(wù)、消費(fèi)品定制、整形修復(fù)、文化產(chǎn)業(yè)衍生品等。

過去，個(gè)人設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品，覺得挺好看，想把它制造出來，非常困難。你需要找專業(yè)的工廠來做，工廠首先要做模具，接下來有一套復(fù)雜的制造程序，而且，工廠都是大批量生產(chǎn)的，根本不會專門給個(gè)人生產(chǎn)一個(gè)單件產(chǎn)品。但這種需求是客觀存在的，現(xiàn)在有3D打印就方便了，可以向3D打印服務(wù)商定制，也可以買一臺3D打印機(jī)自己打印。國外這種需求很大，近三年來，這種消費(fèi)級3D打印設(shè)備有原來的幾千臺增長到去年的3萬多臺。當(dāng)普通民眾逐步知道這種3D打印機(jī)后，就會釋放出更大的需求。

“3D打印走入尋常百姓家，最關(guān)鍵的是數(shù)據(jù)，畢竟設(shè)計(jì)數(shù)字模型還是有難度的。”林峰說，這需要?jiǎng)?chuàng)意設(shè)計(jì)知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)和相關(guān)技術(shù)的保障，如果你下載數(shù)據(jù)后只能打印一兩個(gè)產(chǎn)品，數(shù)據(jù)無法復(fù)制盜版，那這個(gè)數(shù)據(jù)的下載費(fèi)用就能降下來。這將發(fā)展出一種新的商業(yè)模式，一些專業(yè)人士就會以數(shù)據(jù)為生，從事創(chuàng)意設(shè)計(jì)，然后把數(shù)據(jù)放到互聯(lián)網(wǎng)上出售。

根據(jù)國際快速制造行業(yè)權(quán)威發(fā)布的報(bào)告《Wohlers Report 2011》，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988～2010年間保持著26.2%的年均增長速度。報(bào)告預(yù)期，3D打印產(chǎn)業(yè)未來仍將持續(xù)較快地增長，到2016年，包含設(shè)備制造和服務(wù)在內(nèi)的產(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。

中國如何應(yīng)對

雖然中國的3D打印在基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化方面有了一定的進(jìn)展，但中國3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與美國相比仍有較大差距，比如沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈、工業(yè)環(huán)境不配套、企業(yè)規(guī)模小、研發(fā)投入不夠等。此外，在一些核心技術(shù)和關(guān)鍵器件上，如3D打印機(jī)中的激光器、高端材料，仍然對國外依賴較大。

在應(yīng)用方面，中國的3D打印也遠(yuǎn)未達(dá)到美國的豐富程度。據(jù)盧秉恒介紹，目前中國3D打印的大部分應(yīng)用仍然集中在軍工領(lǐng)域的開發(fā)與模具的制造上。而從設(shè)備數(shù)量上看，美國目前各種3D打印設(shè)備的數(shù)量占全世界40%，而中國只有8%左右。

周建國對記者說，中國與美國的差距主要表現(xiàn)在：產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢，市場需求不足；產(chǎn)品的快速制造水平比我們高；燒結(jié)的材料尤其是金屬材料，質(zhì)量和性能比我們好；激光燒結(jié)陶瓷粉末、金屬粉末的工藝方面還有一定差距；國內(nèi)企業(yè)的收入結(jié)構(gòu)單一，主要靠賣3D打印設(shè)備，而美國的公司是多元經(jīng)營，設(shè)備、服務(wù)和材料基本各占銷售收入的1/3。

有調(diào)查結(jié)果顯示，在全球3D模型制造技術(shù)的專利實(shí)力榜單上，美國3D Systems公司、日本松下公司和德國EOS公司遙遙領(lǐng)先。

認(rèn)準(zhǔn)差距才能找到前進(jìn)的方向，也預(yù)示著中國3D打印產(chǎn)業(yè)未來具有巨大的增長空間。中國已成立了3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，目前正準(zhǔn)備借鑒美國模式，計(jì)劃聯(lián)合企業(yè)、職業(yè)技術(shù)學(xué)院、科研單位與產(chǎn)業(yè)園區(qū)，先小范圍推廣3D打印技術(shù)，待產(chǎn)生效果后，再進(jìn)一步打開市場。

由北京數(shù)控裝備創(chuàng)新聯(lián)盟、中國工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)服務(wù)聯(lián)盟等為支撐成立的“北京數(shù)字化制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”，中關(guān)村管委會指導(dǎo)、34家核心企業(yè)和院所發(fā)起成立的“中關(guān)村未來制造業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟”也相繼成立。

令人欣慰的是，3D打印已經(jīng)引起了中國政府部門的重視。科技部有關(guān)人士向媒體透露，3D打印相關(guān)戰(zhàn)略規(guī)劃正在研究制定中。

2012年12月14日，工信部副部長蘇波在增材制造技術(shù)國際論壇上透露，中國將加快推動增材制造技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。蘇波在致辭時(shí)表示，近期需做好三方面工作：一是加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌規(guī)劃；二是加大財(cái)稅政策引導(dǎo)力度；三是適時(shí)籌建增材制造行業(yè)組織，推動增材制造技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

地方層面，在武漢市政府和東湖開發(fā)區(qū)的大力支持下，華中科技大學(xué)正在光谷（武漢東湖高新區(qū)）選址，籌建國內(nèi)首個(gè)3D打印工業(yè)園，集3D打印設(shè)備制造、材料制造和產(chǎn)品加工服務(wù)于一體，

對于3D打印未來的發(fā)展方向，盧秉恒強(qiáng)調(diào)，軍用和工業(yè)的高端領(lǐng)域，以及創(chuàng)意開發(fā)等大眾消費(fèi)領(lǐng)域，我們都應(yīng)該大力去發(fā)展。

郭戈表示，各地應(yīng)該建一些上下游產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，把上游的創(chuàng)意設(shè)計(jì)、新材料、軟件開發(fā)、數(shù)字控制與中游的3D打印設(shè)備研制以及下游的產(chǎn)品、技術(shù)、平臺、衍生品等應(yīng)用服務(wù)整合起來。此外，中國企業(yè)應(yīng)該加大技術(shù)投入，做專做精，產(chǎn)品的可靠性要提高。

林左鳴認(rèn)為，第三次工業(yè)革命不是一個(gè)技術(shù)問題，也不僅僅是某些技術(shù)的突破，而是一個(gè)新的復(fù)雜系統(tǒng)的誕生，是一個(gè)全新的社會生活平臺構(gòu)建的問題。我們必須主動應(yīng)對，還要力爭主導(dǎo)。目前需要做三件事：第一，推進(jìn)信息化技術(shù)和自動化技術(shù)的快速發(fā)展，大力發(fā)展機(jī)器人技術(shù)，加速智能化制造技術(shù)的發(fā)展。第二，推進(jìn)新材料技術(shù)的快速發(fā)展，材料的革命才是真正帶來完整的第三次工業(yè)革命最重要的基礎(chǔ)。第三，著手準(zhǔn)備適應(yīng)自工業(yè)化和再制造化的相應(yīng)商業(yè)模式和法律法規(guī)。

中國盡管是制造大國，但在新技術(shù)的研發(fā)和推廣力度上仍然偏弱，對新技術(shù)和新產(chǎn)品的需求也較少，導(dǎo)致新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度滯后。所以，一方面需要政府對新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的大力支持，另一方面需要激發(fā)市場需求，壯大市場規(guī)模。

周建國建議，3D打印作為一個(gè)新興行業(yè)，國家要繼續(xù)設(shè)立重大科技專項(xiàng)，對3D打印基礎(chǔ)材料和關(guān)鍵技術(shù)集中攻關(guān)。此外，國家應(yīng)該在稅收、信貸等方面加大扶持力度，引導(dǎo)鼓勵(lì)企業(yè)自主研發(fā)新技術(shù)和新產(chǎn)品。

如何推動3D打印產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)快速健康發(fā)展？一直在市場打拼的馮濤有自己的思考，首先做好基礎(chǔ)性研究工作，要在確定國家戰(zhàn)略之前，對3D打印行業(yè)進(jìn)行客觀全面深入的摸底評估，掌握一手資料，不能憑主觀做決策。

據(jù)了解，美國把3D打印列入國家戰(zhàn)略之前，做了許多基礎(chǔ)性研究和比較分析工作。例如美國國防部有一個(gè)項(xiàng)目“戰(zhàn)時(shí)做一個(gè)零件的方法”，即打仗時(shí)如何快速生產(chǎn)出一個(gè)零件。研究了各種方法，3D打印是其中的一種方法，評估3D打印的技術(shù)水平、產(chǎn)品性能、制造成本和風(fēng)險(xiǎn)情況等。美國能源部還有一個(gè)項(xiàng)目，研究3D打印是否節(jié)能，經(jīng)過與傳統(tǒng)方法比較，得出結(jié)論：3D打印是綠色制造，節(jié)省資源和能源。

馮濤還強(qiáng)調(diào)，國家應(yīng)該出臺支持3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策措施，但一般情況下不要直接撥錢，因?yàn)榻o予稅收等優(yōu)惠政策要比直接撥錢更公平，防止只拿錢不干事、權(quán)力尋租現(xiàn)象發(fā)生。此外，雖然3D打印未來的應(yīng)用會很廣，但短時(shí)間內(nèi)不可能形成大產(chǎn)業(yè)，所以建大規(guī)模的3D打印產(chǎn)業(yè)園要慎重。

北京隆源：

深耕快速鑄造

核心是在激光燒結(jié)快速成形技術(shù)和應(yīng)用上做專做精

文/本刊記者 牛祿青

“最近打電話咨詢3D打印的人比較多，每天都接4～5個(gè)，問我們公司的3D打印機(jī)多少錢。業(yè)務(wù)員說100多萬元，客戶一聽，都嫌貴，業(yè)務(wù)員還要解釋半天。”北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司總經(jīng)理馮濤搖搖頭，有些無奈。

3D打印熱起來后，馮濤本人也忙得不亦樂乎，到處邀請他參加會議，討論宣講3D打印技術(shù)。由于安排不開時(shí)間，本刊記者只好抓住中午休息時(shí)間對他進(jìn)行了采訪。

據(jù)了解，所有購買北京隆源3D打印設(shè)備的客戶，不是看了3D打印的新聞報(bào)道才來下訂單的，都是因?yàn)橛袑?shí)際的專業(yè)需求。有的客戶雖然知道3D打印，但不清楚他購買的設(shè)備就是3D打印機(jī)的一種。

北京隆源主要研發(fā)、生產(chǎn)、銷售工業(yè)領(lǐng)域的激光快速成型機(jī)，采用選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（SLS），快速成型蠟?zāi)：蜆渲澳＃⑴c傳統(tǒng)的精密鑄造緊密銜接，走出了一條獨(dú)特的無模具快速鑄造工藝路線，為企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)試制提供了重要支撐。其設(shè)備和產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車、航空航天、船舶、醫(yī)療等領(lǐng)域，并非面向普通消費(fèi)者。

靠市場起家的隆源公司，一直視市場為衣食父母，他們必須對客戶負(fù)責(zé)，把產(chǎn)品做細(xì)致，把市場應(yīng)用做專。集中優(yōu)勢兵力攻其一役，保障產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性，一直是隆源公司不得不選擇的努力方向。

廿年磨劍

畢業(yè)于清華大學(xué)的馮濤是一名材料方面的專家，曾任職于清華大學(xué)高分子材料研究所，具有豐富的高分子材料和激光光學(xué)的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，也是我國最早從事激光快速成形技術(shù)研究的專家之一。

北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司成立于1994年 ，是中國最早進(jìn)入3D打印技術(shù)研究和商品化應(yīng)用的企業(yè)。創(chuàng)建當(dāng)年就研制成功中國第一臺激光粉末燒結(jié)快速成型機(jī)。先后推出了AFS系列不同型號的SLS設(shè)備（最大成形空間為1400×700×400mm），迄今一共銷售了150臺3D打印機(jī)。

