基于產業融合的常州3D打印與傳統產業協同發展研究

馬云燕

[摘 要]3D打印技術是一項創新的制造技術，顛覆了傳統的制造技術，以其個性化、小型化和節約化的特點給制造企業的技術創新帶來了新的動力。而常州作為一個以制造業為主導經濟產業的蘇南城市，正面臨傳統制造企業創新動力不足的問題，本文以產業融合理論為基礎，在分析3D打印技術與常州傳統產業融合路徑的基礎上，探索3D打印技術與常州傳統產業協同發展對策。

[關鍵詞]3D打印；產業融合；傳統產業；協同發展

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.17.183

1 3D打印制造技術

1.1 3D打印概念

3D打印，即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。

3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

1.2 3D打印對產業結構的影響

1.2.1 3D打印制造技術將引起制造業的生產方式發生轉變

3D打印技術是個體化的最好體現，也是制造業可以采用的生產方式，它不是在某一個地方生產產品后再運至世界各地，而是能夠通過互聯網即時發送設計圖，并在需求所在地制造產品，拋棄了工廠大規模制造的雷同形式，具有個性化、小型化、節約化的特點。其真正革命之處在于它能在世界各地生產個性化的定制產品，設計和生產環節被不同時間和空間細分，從而呈現出社會化特征，而且設計和制造過程的聯系將更加緊密。今后，制造一個產品并不難，難的是誰能夠設計出來，這種設計變成一種個性化互動式的，變成創新與市場聯動，市場需要什么就設計什么，或者是設計新的產品很快被市場接受，不僅大規模壟斷的生產模式會發生改變，需求多樣化、生產制造多樣化，而且精密制造會深入到千家萬戶，任何人都可以享受到精密制造的產品，它全面超越了傳統集中型的生產體系結構。

1.2.2 3D打印制造技術將創造新的商業模式，并改變現有產業結構

目前，3D打印技術已經在工業設計、模具制造等諸多領域得到廣泛應用，展現出廣闊的應用前景。隨著大規模批量生產轉向本地化、個性化定制生產，3D打印不僅會減少交通和物流成本，還會大幅降低固定資產投資，減少產品碳足跡和碳排放。3D打印可以使“及時生產方式”取代“及時物流”，使商業流程更節省成本并且更便捷，這有可能從根本上改變全球供應鏈，造成工作崗位的重新分布，并改變企業與用戶之間的互動方式。這意味著一些制造業可以遠離低成本勞動力聚集地，重返更靠近消費者的地方。這些變化都在不同程度上改變了經濟模式，成為未來新的經濟增長點。

2 產業融合理論

2.1 產業融合的內涵

從產業的內涵來看，產業是由技術、產品、企業、市場與制度等系統構成的。如果只從一個或少數幾個子系統視角來定義，則會像“盲人摸象”那樣無法得出一致的結論，也無法科學地界定產業融合的內涵與本質。因此，從系統的視角來加以研究，可以更好地界定產業融合的內涵與外延。

產業融合的內涵。從系統的視角看，產業融合是指開放產業系統中，新奇的出現與擴散引起不同產業構成要素之間相互競爭、協作與共同演進而形成一個新興產業的過程。它的外延包括技術融合、企業融合、產品融合、市場融合、制度融合等。

2.2 產業融合的過程模型

2.2.1 產業融合產生過程是一個自組織過程

產業系統是由技術、企業、產品、市場與制度等要素構成的，其中企業是主體，產業系統中其他要素都是通過影響企業的行為來影響產業發展的。同樣，產業融合的產生也是通過這些要素的相互作用與融合而促進產業融合的產生與發展的。

產業融合的產生過程是一個自組織過程，是指在開放系統中，不同產業企業主體之間非線性競爭與非線性協同相互作用打破了原有系統的線性關系而引起產業系統向有序化方向發展，即導致新興產業出現與發展的過程。