馮濤告訴記者，隆源公司剛開始非常困難，人們都不知道我們企業(yè)到底做什么。市場需求很少，技術(shù)也不成熟，更沒有任何背景和資源，直到1999年才賣了2臺設(shè)備，當(dāng)然，現(xiàn)在企業(yè)規(guī)模也不大。

目前，隆源公司共有員工40人，大部分技術(shù)人員都是長期沉淀下來的。3D打印升溫后，可能會吸引一些高學(xué)歷的年輕人加入進(jìn)來。

二十年來，在他的帶領(lǐng)下，北京隆源相繼成功研制出鑄造熔模、蠟?zāi)盒图拌T造型殼等復(fù)雜的工藝制作方法，以及聚苯乙烯粉末、合成材料在3D打印中的應(yīng)用方法。

2000年，北京隆源研制成功基于SLS的具有復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的金屬零件的快速鑄造工藝，為發(fā)動機(jī)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的快速制作打下基礎(chǔ)，使金屬材料直接成形技術(shù)進(jìn)入實(shí)質(zhì)開發(fā)階段。

隨后又與中國工程物理研究院開展大功率激光直接制造金屬零件的研究。2005年推出可直接蒸汽脫除的燒結(jié)精鑄蠟，與傳統(tǒng)的精密鑄造無縫連接，解決了鈦合金快速鑄造表面粗糙的問題。2008年，開發(fā)完成AFS-700成型設(shè)備，成型尺寸245立升，是當(dāng)時(shí)最大尺寸的激光粉末燒結(jié)設(shè)備，滿足了絕大部分精密鑄件尺寸的要求。

2009年，激光燒結(jié)砂實(shí)現(xiàn)突破，成型砂芯的強(qiáng)度和發(fā)氣量均達(dá)到鑄造要求。第二年又開發(fā)出了鑄造覆膜砂燒結(jié)成型的專有設(shè)備激光制芯機(jī)，并形成商品化。

一直以來，北京隆源堅(jiān)持以SLS工藝為核心，深耕激光快速成型設(shè)備和產(chǎn)品服務(wù)，從產(chǎn)值來說，設(shè)備占60%，產(chǎn)品服務(wù)占40%。據(jù)了解，該公司打印小的零部件平均用7～20天，大部件平均用2個(gè)月時(shí)間。

譬如，北京隆源用快速精密鑄造方法為某企業(yè)試制變速箱，共 18 件，分兩批完成。前 7 件用于結(jié)構(gòu)驗(yàn)證和臺架試驗(yàn)，后 11 件用于路試。采用傳統(tǒng)工藝方法，從模具到生產(chǎn)需 4 個(gè)月的時(shí)間，而他們采用快速鑄造方案僅用了 2 天時(shí)間就完成了用于失蠟鑄造的蠟型，用 1 個(gè)月的時(shí)間生產(chǎn)出了 18 件合格的鑄件毛坯。

某鑄造企業(yè)接到液壓閥的閥芯訂單，由于工期緊、芯體復(fù)雜、開模周期長，該公司選擇與北京隆源合作，使用激光燒結(jié)砂鑄制芯，分兩批完成了該項(xiàng)目的生產(chǎn)任務(wù)。第一批用 5 個(gè)工作日完成 10 套，第二批用 10 個(gè)工作日完成 20 套，由于省卻了開模具的時(shí)間，因此保證了工期和進(jìn)度。

北京隆源利用快速鑄造技術(shù)，不僅為汽車制造商生產(chǎn)發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋、變速箱殼、進(jìn)排氣管等，還為我國航空航天和軍工企業(yè)提供直升機(jī)發(fā)動機(jī)、直升機(jī)機(jī)匣、蝸輪泵、鈦機(jī)架、排氣道、飛機(jī)懸掛件、飛輪殼、坦克渦輪增壓器等零部件的生產(chǎn)和服務(wù)。

馮濤告訴記者，3D打印技術(shù)與鑄造技術(shù)的結(jié)合，衍生出快速鑄造技術(shù)，可有效地應(yīng)用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)階段樣件的快速制造。“我們是和傳統(tǒng)制造結(jié)合起來的，只把模具環(huán)節(jié)取消了，快速成形設(shè)備打印出零件模型，客戶自己按傳統(tǒng)工藝去制造零件。”

快速鑄造技術(shù)適合單件、小批量、復(fù)雜零件的試制和生產(chǎn)，成型工藝過程可控，原材料多元化，有助于保證產(chǎn)品開發(fā)的速度和質(zhì)量，有助于降低開發(fā)的成本。

精益求精

由于每年激光成型機(jī)的市場需求和銷售數(shù)量太小，隆源公司目前只有相關(guān)維修設(shè)備，加工和檢測設(shè)備通過外包來做。公司產(chǎn)值不高，人員又少，導(dǎo)致研發(fā)投入較低。硬件中，激光器的成本較高，材料成本比較低，不到10%。

“但材料決定了3D打印技術(shù)的應(yīng)用水平，我們與國外的差距主要是材料。”馮濤說，“同類設(shè)備，國外的材料有20多種，我們才幾種，這樣應(yīng)用領(lǐng)域就窄。材料是增材制造的關(guān)鍵，光做設(shè)備，沒有材料，這條路走不遠(yuǎn)。我們的材料都是自主研發(fā)的。”

資金、人才、技術(shù)都是隆源公司面臨的困難，對此，馮濤也束手無策。“只能隨著市場擴(kuò)大和營業(yè)收入的增加，一點(diǎn)點(diǎn)去解決，不可能一口吃個(gè)胖子；資金寬裕了，就能引進(jìn)高端人才，研發(fā)投入也會增加，設(shè)備質(zhì)量也能進(jìn)一步提高。”

3D打印之所以受到重視，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)它對制造業(yè)有杠桿作用。馮濤表示，一是新產(chǎn)品開發(fā)，如果不斷有新產(chǎn)品被開發(fā)出來，對建設(shè)創(chuàng)新型企業(yè)和創(chuàng)新型國家非常重要，與生產(chǎn)規(guī)模不是一個(gè)概念。二是特殊結(jié)構(gòu)零件，美國在十幾年前就研究飛機(jī)、衛(wèi)星等高端裝備如何應(yīng)用3D打印技術(shù)，而且美國無人機(jī)上的許多結(jié)構(gòu)零件都是3D打印的，我國近幾年才開始關(guān)注。三是對教育的促進(jìn)。3D打印“很酷”，設(shè)計(jì)一個(gè)東西，馬上就能制造出來，這就會激發(fā)年輕人的創(chuàng)新意識和動手能力。

對于3D打印的影響力和發(fā)展前景，馮濤比較中庸。他指出，3D打印在制造業(yè)的比重會越來越大，但不會顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)，原理上具有革命意義，但使用上存在很多局限。從傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來說，大規(guī)模生產(chǎn)的成本比較低，將來這個(gè)原理不一定對，也許以3D打印為標(biāo)志的分散化制造的成本會更低。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，未來，傳統(tǒng)的快速成型應(yīng)用會越來越窄，比如用樹脂、塑料等打印模型，發(fā)展趨勢是直接金屬零件制造和便宜的3D打印機(jī)，這是3D打印的發(fā)展方向。

對此，馮濤有著清醒的認(rèn)識，“我們做的設(shè)備和零件還沒有達(dá)到產(chǎn)品化的標(biāo)準(zhǔn)，所以我們要在這方面下功夫。我們打印的砂模和蠟?zāi)Ｒ_(dá)到現(xiàn)代工業(yè)的質(zhì)量要求，否則難以與傳統(tǒng)制造方法競爭。現(xiàn)在的優(yōu)勢主要是小批量、速度快、成本低，但至少在尺寸、光潔度、性能上都有差距。”

不知不覺，隆源公司已經(jīng)在3D打印的道路上前行了20年，面對3D打印技術(shù)和第三次工業(yè)革命的浪潮，他們迫切希望能找到與政府和資本的契合點(diǎn)。

馮濤說：“如果我們得到一些資金，我們會很珍惜，一定會投入研發(fā)，我們是市場型企業(yè)，深知資金的重要性。” 同時(shí)，他也指出，發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，不能靠政府驅(qū)動，主要應(yīng)靠市場和資本驅(qū)動。政府應(yīng)該發(fā)揮政策引導(dǎo)作用，但是一些高端關(guān)鍵領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用需要政府支持，比如航空航天和軍工。

基于實(shí)際情況，隆源公司下一步還將以工業(yè)設(shè)備為主打產(chǎn)品，隨著市場的發(fā)展，逐步拓寬，核心是在激光燒結(jié)快速成形技術(shù)和應(yīng)用上做專做精。

“如果能與業(yè)內(nèi)的企業(yè)進(jìn)行重組，那是我們希望看到的。”馮濤充滿期待。因?yàn)閲鴥?nèi)的3D打印企業(yè)，規(guī)模都很小，技術(shù)還有交叉。美國經(jīng)過并購集中到了兩家，它們雖然與世界500強(qiáng)相比還不大，但比國內(nèi)企業(yè)大多了。

濱湖機(jī)電“以小博大”

全球最大的激光燒結(jié)3D打印機(jī)就誕生在這里

文/本刊記者 牛祿青

三月中旬，北方依然難覓春天的氣息，而素有九省通衢的武漢，已是櫻花盛開，姹紫嫣紅。在華中科技大學(xué)西十二教學(xué)樓西南角，有一個(gè)綠樹環(huán)繞、很不起眼的白色小廠房。這里就是華中科技大學(xué)快速制造中心產(chǎn)業(yè)化基地——武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司，全球最大的激光燒結(jié)3D打印機(jī)就誕生在這里。

“我們研發(fā)的激光粉末燒結(jié)快速成形系統(tǒng)（俗稱3D打印機(jī)），在全球基于粉末床的快速制造設(shè)備中，工作臺面是最大的，達(dá)到1.2米×1.2米，入選2011年中國十大科技進(jìn)展新聞，并獲得2011年國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，目前已形成商品化。現(xiàn)在我們正在研發(fā)1.4米×1.4米工作面的此類裝備，采用四激光器四振鏡，工藝路線更完備、打印效率更高。”濱湖機(jī)電總經(jīng)理周建國言語間充滿自豪。

在廠房里，本刊記者看到，這種3D打印機(jī)形似立柜，高約2米，分上下兩層。據(jù)濱湖機(jī)電副總經(jīng)理吳澄現(xiàn)場講解，上面是激光加熱掃描艙，對粉末進(jìn)行分層平鋪、加熱和燒結(jié)。只要把零部件的三維數(shù)據(jù)輸入電腦，該設(shè)備就會使用陶瓷、塑料、砂等不同的非金屬粉末材料，自動化進(jìn)行生產(chǎn)，打印出你想要的三維樣品。

濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司原是由華中科技大學(xué)（原華中理工大學(xué)）、武漢市科委和深圳創(chuàng)新投資公司共同組建的高新技術(shù)企業(yè)。公司依托的華中科技大學(xué)快速制造中心，從1991年就開始關(guān)注和研究3D打印技術(shù)，是中國最早開展該項(xiàng)技術(shù)研究的單位之一。先后得到科技部、教育部、國家自然科學(xué)基金委員會、國家863高科技計(jì)劃、湖北省科技廳和武漢市科委的支持。

技術(shù)優(yōu)勢

華中科技大學(xué)原校長黃樹槐教授是中國快速成形技術(shù)的主要開創(chuàng)人之一，1991年他看到國外剛剛興起了快速成形技術(shù)和分層制造，然后就組織人員開展研究，為華中科技大學(xué)的3D打印技術(shù)應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1994年，華中科技大學(xué)快速制造中心研發(fā)出中國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3D打印機(jī)，次年九月參加北京國際機(jī)床展覽會，成為中國第一臺參加展覽的快速成形設(shè)備。1996年，轉(zhuǎn)化該技術(shù)的武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司成立。

濱湖機(jī)電先后開發(fā)了多種3D打印機(jī)，業(yè)已商品化生產(chǎn)的產(chǎn)品包括薄材疊層（LOM）快速成形系統(tǒng)、光固化（SLA）快速成形系統(tǒng)、激光粉末燒結(jié)（SLS）快速成形系統(tǒng)、金屬粉末熔化（SLM）快速成形系統(tǒng)。目前，國內(nèi)只有濱湖機(jī)電能同時(shí)提供這四種工藝類型的快速成形設(shè)備。目前該公司最受市場歡迎的是后兩種設(shè)備，綜合性能指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。迄今，該公司已銷售200多臺3D打印機(jī)。

周建國表示，濱湖機(jī)電公司的研發(fā)投入至少占銷售收入20%以上。雖然只有60名員工，但多年依托華中科技大學(xué)的人才和科技資源，打造了一支較強(qiáng)的3D打印技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，產(chǎn)品上的應(yīng)用軟件、燒結(jié)工藝、部份原材料及打印設(shè)備都是自主開發(fā)，走出了一條產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的自主創(chuàng)新之路。

據(jù)了解，華中科技大學(xué)材料學(xué)院和華中科技大學(xué)快速制造中心側(cè)重于3D打印基礎(chǔ)和理論研究，濱湖機(jī)電公司作為華中科技大學(xué)的產(chǎn)業(yè)化基地，更側(cè)重于實(shí)際應(yīng)用研究。以華中科技大學(xué)快速制造中心主任兼濱湖機(jī)電董事長史玉升教授領(lǐng)銜的3D打印技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)已成為國內(nèi)外3D打印技術(shù)的主要研發(fā)機(jī)構(gòu)之一。

“我們公司有50多個(gè)人專門做產(chǎn)業(yè)化，學(xué)校這邊有十幾個(gè)老師帶領(lǐng)80多個(gè)研究生，對3D打印技術(shù)進(jìn)行全面地跟蹤研究，對比較成熟的有發(fā)展前景的工藝會進(jìn)行應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化。美國和德國對我們都很重視，多次與我們開展合作。”吳澄說。

濱湖機(jī)電的主要成本包括三部分：研發(fā)、制造和進(jìn)口激光器。大學(xué)畢業(yè)的占60%以上，工人并不多，主要負(fù)責(zé)組裝，進(jìn)行設(shè)備調(diào)試的相當(dāng)一部分是大學(xué)生、博士、博士后。設(shè)備機(jī)械部件由外面加工，然后工人進(jìn)行組裝，最后再把激光器、振鏡、電腦、工控機(jī)等進(jìn)行安裝和調(diào)試，并負(fù)責(zé)設(shè)備的售后服務(wù)。

濱湖機(jī)電是國內(nèi)最早一批投入快速成形技術(shù)研究和應(yīng)用的企業(yè)，主要向企業(yè)和研究單位提供快速成形設(shè)備，制造出的工業(yè)零部件已超過上萬件，用于航空航天、軍工、汽車、水泵、核電、節(jié)水農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

在濱湖機(jī)電的陳列室里，本刊記者目睹了該公司不同工藝的3D打印設(shè)備，以及令人驚嘆不已的各種實(shí)物樣件。他們不僅打印工業(yè)零件，還打印少量的工藝品，如中國龍、披風(fēng)等；甚至為歐洲航天局打印飛機(jī)機(jī)匣蠟?zāi)！榭湛凸敬蛴〈笮外伜辖痂T件蠟?zāi)！?/p>

據(jù)吳澄介紹，他們?yōu)閺V西玉柴做的柴油發(fā)動機(jī)砂芯，主要應(yīng)用于新產(chǎn)品開發(fā)。如果用傳統(tǒng)方法開簡易模具需要600多萬元，國內(nèi)還做不了，用他們的3D打印技術(shù)只需一周時(shí)間，僅花費(fèi)20萬元。

“這個(gè)是核泵上的關(guān)鍵零件，用傳統(tǒng)方法很難做，但用3D打印技術(shù)很容易。原來機(jī)組上的這些零件都是從國外購買的，需支付3.2億元。現(xiàn)在國內(nèi)許多生產(chǎn)核泵的企業(yè)都與我們合作。”吳澄興致勃勃地說。

受農(nóng)業(yè)部委托，濱湖機(jī)電用4年多時(shí)間、做了上千次實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出節(jié)水農(nóng)業(yè)中的相關(guān)零件。三年前它們與北京一家公司合作，把這個(gè)恒灌技術(shù)小批量市場化了。現(xiàn)在應(yīng)用的耕地只有1萬畝，全國可用這種恒灌技術(shù)改造的耕地至少有3億畝，發(fā)展前景廣闊，但需要國家政策的支持，否則農(nóng)民不愿意自掏腰包用這個(gè)節(jié)水技術(shù)。

跨越發(fā)展

隨著3D打印產(chǎn)業(yè)的興起，各路機(jī)構(gòu)聞風(fēng)而動，希望涉足此領(lǐng)域。去年以來，已有多家機(jī)構(gòu)與濱湖機(jī)電洽談合作、投資及收購事宜。這些機(jī)構(gòu)包括PE/VC、英國University of Exeter、西安交大及部分軍工企業(yè)。

史玉升教授曾表示，濱湖機(jī)電跟武漢紡織大學(xué)探討如何打印生活中可以使用的衣服等紡織品，與英國University of Exeter和西安交通大學(xué)探討如何打印人體的活性器官。

“目前談投資意向的比較多，有企業(yè)、風(fēng)投、銀行、大學(xué)等，談收購的也有，國內(nèi)知名企業(yè)也跟我們談過合作意向。在國內(nèi)目前產(chǎn)能過剩行業(yè)比比皆是的情況下，3D打印肯定是一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。投資到產(chǎn)能過剩行業(yè)，很可能竹籃打水，而投資到新興的3D打印產(chǎn)業(yè)，則有很大的發(fā)展空間。” 周建國向本刊記者透露。

談到是否有上市的打算，周建國表示，必須先把企業(yè)做好，即使以后上市，也要給股東帶來實(shí)實(shí)在在的回報(bào)，要有利于企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，不能為圈錢而上市。

確實(shí)如此，濱湖機(jī)電雖然起步較早，在國內(nèi)同行業(yè)實(shí)力較強(qiáng)，但與國外企業(yè)相比，還有較大差距。目前，濱湖機(jī)電年銷售收入才1000多萬元，而美國的兩家上市公司3D Systems和Stratasys，2011年銷售收入分別為2.3億美元和1億多美元。業(yè)內(nèi)人士告訴記者，國內(nèi)3D打印市場太小，企業(yè)的規(guī)模也較小。

“我們做了這么多年，確實(shí)挺艱難，賺到的微薄利潤全部投到了3D打印技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)上，沒有任何結(jié)余，所以我們一直沒有固定的辦公場所和研發(fā)生產(chǎn)基地，目前還是借用華中科技大學(xué)的老房子。”周建國說。

除了資金緊張和沒有自己的研發(fā)生產(chǎn)基地，如何提高企業(yè)的國際競爭力，是濱湖機(jī)電面臨最大的挑戰(zhàn)。這不僅涉及廠房、設(shè)備、產(chǎn)品等硬件，更取決于企業(yè)的人才、文化、管理等軟實(shí)力。周建國直言不諱，“我們這里的專家和研發(fā)人員的工資都很低，如何提高待遇、留住人才也是我們直面的困難。”

為了推動3D打印產(chǎn)業(yè)化，在武漢市政府和東湖開發(fā)區(qū)的大力支持下，華中科技大學(xué)正在光谷（武漢東湖高新區(qū)）選址，籌建國內(nèi)首個(gè)3D打印工業(yè)園，集3D打印設(shè)備制造、材料制造和產(chǎn)品加工服務(wù)于一體。這個(gè)3D打印工業(yè)園的主體之一就是濱湖機(jī)電，計(jì)劃用一年多的時(shí)間初步建成這個(gè)研發(fā)生產(chǎn)基地。

“3D打印應(yīng)該熱起來，這是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的必然要求，也是技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的必然趨勢。”周建國說，我們要抓住機(jī)遇，加快發(fā)展。一是要加大3D打印設(shè)備的研發(fā)和投入力度，包括激光金屬熔化和激光粉末燒結(jié)快速成形設(shè)備，繼續(xù)保持領(lǐng)先優(yōu)勢，確保在國內(nèi)第一梯隊(duì)的位置，滿足客戶對新產(chǎn)品的需求。二是要研發(fā)自己的3D打印材料、提高3D打印材料的質(zhì)量和性能，提高材料技術(shù)水平。三是拓展服務(wù)領(lǐng)域，為客戶提供3D打印產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。

濱湖機(jī)電將把產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)作為一個(gè)重要收入來源，由于國內(nèi)對知識產(chǎn)權(quán)意識淡薄，許多客戶委托它們研發(fā)產(chǎn)品樣件，只購買它們的3D打印設(shè)備，然后自己制造零部件，而對其樣件制造過程中軟件、材料、技術(shù)等前期研發(fā)和售后服務(wù)，沒有付費(fèi)的意識。國外則不同，所有服務(wù)都是要收費(fèi)的。

“即使這樣，我們還是要做服務(wù)，這是未來的一個(gè)趨勢。”周建國非常堅(jiān)定，產(chǎn)品服務(wù)和我們的市場緊密相連，技術(shù)服務(wù)與我們的新產(chǎn)品開發(fā)息息相關(guān)，所以，這兩方面服務(wù)都要做。用戶提出的要求，實(shí)際給我們指明了市場和產(chǎn)品的發(fā)展方向。

未來，濱湖機(jī)電還會涉足消費(fèi)品領(lǐng)域，這樣將使企業(yè)的銷售收入和生產(chǎn)規(guī)模快速增長。而原先的工業(yè)領(lǐng)域，市場規(guī)模較小，每年最多銷售幾十臺3D打印設(shè)備，這樣企業(yè)的發(fā)展受到很大限制。“風(fēng)檣動，龜蛇靜，起宏圖”，濱湖機(jī)電正乘著第三次工業(yè)革命浪潮，為實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展而再次起航。

太爾時(shí)代：

領(lǐng)跑桌面制造

促進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，更有助于“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)型

文/本刊記者 牛祿青

去年底，美國MAKE雜志評選最佳3D打印機(jī)，對現(xiàn)有全球流行的15款個(gè)人三維打印機(jī)做了權(quán)威公測。令人驚喜的是，北京太爾時(shí)代開發(fā)的“UP！”三維打印機(jī)榮登榜首。該雜志認(rèn)為，UP！操作方便，功能豐富，打印精度高，是一款最理想的三維打印機(jī)，在整個(gè)評比中獲得了最高評價(jià)。

“UP！”系列是太爾時(shí)代最新推出的便攜式桌面三維打印設(shè)備，機(jī)身簡潔、性能完備，可方便地直接打印出各類模型實(shí)物，適用于多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，滿足不同人群的特殊需求。UP！3D打印機(jī)應(yīng)用熔融擠壓快速成形技術(shù)，該技術(shù)集成了機(jī)械工程、CAD、數(shù)控技術(shù)和材料技術(shù)，加熱熔化并擠出塑料絲材，運(yùn)用層層堆積的原理形成三維實(shí)體模型，打印過程安靜穩(wěn)定，適合在工作室或家中操作。

“桌面3D打印機(jī)的市場占有率，太爾時(shí)代肯定是國內(nèi)第一。工業(yè)級快速成形設(shè)備，我們的銷售數(shù)量最多，但產(chǎn)值不是最高的，因?yàn)閱蝺r(jià)低。國內(nèi)其他企業(yè)的平均單價(jià)都在70萬以上，我們的平均單價(jià)只有十幾萬。”太爾時(shí)代總經(jīng)理郭戈對本刊記者說。

據(jù)了解，市場上低端的桌面3D打印機(jī)價(jià)格一般在1萬元以下，太爾時(shí)代的UP！三維打印機(jī)賣9900元，高端的桌面3D打印機(jī)大約在1萬到10萬之間。

近一段時(shí)期，3D打印的火熱讓一貫低調(diào)的郭戈有些不適應(yīng)，前來采訪的媒體絡(luò)繹不絕。“熱起來對我們企業(yè)有好處，首先是獲得了媒體和公眾的高度關(guān)注；媒體報(bào)道以后，客戶群體進(jìn)一步擴(kuò)大，業(yè)務(wù)咨詢合作明顯增多，與客戶的溝通更省力，也促進(jìn)了3D打印機(jī)的銷售。”郭戈笑著說。