2.2.2 產業融合產生過程的兩個階段

為了進一步理解產業融合產生過程的特征與內在規律，本文以融合型產品創新為標志，把產業融合的發展階段分為兩個階段，即從無到有與從產業融合的出現到產業融合的實現。

首先，產業融合從無到有的過程。產業融合從無到有的過程是指產業融合首次出現的過程，其根本的標志是融合型產品的創新，是一個產業構成要素的擴散與整合的過程。

其次，產業融合從出現到實現的過程。產業融合從出現到實現的過程是指融合型產品產生后，像“序參量”一樣，發揮“役使”功能，役使著技術、產品、企業、制度與市場等構成要素向同一個方向發展，并對現有多個產業中的產品進行替代，促進原有產品退出市場，形成以融合型產品為主導的新興產業，并促進新興產業發展進入穩定發展期。可見，從產業融合產生到實現過程是一個替代的過程。其中，制度融合、融合型產品功能的完善及價格的降低、市場融合等對于產業融合的實現起著非常重要的作用。

3 3D打印與常州傳統產業的融合

3.1 常州傳統產業概況

20世紀80年代初，常州已經成為聞名全國的工業明星城市，以鄉鎮工業發達為時代特征創造了著名的“蘇南模式”，是全國最早的“經濟體制綜合改革試點城市”和“對外開放城市”。常州制造業基礎雄厚，增長快速，并已形成了一批具有地方特色的產業集群，制造業已經成為常州經濟的主導產業。常州市的傳統產業有：軌道交通業、農機和工程機械制造業、輸變電設備制造業、紡織服裝業、化工制造業，傳統產業不斷升級，著力打造先進制造業基地，規模和品牌效應逐步顯現。

為了引導企業加快發展高端裝備，支持企業拓展新產品市場、加快產業化進程，促進裝備制造業產業轉型升級、向高端化發展，常州政府制定一系列的政策，推動了常州高端裝備制造業的發展。目前，常州裝備制造業是全市工業經濟的支柱產業，在國內同行業具有較高聲譽，已經形成輸變電設備、軌道交通設備、工程機械和車輛，新型農業機械、數控機床及基礎裝備等門類齊全、配套完善的產業特色和優勢，積累了較多的工業資產、較為先進的技術裝備和較高科技含量的研發能力，形成了較為雄厚的裝備制造產業基礎。

3.2 3D打印與常州傳統產業融合路徑

3.2.1 3D打印與常州制造業的融合

常州工業經濟中制造業為主導產業，尤其是形成了輸變電設備、軌道交通設備、工程機械和車輛，新型農業機械、數控機床及基礎裝備等支柱性高端制造產業。但是，與長三角的其他城市相比較而言，常州制造業的競爭能力并不強。制造業的競爭，關鍵在于核心技術的競爭；核心技術的競爭，關鍵在于企業技術的創新能力。然而，企業技術研發與3D打印技術融合，將會大大地提高制造企業的技術創新能力。

3D打印技術是一項創新的技術，正不斷向大尺寸、高精度、復雜化結構發展。對打印材料的拓展使用和打印精度控制不斷提高成為主要亮點。作為趨于成熟的新興技術，3D打印與傳統制造技術相結合，互相取長補短將會迎來技術上的重大突破。

3D打印技術與制造企業融合，可以大大節省制造企業產品的研發時間和研發成本。有關專家預測，3D打印技術將會取代傳統制造業所用的各種各樣的傳統加工機械，顛覆性改變制造業的生產方式，最大的特點是不需要大規模的流水線制造。

3.2.2 3D打印與常州模具產業的融合

對大規模生產的普通易耗品，3D打印恐怕永遠競爭不過模具，尤其考慮到重力環境、可加工材料范圍以及模具技術的同步進步。對高端工業品，材料、工藝才是核心競爭力所在，時間成本往往也遠大于人力成本。傳統的制造工藝中，一款產品在設計之后會進行開模，第一版模具行話叫作手板。手板的開模所需要的時間一般為一周，并且，傳統制造工藝中的開模的風險較大。除了時間之外，還有兩點風險讓廠商擔心。一是開模的成本較大，對于沒有經過市場檢驗的創新設計而言，一旦市場不認可，就會造成較大的損失；二是產品開模之后無人問津，即便是成熟的產品，沒有客戶愿意下單，前期都白費工夫了。前一種風險至少值得一試，后一種風險直接就浪費了開發的資源。而與傳統制造工藝相比，3D打印機所具備的立體成型、打印速度、打印成本這三項優勢無疑是巨大的。它很好的將以上三點風險降到了最低。