單打變雙打

太爾時(shí)代是一個(gè)具有核心競爭力的公司，以熔融擠壓快速成形技術(shù)贏得了市場和聲譽(yù)。成立以來，一直從事3D打印設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，依靠市場滾動發(fā)展，在3D打印產(chǎn)業(yè)化道路上默默探索著。

2003年，北京太爾時(shí)代科技有限公司成立，而畢業(yè)于清華大學(xué)、師從顏永年教授的郭戈是創(chuàng)始人之一。如今，太爾時(shí)代在北京懷柔建有占地3000平米的生產(chǎn)基地，公司人數(shù)由原來的十幾名發(fā)展到現(xiàn)在的近100名。

為保持技術(shù)領(lǐng)先和創(chuàng)新活力，太爾時(shí)代不斷加大研發(fā)投入，自主開發(fā)3D打印的硬件、軟件、數(shù)控、材料等核心技術(shù)，現(xiàn)已擁有核心軟件著作權(quán)，十幾項(xiàng)發(fā)明專利與實(shí)用新型專利，累計(jì)完成了多個(gè)科研項(xiàng)目。目前，太爾時(shí)代的控制系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)在國內(nèi)同行業(yè)中遙遙領(lǐng)先。

太爾時(shí)代以研發(fā)工業(yè)領(lǐng)域快速成形設(shè)備起家，工業(yè)設(shè)備體積較大，最小的跟洗衣機(jī)和冰箱差不多。2010年前后，它們通過改進(jìn)技術(shù)，把生產(chǎn)成本降了下來，開始推廣桌面3D打印機(jī)。這種設(shè)備體積較小，跟辦公室的打印機(jī)差不多，主要面向普通消費(fèi)者。

太爾時(shí)代的工業(yè)設(shè)備每年銷售100多臺，產(chǎn)值1000多萬。設(shè)備硬件所占成本僅為10%～30%，由于市場規(guī)模很小，其他人工、研發(fā)、銷售、房租等可變成本較高，所以利潤率大概在20%左右。

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，太爾時(shí)代的3D打印設(shè)備覆蓋國內(nèi)26個(gè)省（自治區(qū)、直轄市），并遠(yuǎn)銷歐洲、北美洲、大洋洲、中亞。打印出的產(chǎn)品應(yīng)用于工業(yè)制造、航空航天、汽車、動漫設(shè)計(jì)、醫(yī)療、教育、家電、五金、藝術(shù)品等多個(gè)領(lǐng)域，并與寶潔等國際知名企業(yè)開展合作。

太爾時(shí)代桌面3D打印機(jī)的客戶面向個(gè)人、企業(yè)、教育研究機(jī)構(gòu)，其中個(gè)人客戶主要做DIY（自助）和各種模型。工業(yè)級快速成形設(shè)備主要應(yīng)用于新產(chǎn)品開發(fā)，神舟七號的出艙服，研發(fā)階段就是用它們的快速成形設(shè)備打印的。

郭戈還讓本刊記者觀看了桌面3D打印機(jī)制造出的產(chǎn)品模型，有機(jī)器人、海螺、貓頭鷹、恐龍、積木、建筑、裝載機(jī)等，形態(tài)各異，五顏六色，栩栩如生。

“我們有一個(gè)加拿大客戶，是一個(gè)研究生，設(shè)計(jì)了許多廚房用具，用我們的設(shè)備打印出來。這是他給我們發(fā)的照片。還有一個(gè)澳大利亞客戶，用我們的設(shè)備打印一些小工藝品，周末到街上擺攤。”郭戈很有成就感。

太爾時(shí)代的3D打印機(jī)，采用熔融擠出快速成形技術(shù)，把塑料加熱到270度擠出后迅速凝固。這種工藝成本較低，材料都是塑料，更適合在普通消費(fèi)者中推廣。隨著大范圍推廣，個(gè)人打印一件產(chǎn)品的費(fèi)用也就是原料成本的2～3倍。打印的時(shí)間也不長，一般都是幾個(gè)小時(shí)，打印手機(jī)殼只需要一個(gè)小時(shí)，尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品可能需要幾天，所用材料大約是十幾克到幾十克。

雖然在低端的消費(fèi)級3D打印機(jī)方面，太爾時(shí)代與全球最大的3D Systems公司和Stratasys公司相比毫不遜色，但在工業(yè)級快速成形設(shè)備方面還有較大差距。郭戈坦言，“技術(shù)的可靠性、精度、打印質(zhì)量、品牌推廣等都有欠缺，而且這兩家公司有好幾種工藝同時(shí)在做，我們主打一種工藝，國內(nèi)其他公司大多也是主打一種工藝。此外，企業(yè)整體實(shí)力較弱，規(guī)模也比較小。那兩家公司每年都有幾億美元的銷售額，國內(nèi)的企業(yè)都是幾千萬人民幣。當(dāng)然價(jià)格上比我們的設(shè)備大概要貴1.5～2倍，但打印質(zhì)量非常好。”

整合產(chǎn)業(yè)鏈

去年，太爾時(shí)代桌面3D打印機(jī)的銷售額已經(jīng)超過了工業(yè)級快速成形設(shè)備，分別為2000多萬和1000多萬。“如果普通3D打印機(jī)在價(jià)格、可靠性、應(yīng)用性、質(zhì)量等方面有顯著提升，全球市場每年賣幾百萬臺，應(yīng)該沒什么問題。”郭戈對桌面3D打印機(jī)的市場前景非常看好。

業(yè)內(nèi)人士告訴記者，熔融擠出的工藝更適合制造桌面3D打印機(jī)，成本較低，沒有污染，在辦公室和家庭使用很方便。目前，全球消費(fèi)品領(lǐng)域3D打印市場規(guī)模也就幾千萬美元。

之所以對桌面3D打印有信心，郭戈有著自己的思考，“3D打印技術(shù)不同于前兩次工業(yè)革命，可以再次把每個(gè)人與制造的距離拉近，從這個(gè)角度來看，也算是一次革命。”

一個(gè)人一臺電腦，有一個(gè)好的想法，在電腦上設(shè)計(jì)出來后，用3D打印機(jī)就可以直接制造出來，同時(shí)也創(chuàng)造了新的商機(jī)。比如創(chuàng)意設(shè)計(jì)，通過電子商務(wù)銷售創(chuàng)意產(chǎn)品的電子數(shù)據(jù)，客戶從互聯(lián)網(wǎng)下載后自己打印，物流都不需要，大大降低了創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)的門檻，也降低了產(chǎn)品的成本。

未來，太爾時(shí)代將努力推進(jìn)桌面3D打印機(jī)在市場中的應(yīng)用，進(jìn)一步提高質(zhì)量，降低成本，但只賣3D打印設(shè)備，不提供打印產(chǎn)品服務(wù)。據(jù)介紹，這種工藝設(shè)備的價(jià)值比較低，做出來的產(chǎn)品附加值也不會特別高。雖然創(chuàng)意的價(jià)值很高，但他們沒有精力和這方面的人才去做創(chuàng)意，所以，在商業(yè)價(jià)值不高的情況下，太爾時(shí)代重點(diǎn)發(fā)展分布式制造，讓客戶自己去打印產(chǎn)品。

為了推動桌面3D打印機(jī)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，太爾時(shí)代將搭建一個(gè)上下游的產(chǎn)業(yè)鏈，讓普通消費(fèi)者更容易接觸到3D數(shù)據(jù)，因?yàn)?D數(shù)據(jù)一般需要專業(yè)人士提供。“我們正在把專業(yè)人士和專業(yè)公司的3D數(shù)據(jù)資源整合到一起，通過某種平臺（打印機(jī)的接口、網(wǎng)上商城、數(shù)據(jù)生產(chǎn)廠商的三維軟件），把它推送到普通消費(fèi)者面前。普通消費(fèi)者接觸到這些，就會產(chǎn)生打印的需求，滿足審美、生活和工作的需求。”郭戈表示。

目前，太爾時(shí)代正與開發(fā)CAD軟件的數(shù)碼大方公司開展合作。從互聯(lián)網(wǎng)下載數(shù)據(jù)，必須有版權(quán)保護(hù)，否則創(chuàng)意數(shù)據(jù)被盜版了，將不利于3D打印產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

對于數(shù)據(jù)的版權(quán)保護(hù)問題，郭戈也有初步的設(shè)想。3D打印機(jī)的硬件和軟件都是我們自己研發(fā)生產(chǎn)的，我們可以把版權(quán)保護(hù)內(nèi)置到打印機(jī)的系統(tǒng)里面，做一個(gè)版權(quán)保護(hù)的機(jī)制，其他的數(shù)據(jù)提供商按照我們的機(jī)制把他的數(shù)據(jù)保護(hù)起來，我們的打印機(jī)會做出判斷，是否允許打印，能打印幾次。設(shè)計(jì)者有了收益，才愿意把他的優(yōu)秀設(shè)計(jì)作品放到平臺上，客戶才會有更好的打印體驗(yàn)。

這樣，太爾時(shí)代的盈利模式將趨向多元化，不僅開發(fā)3D打印設(shè)備和材料，而且還有平臺服務(wù)。由于研發(fā)投入大，資金緊張，太爾時(shí)代希望引入資本，助推企業(yè)的發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)上市，現(xiàn)正在洽談中。

太爾時(shí)代雖然發(fā)展了十多年，但整體實(shí)力還較弱，除了技術(shù)上需要進(jìn)一步提升，主要的挑戰(zhàn)還是市場開拓，由于國內(nèi)市場不大，靠企業(yè)本身去擴(kuò)大市場，確實(shí)很困難。郭戈希望國家能在3D打印的推廣應(yīng)用方面給予政策支持，如果國家能把3D打印推廣到各級學(xué)校和幼兒園，深入課堂教學(xué)實(shí)踐中，既可以提高學(xué)生的創(chuàng)新意識、動手能力和創(chuàng)造能力，也可以促進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，更有助于“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)型。

3D打印“真面目”

清華大學(xué)激光快速成形中心林峰教授揭開3D打印神秘面紗

口述/林峰 采訪整理/牛祿青

在清華大學(xué)林峰教授的辦公室里，到處都是逼真的3D打印實(shí)物模型，手機(jī)外殼、工業(yè)零件、醫(yī)療支架、各種玩具……甚至名片盒都是3D打印的，紅色的水立方形狀，煞是好看，用手一摸，還有紋路感。

他指了一下桌子上與普通打印機(jī)差不多大小的設(shè)備，對本刊記者說：這些物品都是這臺3D打印機(jī)做出來的，它采用熔融擠壓快速成形技術(shù)，把塑料加熱到200多度，然后用噴頭一點(diǎn)點(diǎn)擠出來，進(jìn)行堆積制造。這臺3D打印機(jī)國內(nèi)賣一萬元人民幣，美國賣1500美元，它甚至都能把活體細(xì)胞打印出來。如此神奇有趣，不知不覺間對他的專訪持續(xù)了三個(gè)多小時(shí)，以至于外面何時(shí)刮起了沙塵暴都全然不知。

3D打印的中國變遷

3D打印技術(shù)誕生于上世紀(jì)80年代的美國，中國從1991年開始研究3D打印技術(shù)。20多年來，國內(nèi)學(xué)術(shù)界和制造界都知道這個(gè)技術(shù)，當(dāng)時(shí)的名稱叫快速原型技術(shù)（Rapid Prototyping），即開發(fā)樣品之前的實(shí)物模型。

通過計(jì)算機(jī)技術(shù)先建立三維數(shù)字模型，然后進(jìn)行離散分層，最后用成型設(shè)備一層一層堆積起來，變成有紋路的實(shí)物模型。非常復(fù)雜的零件變成了簡單和標(biāo)準(zhǔn)的制造，不需要針對不同形狀的零件去考慮它的材料、刀具、機(jī)床和工序等因素。只要把相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)給成型設(shè)備就可以打印出來，減少了許多中間環(huán)節(jié)和人力物力，大大降低了生產(chǎn)成本。用傳統(tǒng)方式制造零件，整個(gè)生產(chǎn)過程一般需要幾個(gè)月，用快速原型技術(shù)可能只需要幾天甚至幾個(gè)小時(shí)。這種技術(shù)特別適合產(chǎn)品開發(fā)階段，但它不是最終的產(chǎn)品，性能也不夠好。

清華大學(xué)是國內(nèi)最早從事3D打印技術(shù)研究的高校之一，當(dāng)時(shí)顏永年教授邀請到了美國的Jack Keverian教授。Keverian教授將他搜集的四大本快速原型方面的資料贈送給清華，對中國快速原型技術(shù)的起步幫助很大。此外，華中科技大學(xué)和西安交通大學(xué)對這種技術(shù)的關(guān)注和研究也比較早。

上世紀(jì)九十年代，這種技術(shù)在國際上有幾種成熟的工藝，分層實(shí)體制造（LOM）、立體光刻（SL）、熔融擠壓（FDM）、激光燒結(jié)（SLS）等，國內(nèi)也在不斷跟蹤開發(fā)。2000年前后，這些工藝從實(shí)驗(yàn)室研究逐步向工程化、產(chǎn)品化轉(zhuǎn)化，，逐漸轉(zhuǎn)移到了企業(yè)。當(dāng)時(shí)，國家也不太支持，因?yàn)樽龀鰜淼闹皇窃停皇强梢允褂玫漠a(chǎn)品，而且國內(nèi)對產(chǎn)品開發(fā)也不重視，大多是抄襲，不需要在產(chǎn)品的原型上下功夫，所以，快速原型技術(shù)在中國工業(yè)領(lǐng)域普及得很慢，全國每年僅銷售幾十臺快速原型設(shè)備，主要應(yīng)用于職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)、高校等教育領(lǐng)域。

2000年以后，清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交大等高校繼續(xù)研究3D打印技術(shù)。西安交大側(cè)重于應(yīng)用，做一些模具和航空航天的零部件；華中科技大學(xué)開發(fā)了不同的3D打印設(shè)備；清華大學(xué)把快速成形技術(shù)轉(zhuǎn)移到企業(yè)——殷華（后改為太爾時(shí)代）后，把研究重點(diǎn)放在了生物制造領(lǐng)域。

企業(yè)對這些技術(shù)不斷改進(jìn)和簡化，研發(fā)出了新的3D打印設(shè)備。3D打印技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)存在20多年了，之所以影響不大，主要有它的技術(shù)瓶頸。首先，材料的種類和性能受限制，特別是使用金屬材料制造還存在問題。其次，成形的效率需要進(jìn)一步提高。此外，在工藝的尺寸、精度和穩(wěn)定性上迫切需要加強(qiáng)。20世紀(jì)90年代末期，大家開始研究金屬材料快速成形技術(shù)，但難度很大，都不太成熟。

當(dāng)時(shí)，美國有幾家公司在用金屬材料做大零件，先做毛坯，再進(jìn)行后期加工。2000年前后，美國研發(fā)了幾款戰(zhàn)斗機(jī)，其部分零件就是用快速成形技術(shù)做的，它們的技術(shù)比較成熟。中國北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、有色金屬研究院等單位對金屬激光快速成形技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)攻關(guān)，近年來取得重大突破，可以制造大型金屬零部件。北航王華明教授3D打印的的鈦合金結(jié)構(gòu)件已經(jīng)應(yīng)用到了中國的飛機(jī)上。目前，3D打印的金屬零部件在國內(nèi)一些領(lǐng)域有所應(yīng)用，但還沒有大范圍推廣，因?yàn)榧夹g(shù)還在進(jìn)一步完善、檢測標(biāo)準(zhǔn)體系滯后、材料品種較少。現(xiàn)在使用的都是韌性比較好的材料，如不銹鋼、鈦合金等。

不管稱快速原型、快速成形，還是稱增材制造、3D打印，共同的特點(diǎn)都是基于離散堆積的原理來進(jìn)行分層制造。3D打印在業(yè)內(nèi)專指快速制造的一種工藝，上世紀(jì)90年代初，美國麻省理工學(xué)院的Sachs首先提出了“3D Printing”工藝。這種工藝的具體流程是，先鋪好粉末，然后用噴墨打印機(jī)的方式噴出粘接劑，反復(fù)操作，最后打印出產(chǎn)品。現(xiàn)在為便于公眾接受，把這種新技術(shù)統(tǒng)稱為3D打印，但在國內(nèi)學(xué)術(shù)界和政府文件里稱“增材制造”，國際上也稱“增材制造”。

3D打印技術(shù)是指由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型（CAD）直接驅(qū)動的，運(yùn)用金屬、塑料、陶瓷、樹脂、蠟、紙、砂等材料，在快速成形設(shè)備里分層制造任何復(fù)雜形狀的物理實(shí)體的技術(shù)。基本流程是，先用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)三維模型，然后把三維數(shù)字模型離散為面、線和點(diǎn)，再通過3D打印設(shè)備分層堆積，最后變成一個(gè)三維的實(shí)物。3D打印好比一層層蓋房子和蓋金字塔，不同的是，蓋房子是在人的操作下完成的，增材制造是在計(jì)算機(jī)的控制下進(jìn)行的。

3D打印技術(shù)包括多種工藝，最典型有四種：第一種工藝是分層實(shí)體制造（LOM），也叫疊層制造。用激光或刀切割一個(gè)薄層，然后一層層疊加。基本材料是紙。這種工藝廢料較多，用激光切容易著火，現(xiàn)在很少有企業(yè)使用這種材料，而且最先這樣做的美國公司也倒閉了。

第二種是立體光刻（SL）。基本材料是液態(tài)樹脂。用紫外激光照射池子里的液態(tài)樹脂，照到的地方就固化了，成形一層后，平臺下移，再固化下一層，直到最終成型。優(yōu)點(diǎn)是精度高，打印出的發(fā)動機(jī)晶瑩剔透，但缺點(diǎn)是使用材料有限。

第三種是熔融擠出（FDM）。把材料用高溫熔化成熔融狀態(tài)，然后通過細(xì)小的噴嘴擠壓并排列填充出一個(gè)截面，一層一層截面在堆疊起來形成三維實(shí)物。這種技術(shù)由全球第二大3D打印公司Stratasys提出，這個(gè)公司銷售的3D打印設(shè)備是最多的，因?yàn)閮r(jià)格便宜。這種技術(shù)不用激光，成本低，材料廣泛，強(qiáng)度較高，可以彩色成型，但是成型的精度稍差。

第四種是選擇性激光燒結(jié)（SLS）。它的特點(diǎn)是利用粉末狀材料，先把粉末鋪好，再用高強(qiáng)度的紅外激光掃描，將零件截面內(nèi)的粉末燒結(jié)在一起，通過一層一層燒結(jié)，最終成型。基本材料是金屬粉末、蠟、塑料等。

3D打印與傳統(tǒng)制造各有各的優(yōu)勢。如果大批量制造簡單的零部件，傳統(tǒng)制造的成本較低，速度較快。如果制造單件小批量的或者復(fù)雜結(jié)構(gòu)和外形的零部件，3D打印速度更快，成本更低。有些非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和特殊材料的零部件，傳統(tǒng)制造無法完成，只能采用3D打印技術(shù)。此外，3D打印可以縮短加工流程，進(jìn)行現(xiàn)場制造和個(gè)性化制造，從而滿足人們的不同需求。3D打印在新產(chǎn)品開發(fā)、整形修復(fù)、現(xiàn)場應(yīng)急、個(gè)性化消費(fèi)品等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，所以，3D打印可以替代一些傳統(tǒng)的制造方式，也可以促進(jìn)傳統(tǒng)制造轉(zhuǎn)型升級，但3D打印不可能完全替代傳統(tǒng)制造。

中美差距有多大

以前制造汽車、手機(jī)等產(chǎn)品，需要經(jīng)過材料準(zhǔn)備、加工成形、表面處理等多個(gè)環(huán)節(jié)，既消耗資源和能源，又需要大量的勞動力，而且還污染環(huán)境，所以，美國等西方發(fā)達(dá)國家把這些低附加值的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到中國等發(fā)展中國家。現(xiàn)在情況不一樣了，3D打印的優(yōu)勢是短流程，可以省略許多中間加工環(huán)節(jié)，用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出數(shù)字模型，直接就可以打印出產(chǎn)品。

奧巴馬形容3D打印“很酷”，為了讓3D打印扎根于美國，像谷歌一樣吸引年輕人投身到充滿樂趣的快速制造中，從而擴(kuò)大就業(yè)，就提出了“再工業(yè)化、再制造化”。這樣，產(chǎn)品的鑄造、鍛造等加工環(huán)節(jié)就不需要放到發(fā)展中國家了，這對中國來說將產(chǎn)生重大影響。

實(shí)際上，目前美國在大批量生產(chǎn)零部件的時(shí)候，還未大量使用3D打印，而在產(chǎn)品研發(fā)、試制階段，已廣泛應(yīng)用3D打印。隨著個(gè)性化制造、批量定制等新型生產(chǎn)方式的推廣，以及3D打印成本的進(jìn)一步降低，中國從事非終端、低附加值生產(chǎn)加工的企業(yè)將會受到3D打印的沖擊。

中國與美國的差距主要是企業(yè)的實(shí)力和投入，一是企業(yè)規(guī)模小，競爭力不強(qiáng)；二是企業(yè)資金緊張，投入不夠，缺乏政府和資本市場的支持。國內(nèi)的企業(yè)每年也就幾千萬銷售收入，只能應(yīng)付研發(fā)生產(chǎn)和人工成本。而美國的企業(yè)無論技術(shù)、資金和市場規(guī)模都非中國的企業(yè)所能比，美國的資本運(yùn)作和產(chǎn)業(yè)重組都已經(jīng)進(jìn)入3D打印行業(yè)了，中國還沒有發(fā)展到這一步。前段時(shí)間，股市中的3D打印概念走熱，純粹是炒作，許多企業(yè)根本就沒有涉及3D打印業(yè)務(wù)，甚至都不知道3D打印是什么。

國內(nèi)的3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模很小，大約3～4億元，但現(xiàn)在有點(diǎn)過熱了。如果企業(yè)和資本大量涌入，短時(shí)間內(nèi)不可能產(chǎn)生效益。北京太爾時(shí)代生產(chǎn)的這款普及型3D打印機(jī)，2012年在美國賣了近3000臺，中國才賣100臺。國內(nèi)的市場規(guī)模本身就不大，做創(chuàng)意設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā)的人也很少，所以截至目前還沒多少人買這種設(shè)備。

我們希望理性投資，切實(shí)有助于提升3D打印的技術(shù)水平和推廣應(yīng)用，彌補(bǔ)中國3D打印產(chǎn)業(yè)的短板和軟肋。比如材料研發(fā)、軟件開發(fā)、創(chuàng)意設(shè)計(jì)、商業(yè)模式創(chuàng)新等，而不是盲目跟風(fēng)，炒作圈錢。中國在市場環(huán)境中如何更好發(fā)展，其實(shí)沒有經(jīng)驗(yàn)，只要找不到具體商業(yè)模式，中國企業(yè)就茫然不知所措，電子商務(wù)也是照搬國外的運(yùn)作模式。

不管是政府的支持，還是資本的介入，都要找到比較好的切入點(diǎn)，上面說的那四個(gè)短板就是很好的切入點(diǎn)。政府要出臺有針對性的政策措施，一方面對3D打印的基礎(chǔ)研究和開發(fā)階段加大扶持力度；另一方面引導(dǎo)大家來使用3D打印，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

中國的3D打印產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期，一共才有二十多家企業(yè)，規(guī)模都較小，由于市場容量較小，這么多企業(yè)已經(jīng)有點(diǎn)擠了。如果國家對這個(gè)新興產(chǎn)業(yè)進(jìn)行支持，在支持技術(shù)開發(fā)的同時(shí)，扶植3D打印的市場開拓，包括3D打印的應(yīng)用、服務(wù)、教育培訓(xùn)等，隨著市場應(yīng)用進(jìn)一步拓寬，那么中國的3D打印產(chǎn)業(yè)將會發(fā)展壯大。

3D打印走向何方

3D打印不僅在航空航天、軍工、汽車、教育、消費(fèi)品等領(lǐng)域有一定的應(yīng)用，而且在醫(yī)療領(lǐng)域也取得了重要進(jìn)展，可以使用醫(yī)學(xué)材料3D打印假肢、牙套、器官、皮膚、支架等，甚至可以將細(xì)胞進(jìn)行3D打印。

幾年前，清華大學(xué)生物制造工程研究所就能將生物細(xì)胞進(jìn)行3D打印，而且打印出的細(xì)胞還能在三維的條件下生長。這就是國際最前沿的生物制造技術(shù)，它的原理也是基于離散堆積。

以前的快速成形都是將非生命材料人工離散堆積出來，今后我們希望能像生物一樣，打印出的材料自己生長成形，這是我們的研究方向。這里面關(guān)鍵的一個(gè)因素是材料，而有生命的細(xì)胞是最具挑戰(zhàn)性的生物材料。把3D打印技術(shù)應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)上，分為四個(gè)層次：

一是材料本身沒有生物相容性，不能放在身體里，打印出的模型只能放在體外。例如給連體嬰兒做分離手術(shù)前，通過CT掃描數(shù)據(jù)3D打印出個(gè)性化的嬰兒骨骼模型，幫助手術(shù)規(guī)劃和植入器件的設(shè)計(jì)，保障手術(shù)順利進(jìn)行，把兩個(gè)嬰兒精確地分離開。二是永久性的植入物。材料的生物相容性非常好，不降解，可以應(yīng)用到美容整形和修復(fù)。我們與整形醫(yī)院已經(jīng)開展了多次動物實(shí)驗(yàn)，比如治療小耳畸形的個(gè)性化耳軟骨支架。

三是組織工程化的支架制造。材料的生物相容性非常好，可以降解，而且能幫助細(xì)胞、神經(jīng)等組織生長。比如骨骼斷裂了，身體哪個(gè)部位缺損，把相應(yīng)的細(xì)胞提取出來附著在支架上，讓其慢慢生長，支架會逐漸降解，等長得差不多了，再放入體內(nèi)繼續(xù)生長。現(xiàn)在用3D打印技術(shù)來制造這個(gè)支架，可以準(zhǔn)確設(shè)計(jì)出支架結(jié)構(gòu)和空隙大小，確保貫通性和營養(yǎng)吸收。

四是細(xì)胞三維打印。細(xì)胞與基質(zhì)材料一起被打印出來后，在接近體內(nèi)的三維環(huán)境里生長，可以模仿體內(nèi)的生理和發(fā)病過程。我們在研究癌細(xì)胞的發(fā)病過程，只要這個(gè)模型與體內(nèi)某種癌癥發(fā)病過程很接近，那就可以進(jìn)行抗癌藥物的篩選。原來的方法是通過解剖、動物實(shí)驗(yàn)，與病人的切片進(jìn)行對比，但都是靜止的，現(xiàn)在用3D打印可以在體外構(gòu)造這個(gè)過程。我們通過細(xì)胞打印的肝細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)體驗(yàn)證了維生素C和E在酒精對肝臟的損傷過程中能夠起到保護(hù)作用。中國的肝臟患者特別多，我們的終極目標(biāo)是能打印出可以臨床應(yīng)用的肝臟。

3D打印是以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)，以個(gè)性化、短流程為特征，實(shí)現(xiàn)直接制造、桌邊制造和批量定制的新的制造方式。其生長點(diǎn)表現(xiàn)在：與生物工程的結(jié)合，與藝術(shù)創(chuàng)造的結(jié)合，與消費(fèi)者直接結(jié)合。

3D打印未來有四個(gè)發(fā)展方向：一是功能部件的直接制造，例如飛機(jī)的起落架等復(fù)雜零件，這個(gè)領(lǐng)域的突破口主要是解決材料、標(biāo)準(zhǔn)和工藝的一致性等技術(shù)問題，市場規(guī)模可達(dá)到幾十億美元。二是生物制造，例如細(xì)胞打印、個(gè)性化的治療、組織再生、藥物篩選、制藥等。這將改變生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的研究方式、患者的治療方式以及藥品的制造方式，應(yīng)用前景很大，需要政府的大力支持。三是數(shù)字化創(chuàng)意，建筑、雕塑、服裝服飾、工藝品等都可以3D打印。四是桌邊制造（家庭制造），現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)購物的規(guī)模越來越大，以后3D打印走入家庭也是一種潮流。3D打印還將走進(jìn)幼兒園和中小學(xué)校，用3D打印機(jī)打印玩具和教學(xué)模型，可以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識。

后面的三個(gè)方向，是傳統(tǒng)的制造方式所無法滿足的，這可能就是3D打印的革命性意義。國內(nèi)從事3D打印的人，都比較低調(diào)，一般不愿公開說革命性，避免得罪傳統(tǒng)制造領(lǐng)域的人。實(shí)際上，3D打印與傳統(tǒng)制造不是有我沒你的完全替代關(guān)系。作為一種新技術(shù)和新工具，既可以與傳統(tǒng)制造相互融合和互補(bǔ)，也能像哥倫布一樣發(fā)現(xiàn)新大陸，開發(fā)出新的天地。3D打印成為未來的主流制造，從數(shù)量上來講，十年都不太可能，但它可以融入到各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，可以走進(jìn)人們的工作和生活中。

3D打印能給人以無限的遐想和創(chuàng)造發(fā)明的激情，使人們的生活更加美好。但3D打印走入尋常百姓家，最關(guān)鍵的是數(shù)據(jù)，畢竟設(shè)計(jì)數(shù)字模型還是有難度的。美國有一家網(wǎng)站，你若買它的實(shí)物手機(jī)殼，只需花費(fèi)35美元，如果你下載這個(gè)網(wǎng)站上的手機(jī)殼數(shù)據(jù)，自己打印，那需要1500美元。因?yàn)槟阆螺d數(shù)據(jù)后可以打印好多手機(jī)殼，它寧愿便宜地賣手機(jī)殼，也不愿讓你下載數(shù)據(jù)。

這需要?jiǎng)?chuàng)意設(shè)計(jì)知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)和相關(guān)技術(shù)的保障，如果你下載數(shù)據(jù)后只能打印一兩個(gè)產(chǎn)品，數(shù)據(jù)無法復(fù)制盜版，那這個(gè)數(shù)據(jù)的下載費(fèi)用就能降下來。這將發(fā)展出一種新的商業(yè)模式，一些專業(yè)人士就會以數(shù)據(jù)為生，從事創(chuàng)意設(shè)計(jì)，然后把數(shù)據(jù)放到互聯(lián)網(wǎng)上出售。

開啟社會化制造新時(shí)代

專訪長城企業(yè)戰(zhàn)略研究所所長王德祿

文/本刊記者 牛祿青

人類經(jīng)歷了兩次工業(yè)革命，在實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、規(guī)模化、城市化的同時(shí)，也帶來了能源危機(jī)、環(huán)境污染、交通擁堵等諸多問題。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及以及智能軟件、新材料、機(jī)器人、3D打印等新技術(shù)的應(yīng)用，第三次工業(yè)革命呼之欲出。特別是3D打印，被寄予極高的期望，不僅受到國內(nèi)外資本市場的熱烈追捧，而且引起了政府、科技、企業(yè)和投資界的高度重視。

已有20多年的3D打印為何現(xiàn)在突然“躥紅”？它對經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展到底能產(chǎn)生多大影響？對中國這個(gè)制造業(yè)大國來說，是機(jī)遇還是挑戰(zhàn)？中國如何應(yīng)對呢？為此，本刊記者專訪了長城企業(yè)戰(zhàn)略研究所所長王德祿。

革命意義

《新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》：2012年以來，3D打印在全球急劇升溫，人們對3D打印的發(fā)展前景存在爭議。英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志把3D打印技術(shù)作為第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志之一，有人則認(rèn)為影響有限，減材制造依然是主流。您對此怎么看？

王德祿：對于第三次工業(yè)革命，目前比較主流的看法來自美國未來學(xué)家杰里米？里夫金。他認(rèn)為，接下來的半個(gè)世紀(jì)里，集中經(jīng)營活動將被第三次工業(yè)革命的分散經(jīng)營方式取代。未來將是社會化協(xié)作、分布式能源和行業(yè)專家、技術(shù)勞動力為特征的新時(shí)代。

在第三次工業(yè)革命中，產(chǎn)業(yè)鏈條的關(guān)鍵進(jìn)一步轉(zhuǎn)移至研發(fā)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，制造環(huán)節(jié)將被壓縮至“一步實(shí)現(xiàn)”。除3D打印外，機(jī)器人技術(shù)、人工智能技術(shù)、納米科技、新材料、新能源等技術(shù)也將是第三次工業(yè)革命的重要組成部分。而3D打印則被譽(yù)為是“第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具”。3D打印技術(shù)極有可能和互聯(lián)網(wǎng)一樣深入到我們生活工作的任何一個(gè)角落，會在第三次工業(yè)革命中產(chǎn)生巨大的推動作用。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，3D打印并非第三次工業(yè)革命的全部，掌握了3D打印技術(shù)是在第三次工業(yè)革命中取得領(lǐng)先地位的必要條件而非充分條件。

3D打印機(jī)在第三次工業(yè)革命中的地位，正如PC之于信息行業(yè)。對比信息行業(yè)的發(fā)展歷程，工業(yè)用快速成形機(jī)相當(dāng)于20世紀(jì)60年代的專用和大型計(jì)算機(jī)，而民用3D打印機(jī)則是20世紀(jì)70年代的個(gè)人PC和蘋果臺式計(jì)算機(jī)。3D打印技術(shù)會滲透到許多領(lǐng)域，并衍生出許多原創(chuàng)產(chǎn)業(yè)，如皮膚打印、3D打印設(shè)計(jì)和服務(wù)平臺、消費(fèi)品定制等。就像蒸汽機(jī)發(fā)明以后，不僅僅是蒸汽機(jī)產(chǎn)業(yè)本身，還滲透到許多行業(yè)中，這也是它的革命意義。

目前，3D打印產(chǎn)業(yè)尚處于產(chǎn)業(yè)導(dǎo)入期，全球競爭剛剛拉開序幕。我國在技術(shù)水平與國外相比落后不多，具有極大的趕超可能。同時(shí)，智能軟件、新材料、靈敏機(jī)器人、新的制造方法將形成合力，產(chǎn)生足以改變經(jīng)濟(jì)社會進(jìn)程的巨大力量。

《新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》：3D打印技術(shù)早在20多年前就已經(jīng)存在，只是稱呼不同，當(dāng)時(shí)叫“快速原型技術(shù)”，后來叫“快速成形技術(shù)”、“增材制造”。為何一直默默無聞的3D打印，現(xiàn)在突然熱了起來？

王德祿：3D打印之所以火起來，直接原因是由于去年奧巴馬宣布把3D打印技術(shù)作為國家戰(zhàn)略。國際金融危機(jī)后，美國希望實(shí)現(xiàn)制造業(yè)復(fù)興。因?yàn)檫^去十年美國制造業(yè)下滑太快，產(chǎn)業(yè)工人越來越少，但可選擇的亮點(diǎn)太少，經(jīng)過比較，覺得3D打印與智能機(jī)器人、智能制造可以提振自己的制造業(yè)，像“救命稻草”一樣。3D打印的升溫和崛起，根本原因是受到個(gè)性化需求的拉動和產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境的不斷完善。

任何一項(xiàng)新技術(shù)的普及和應(yīng)用都存在產(chǎn)業(yè)環(huán)境和配套技術(shù)的門檻，3D打印也是如此。3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用是基于互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的廣泛應(yīng)用。近十年來，由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，三維成形、3D設(shè)計(jì)軟件等配套技術(shù)的不斷普及和簡化，使3D打印上游環(huán)節(jié)的專業(yè)化設(shè)計(jì)被服務(wù)化，一般設(shè)計(jì)人員和普通百姓也可以便捷地操作3D打印機(jī)。

此外，同質(zhì)化的生產(chǎn)已不能滿足未來用戶的差異化需求。在新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中，通過持續(xù)的科技創(chuàng)新和勞動力水平提升，面向人們基本生存需要的農(nóng)業(yè)和制造業(yè)的占比日益降低，滿足人類更高層次需求的服務(wù)業(yè)愈發(fā)重要。隨著生產(chǎn)力水平的提升，人們開始在集約生產(chǎn)帶來的同質(zhì)化消費(fèi)之上，追求更高層次的個(gè)性化、定制化消費(fèi)。新媒體、社交網(wǎng)絡(luò)滿足了人類在精神層面的個(gè)性化需求，而3D打印正是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)個(gè)性化的最佳解決方案。

第二次工業(yè)革命的成果和特征在其發(fā)源地美國的體現(xiàn)最為明顯。作為“美國夢”的組成要素，批量生產(chǎn)的汽車、批量建造的房屋、全國同時(shí)收看的電視和遍布各地的沃爾瑪以高效的集約化生產(chǎn)和低廉的價(jià)格，向所有人提供同樣的產(chǎn)品和服務(wù)。批量生產(chǎn)降低單位成本的同時(shí)，也使得消費(fèi)趨于同質(zhì)化。這對滿足人類的基本生活需要自然毫無問題，但在衣食住行已經(jīng)基本滿足的時(shí)代，人類開始追求更高的目標(biāo)：諸如實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值，追求與眾不同的生活等等，每個(gè)人的需求在這一層次體現(xiàn)出充分的差異化，絕非某種成本導(dǎo)向的大批量制造產(chǎn)品所能滿足。“我只生產(chǎn)一種汽車，就是T型車，只生產(chǎn)一種顏色，就是黑色”的時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也為產(chǎn)品信息的傳播奠定了基礎(chǔ)，隨著3D打印技術(shù)的逐漸成熟和新能源的普及應(yīng)用，社會化生產(chǎn)的優(yōu)勢將逐步凸顯。未來產(chǎn)品信息的傳播將取代物質(zhì)的流動，眾包設(shè)計(jì)、短流程生產(chǎn)將成為未來制造業(yè)的兩大顯著特征。3D打印技術(shù)事實(shí)上是一種介于第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)之間的“2.5產(chǎn)業(yè)”，能夠在產(chǎn)品的制造環(huán)節(jié)融入服務(wù)的功能，使工業(yè)產(chǎn)品高度定制化、個(gè)性化。可以預(yù)見到，3D打印的“制造+服務(wù)”模式會改變?nèi)祟惉F(xiàn)有的生活方式。

《新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》：目前，3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？您對國內(nèi)哪些地區(qū)的3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景看好？

王德祿：目前來看，3D打印技術(shù)主要面向非批量生產(chǎn)市場，也是傳統(tǒng)制造業(yè)的“軟肋”所在，如快速模型、假肢、航空結(jié)構(gòu)件等，對傳統(tǒng)制造業(yè)起到了極大的補(bǔ)充和提升作用。在非批量制造領(lǐng)域，3D打印已經(jīng)取得明顯優(yōu)勢。可以肯定的是，3D打印至少在非批量的產(chǎn)品制造領(lǐng)域具有明顯優(yōu)勢，不僅能夠節(jié)約時(shí)間成本，經(jīng)濟(jì)效益也十分顯著。

如果傳統(tǒng)制造業(yè)是資源驅(qū)動，那么3D打印主要靠創(chuàng)新驅(qū)動。未來，創(chuàng)新能力較強(qiáng)的地區(qū)將成為中國3D打印的高地，如北京的中關(guān)村、武漢的東湖、深圳、義烏等。中關(guān)村、東湖、深圳創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)資源高度密集，創(chuàng)業(yè)環(huán)境十分友好，是原創(chuàng)產(chǎn)業(yè)最好的孕育地，更是我國將3D打印打造為原創(chuàng)產(chǎn)業(yè)的最佳載體。尤其北京市具備在全國率先發(fā)展3D產(chǎn)業(yè)的優(yōu)良基礎(chǔ)和引領(lǐng)全國的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

而浙江義烏作為全世界擁有商品種類和數(shù)量最多的城市，是我國工業(yè)產(chǎn)品高度多樣化的代表，也是消費(fèi)者對個(gè)性化產(chǎn)品需求的直接體現(xiàn)。3D打印能夠大幅節(jié)省義烏中小企業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)的時(shí)間和資金成本，從研發(fā)環(huán)節(jié)上大幅提升傳統(tǒng)制造業(yè)的競爭力。

迎難而上

《新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》：我國已經(jīng)成為全球第二大經(jīng)濟(jì)體，也是一個(gè)制造業(yè)大國，3D打印技術(shù)對我國傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展將產(chǎn)生哪些影響？

王德祿：3D打印綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等多方面的前沿技術(shù)，具有很高的科技含量，引發(fā)的制造業(yè)革命對中國尤為重要。作為制造業(yè)大國，中國應(yīng)該比歐美更重視3D打印，不能在新經(jīng)濟(jì)時(shí)代被邊緣化，應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念，順勢而為。

在全球制造業(yè)由集約生產(chǎn)向分布式生產(chǎn)演變的浪潮中，我們需要把握產(chǎn)業(yè)發(fā)展大勢，借助3D打印實(shí)現(xiàn)我國制造業(yè)整體水平的提升，掌握未來產(chǎn)業(yè)鏈高端環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)“中國制造”的新生。

第三次工業(yè)革命為我國加快結(jié)構(gòu)調(diào)整和發(fā)展方式轉(zhuǎn)變帶來了重要機(jī)遇，為突破資源環(huán)境約束創(chuàng)造了有利條件，也為我國工業(yè)提升國際分工地位形成新的契機(jī)。但是，其形成的新技術(shù)浪潮將對勞動密集型產(chǎn)業(yè)帶來較大沖擊，一方面對支撐我國工業(yè)發(fā)展的制度安排帶來挑戰(zhàn)，另一方面也對工業(yè)企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提出了緊迫要求。

短期內(nèi)3D打印技術(shù)將從研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)模式等方面，給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來提升和沖擊：一是產(chǎn)品推向市場的時(shí)間將縮短。借助于3D打印在快速成型領(lǐng)域的應(yīng)用，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和研發(fā)周期都將明顯縮短，迅速推出新產(chǎn)品將成為未來企業(yè)的必備素質(zhì)。

二是未來的產(chǎn)品性能將更為優(yōu)化。產(chǎn)品制造的門檻降低將導(dǎo)致更多競爭者涌入市場。同時(shí)，3D打印技術(shù)參與到制造過程將能夠使產(chǎn)品變得更輕、更小、更堅(jiān)固、更少機(jī)械連接并且更加易用。

三是開放式設(shè)計(jì)將成為可能。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，廠商與最終用戶的溝通將更為頻繁、更為可行，用戶的參與意愿將得到充分滿足。這些開放式設(shè)計(jì)的產(chǎn)品將比傳統(tǒng)產(chǎn)品更具競爭力。

四是定制化更為普遍。由于創(chuàng)新型企業(yè)在較低的成本下借助于3D打印和其它快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了定制化生產(chǎn)，客戶的期望將隨之提升。定制化生產(chǎn)將成為一種常規(guī)模式。

五是分布式生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。集約化、批量生產(chǎn)的價(jià)格優(yōu)勢將有可能被3D打印更接近客戶、更貼近需求、更即時(shí)的優(yōu)勢抹平。用戶將有可能在放棄價(jià)格優(yōu)勢的同時(shí)收獲更好的購買體驗(yàn)和使用體驗(yàn)。

目前，美國不僅積極發(fā)展新能源、能源互聯(lián)網(wǎng)，甚至還鼓勵(lì)制造業(yè)創(chuàng)新和回流。第三次工業(yè)革命不僅影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)方式，還將影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)地點(diǎn)，一些制造業(yè)回歸美國是必然，如果再加上第三次工業(yè)革命這種技術(shù)手段的疊加，中國國際競爭力提升將面臨巨大挑戰(zhàn)。錯(cuò)失第三次工業(yè)革命的良機(jī)，中國將陷入被動境地，制造業(yè)也會衰落。相關(guān)部門一定要在理論研究、政策設(shè)計(jì)、輿論引導(dǎo)等方面做好準(zhǔn)備，積極投入第三次工業(yè)革命中，采用新技術(shù)確保我國制造業(yè)的國際競爭優(yōu)勢。

并非所有人都能從產(chǎn)業(yè)革命中獲益，每次產(chǎn)業(yè)革命總會使一部分群體利益受損。正如18世紀(jì)的英國，第一次工業(yè)革命中曾有工人認(rèn)為是機(jī)器搶走了他們的飯碗，從而引發(fā)“盧德運(yùn)動”；鐵路的興起導(dǎo)致了運(yùn)河的衰落；信息技術(shù)的深化導(dǎo)致了極為普遍的失業(yè)——信息化對組織效率的提升極大，使精簡人員成為必然。

面對第三次工業(yè)革命的沖擊，任何試圖以傳統(tǒng)生產(chǎn)方式與新技術(shù)競爭的行為都將是徒勞的。我國企業(yè)必須加深對即將到來的產(chǎn)業(yè)革命的認(rèn)識，積極應(yīng)對新技術(shù)的挑戰(zhàn)。包括認(rèn)識到3D打印對于產(chǎn)品研發(fā)的重要提升作用、對產(chǎn)品性能的優(yōu)化作用、開放式設(shè)計(jì)、定制化生產(chǎn)等的可能性。在第三次工業(yè)革命逐漸滲透的過程中，企業(yè)核心競爭力的構(gòu)建重心將發(fā)生轉(zhuǎn)移，人力資源和自然資源的價(jià)格對企業(yè)競爭力的影響將大幅減弱，商業(yè)模式和業(yè)態(tài)創(chuàng)新能力、對市場需求的理解和產(chǎn)業(yè)組織能力更應(yīng)該被重視。

《新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》：經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國在3D打印技術(shù)應(yīng)用和市場規(guī)模上依然滯后，您認(rèn)為推進(jìn)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，需要解決哪些問題？

王德祿：從整個(gè)3D打印產(chǎn)業(yè)鏈來看，我國在理論和應(yīng)用的前沿與國際水平差距不大。但恰恰是在技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)存在較大缺陷——機(jī)電技術(shù)本身就是我國的技術(shù)短板，3D打印所涉及到的精密激光器、光學(xué)系統(tǒng)、精密導(dǎo)軌和電機(jī)等均需從國外采購，嚴(yán)重限制了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

3D打印的共性技術(shù)需要國家投入重點(diǎn)突破。在桌面級3D打印機(jī)設(shè)計(jì)中，如何讓噴頭順暢、穩(wěn)定地出絲，如何提高精度，如何增加可打印材料的多樣性等，工業(yè)級3D打印機(jī)的材料、微滴噴射技術(shù)和激光技術(shù)，這些技術(shù)障礙如果全部由某家企業(yè)自行投資研發(fā)，其成本和風(fēng)險(xiǎn)都是難以承受的。而如果各自為戰(zhàn)，未來又將面臨集成創(chuàng)新的高成本。在發(fā)達(dá)國家，這些共性技術(shù)的研發(fā)主要由國家支持的研究所負(fù)責(zé)。我國3D打印企業(yè)目前規(guī)模均較小，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立不久，尚無實(shí)力和資源攻克這些限制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，因此需要國家引導(dǎo)投入、重點(diǎn)突破。

產(chǎn)業(yè)鏈整合是國家競爭力形成的關(guān)鍵。除上述基礎(chǔ)技術(shù)和共性技術(shù)外，最終產(chǎn)品的形成依賴于企業(yè)的集成創(chuàng)新能力。目前我國企業(yè)或處于創(chuàng)業(yè)階段，或由高校管轄，均缺乏資源整合能力。而美國3D System公司已經(jīng)完成了數(shù)次并購，從橫向的技術(shù)覆蓋面和縱向的技術(shù)鏈條均具備了相當(dāng)?shù)膶?shí)力。相比之下，我國企業(yè)在集成創(chuàng)新能力和潛力上已經(jīng)存在較大差距。在未來3D打印產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步細(xì)分、專業(yè)化、規(guī)模化的過程中，需要有能夠強(qiáng)力組織產(chǎn)業(yè)資源的聯(lián)盟或龍頭企業(yè)，實(shí)現(xiàn)資源的集聚和整合，在共性技術(shù)研發(fā)、中試、標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)等方面發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的產(chǎn)業(yè)協(xié)同，才能在未來的全球競爭中獲得一席之地。

新材料產(chǎn)業(yè)之所以成為我國工業(yè)體系中長期存在的短板，與其自身產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)是分不開的。在基礎(chǔ)研發(fā)階段，需要多學(xué)科交叉配合，對研發(fā)資源的需求呈現(xiàn)多樣化的趨勢，下游裝備制造業(yè)、航空航天、能源科技、信息產(chǎn)業(yè)對材料的需求不斷演化提升，而新材料技術(shù)創(chuàng)新的周期達(dá)5～10年，遠(yuǎn)比一般技術(shù)要長，從而導(dǎo)致了我國新材料產(chǎn)業(yè)長期處于追趕階段，基礎(chǔ)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化無法對接，對下游產(chǎn)業(yè)支撐乏力。

因此，應(yīng)提高對新材料產(chǎn)業(yè)的前瞻性認(rèn)識，將發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)的立足點(diǎn)從滿足當(dāng)下產(chǎn)業(yè)需求拓展到未來10～20年的產(chǎn)業(yè)需求，在基礎(chǔ)研發(fā)層面加大投入，提高前瞻性布局所占比例。

此外，政府支持3D打印等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)吸取過去的前車之鑒，切實(shí)轉(zhuǎn)變政府職能，要出臺政策、創(chuàng)造環(huán)境引導(dǎo)市場發(fā)展。在前沿領(lǐng)域，政府應(yīng)大力支持高校和科研院所的基礎(chǔ)研究，在應(yīng)用領(lǐng)域，要大力支持企業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，而不是讓政府直接給企業(yè)投錢，也不是政府指條路，自己披掛上陣，或直接干預(yù)市場，限定技術(shù)路線。

（祁鳴、張?zhí)忑垖Ρ疚囊嘤胸暙I(xiàn)）

打印技術(shù)的先進(jìn)應(yīng)用

編譯/辛妍

用3D打印機(jī)打印實(shí)體就如同打印一封信：在電腦上點(diǎn)擊打印按鈕，一個(gè)數(shù)字文件就會被發(fā)送到打印機(jī)上，噴墨打印機(jī)會在紙上沉積一層油墨，形成一個(gè)2D的圖像。然而在3D打印中，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，軟件將模型進(jìn)行一系列的數(shù)字切片，并將這些切片的描述發(fā)送到3D打印機(jī)，它會一層一層地添加連續(xù)的薄圖層，直到一個(gè)實(shí)體出現(xiàn)。最大的區(qū)別就是，3D打印機(jī)用的“墨水”是材料。基本上，任何可以擠壓、熔化或者可以加工成粉末的材料，都可以用來打印，比如塑料、金屬或一些復(fù)合材料等。

幾種常用的3D打印技術(shù)的工藝過程包括光固化（SLA）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、選擇性激光熔化（SLM）和熔融沉積成型（FDM）等。它們的共性是都具有在世界上任何地方制造定制產(chǎn)品，尤其是復(fù)雜幾何形狀的實(shí)體的能力。

目前最常用的3D打印技術(shù)是光固化，包括行業(yè)領(lǐng)先者Stratasys在內(nèi)的許多公司的3D打印機(jī)都采用這一技術(shù)。該技術(shù)可以使用包括樹脂在內(nèi)的廣范的材料制造最精確的細(xì)節(jié)部件，因此通常用于制作高精密的展示形式的擬合模型。

選擇性激光燒結(jié)可以用于生產(chǎn)各種規(guī)格的金屬部件，包括由航天級鈦制成的組件。德國的EOS公司和剛剛被通用航空收購的MorrisTechnologies都使用了該技術(shù)。也可用于生產(chǎn)尼龍的一次性部件給汽車、跑步者、滾筒等使用。

選擇性激光熔化能打印金屬如鈦、不銹鋼、鉑，甚至是黃金，制作出的部件與傳統(tǒng)鑄件一樣好，因此在珠寶業(yè)和航空航天業(yè)的應(yīng)用增長迅速。常見的打印金屬的3D打印機(jī)只能打印網(wǎng)球大小的實(shí)體，雖然有些機(jī)器可以打印到鞋盒大小，但非常昂貴，這在一定程度上局限了該技術(shù)的應(yīng)用。

熔融沉積成型使用真正的工程級塑料，如ABS、聚乙烯、尼龍等，生產(chǎn)出的部件與機(jī)械加工或者注塑模具生產(chǎn)的部件強(qiáng)度相當(dāng)，顏色相同，惟一不同的是表面光潔度。

隨著材料和工藝過程的改進(jìn)，3D打印迅速發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于各個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，特別是在汽車、航空航天和醫(yī)療：福特公司的工程師的辦公桌上早就使用了MakerBot公司的各種產(chǎn)品，美國國家航空航天局的設(shè)施中遍布著Replicator2打印機(jī)，牙科醫(yī)生用它來制造模具等等。作為MakerBot公司的首席戰(zhàn)略官，Jenny Lawton女士認(rèn)為，下一個(gè)階段，也就是在今年將出現(xiàn)的情況會是3D打印設(shè)備在消費(fèi)者家中擴(kuò)散。下面列舉一些3D打印的先進(jìn)應(yīng)用：

醫(yī)療

3D打印技術(shù)在醫(yī)療上應(yīng)該會有很多應(yīng)用。3D打印能制造專門適合某人身體的定制部件，而這可以是所有的部件。有些研究人員已經(jīng)用3D打印機(jī)生產(chǎn)出了簡單的活體組織，如皮膚、肌肉和血管的短延伸。更大的身體部件，比如腎臟、肝臟、甚至心臟，都有可能在將來被打印出來。如果生物打印機(jī)可以使用患者自身的干細(xì)胞打印器官，那么就可以減少移植后產(chǎn)生排斥反應(yīng)的可能性。

2011年，一名荷蘭女子成為世界上第一個(gè)使用3D打印技術(shù)制作的鈦下頜骨的患者。這不僅節(jié)約了原材料成本，同時(shí)新方法將手術(shù)時(shí)間從20小時(shí)降到4小時(shí)，明顯降低了手術(shù)成本。更重要的是，該技術(shù)的應(yīng)用對患者本身有利，因?yàn)橛玫氖且粋€(gè)完全量身定做的部件。大大減少的麻醉（這在患者非常年輕或者年老時(shí)都要考慮）有助于加快恢復(fù)速度，同時(shí)也減少了感染的可能性。

2012年8月，維也納技術(shù)大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種創(chuàng)建具有特定的化學(xué)或生物特性的微米尺度的3D結(jié)構(gòu)的方法，并以此為基礎(chǔ)制作出了能夠快速打印微米大小的實(shí)體的3D打印機(jī)。研究人員現(xiàn)在正在研制生物相容性樹脂，用它可以生成能讓活體細(xì)胞依附的支架，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性生成生物組織。

2012年11月，WakeForest再生醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們已經(jīng)創(chuàng)建出了一臺混合3D打印機(jī)，它可以創(chuàng)造可植入的人體軟骨。

2013年2月，赫里奧特-瓦特大學(xué)的研究人員首次使用3D打印排列了人類胚胎干細(xì)胞。這些打印出的干細(xì)胞具有高存活力，大小完全相同，并且維持了多能性，即具有分化成其他細(xì)胞類型的能力。這一進(jìn)展對體外藥物開發(fā)和毒性測試至關(guān)重要，它可能會加速藥物測試過程。長遠(yuǎn)來說，隨著該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，將能夠從患者自身的細(xì)胞中生成可用的3D器官，從而實(shí)現(xiàn)按需提供移植器官。

2013年2月，美國康奈爾大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師和康奈爾大學(xué)威爾醫(yī)學(xué)院的醫(yī)師們運(yùn)用3D打印和高密度的注射用凝膠制成了人造耳朵。整形外科醫(yī)生可能可以用這一成果幫助那些出生時(shí)就患有先天性小耳畸形的孩子。新耳朵也可以幫助那些由于意外或者癌癥而失去了部分或者全部外耳的人。如果所有的安全性和有效性測試成功的話，人造耳最早可能在三年內(nèi)就進(jìn)行第一次人體植入試驗(yàn)。他們早在2012年就已經(jīng)制成了膝蓋軟骨、半月板，目前正在研制的有脊柱磁盤和心臟瓣膜，而將來的趨勢是制作越來越復(fù)雜的器官。有報(bào)告說腎臟已經(jīng)被打印出來了，至于肝臟，可能還需要一些時(shí)間。

航空航天

2012年3月，Stratasys公司和Optomec公司完成了為具有功能電子的無人駕駛飛機(jī)模型聯(lián)合開發(fā)的智能翼項(xiàng)目。該項(xiàng)目將3D打印和印刷的電子合并起來，創(chuàng)建了世界上第一個(gè)完全打印的混合結(jié)構(gòu)。這一項(xiàng)目的完成將有可能改變包括醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)類電子產(chǎn)品和航空航天等領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)。Stratasys公司直接數(shù)字制造的副總裁Jeff DeGrange表示，“匯集3D打印和打印電子電路將會改變設(shè)計(jì)和制造的游戲規(guī)則。它有可能只需要更少的材料和步驟來完全簡化生產(chǎn)，將產(chǎn)品推向市場。”

2012年5月，總部設(shè)在芝加哥的Sciaky公司開發(fā)出了電子光束直接制造技術(shù)。使用該3D打印技術(shù)取代鍛造，可以降低F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)中鈦結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)成本。

2012年11月，南安普頓大學(xué)的研究人員用激光燒結(jié)尼龍打印出了無人駕駛飛機(jī)。

個(gè)人消費(fèi)

2012年10月，西英格蘭大學(xué)精細(xì)打印研究中心的研究人員稱，古代埃及技術(shù)中使用的材料可能很適合在3D打印中制作陶瓷餐具原型。目前的項(xiàng)目在理論上為打印單發(fā)射、上釉的陶瓷對象提供了可能性，這是用基于目前的技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。無疑，古埃及人的材料會減少當(dāng)前陶瓷業(yè)打印原型所需的時(shí)間。

2012年11月，華威大學(xué)的研究人員研制出了一種簡單廉價(jià)可用于3D打印機(jī)的導(dǎo)電塑料復(fù)合材料（由溶解在晶型塑料中的碳粒子形成）。該材料的研制成功將有助于降低3D打印機(jī)的成本。將電子軌道和傳感器作為3D結(jié)構(gòu)的一部分，他們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)可以完全用新材料制作出計(jì)算機(jī)游戲控制器。

你現(xiàn)在還買不到，但是MIT的美食“The Digital Chocolatier”已經(jīng)通過印制一層層的糖果制作出了可口的美食。康奈爾大學(xué)也在通過它的名叫Fab@Home的多材料3D打印機(jī)進(jìn)行打印食品的研究。

其他

2012年4月，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院研發(fā)了一種新的3D打印方法，目前可以打印出分辨率為65納米的聚合物，并有望很快達(dá)到30～40納米，最終目標(biāo)是10納米。這一方法為大量的新的超級材料開放了路徑，該界限可以開發(fā)利用各種各樣的現(xiàn)象，如超材料隱形原則等。

3D打印的先進(jìn)技術(shù)及應(yīng)用已經(jīng)滲透到越來越多的領(lǐng)域。隨著3D打印技術(shù)在打印尺寸和打印精度上的發(fā)展，3D打印必將越來越多地應(yīng)用到更多的領(lǐng)域，離我們的生活越來越近。