3.2.3 3D打印與常州醫療生物產業的融合

目前，醫療行業（尤其是修復性醫學領域）個性定制化需求顯著，鮮有標準的量化生產，而個性化、小批量和高精度恰是3D打印技術的優勢所在，因此，3D打印技術應用到常州醫療生物產業，將給醫療生物產業帶來技術上的革命性突破。目前，常州華森三維打印研究院研發成功我國第一代骨科專用3D打印機，能將3D打印技術成功應用于骨科植入物的設計、生產和個性化定制。除此以外，3D打印與醫療生物行業的融合主要是技術的融合，有以下三個方面：體外醫療器械制造、個性化永久植入物、細胞3D打印。

體外醫療器械包括醫療模型、醫療器械——如假肢、助聽器、齒科手術模板等。個性化永久植入物是對人身體部位進行復制，通過3D打印，這些部件可以與身體完全契合，與身體融為一體。以骨骼為例，當人體的某塊骨骼需要置換，可掃描對稱的骨骼，再打印出相應的骨骼，最后通過手術植入人體內。

細胞3D打印屬較為前沿的研究領域，是一種基于微滴沉積的技術——一層熱敏膠材料一層細胞逐層打印，熱敏膠材料溫度經過調控后會降解，形成含有細胞的三維結構體。

綜上所述，3D打印已經逐步與常州其他產業進行融合，并且大部分是技術層面的融合，企業作為產業融合的主體，在外部激勵因素與內生性激勵因素的相互作用下，積極投入和推進3D打印與企業所處行業的融合。

4 常州3D打印產業融合傳統產業協同發展研究

3D打印技術的產業化具有一條龐大的產業鏈，從上游的3D打印材料的生產，到中游3D打印設備的制造，以及下游3D打印應用與服務，產業路線長，涉及的技術新、科技含量高，其核心技術主要在上游的3D打印材料的研制開發以及中游3D打印設備的制造。

4.1 上游的3D打印材料的研發與產業化

目前3D 打印的材料主要有塑料、尼龍、石膏、陶瓷等，工業級應用的金屬粉末僅有鈦、不銹鋼、金銀等寥寥數種，因此如何開發更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質材料以及傳統方法難以制作的復合材料已成為當前3D打印的一大關鍵技術。

常州在新材料領域具有較強研發與生產的優勢，在武進經發區建有“功能新材料產業園”，建有4個新材料生產基地（新型功能高分子材料基地、新型復合材料基地、新型金屬材料基地、新型能源材料基地），另有常州聚合物改性與應用技術研究院、北京化工大學常州先進材料研究院、江蘇省高性能分子材料重點實驗室、安格特國家級博士后科研工作站等一批研發平臺，在功能新材料方面具有強大的研發與生產的優勢。

因此，常州在3D產業發展過程中，可重點圍繞3D打印產業鏈的上游新材料產業，加以引導與規劃，鼓勵現有企業開展3D打印新材料的研發與生產，在招商引資方面，有重點的吸引國內外3D新材料研制開發科研機構、高校與企業投資和落戶常州，緊緊抓住3D打印產業鏈的上游核心技術。

4.2 中游3D打印設備的研制與產業化

常州作為江蘇乃至全國重要的裝備制造業基地，在智能裝備產業領域具有雄厚的工業基礎，在武進高新區建有“機器人及智能裝備產業園”，常州科教城先后引進了中科院合肥物質科學研究院、常州數控技術研究所、哈爾濱工業大學機器人研究所常州分所等一批以機器人與數控智能裝備技術為主要研發方向的科研院所，具有較強的數控及智能裝備的研發優勢與人才優勢。

3D打印機是3D打印的核心裝備，它是集機械、控制及計算機技術等為一體的復雜機電一體化系統，主要由高精度機械系統 、數控系統 、噴射系統和成型環境等子系統組成，屬于典型的智能制造裝備，其產業化發展需要較強的工業基礎支撐。

常州應充分發揮自身在智能裝備產業領域的優勢，引導和扶持企業開展3D打印設備關鍵技術攻關及關鍵設備的產業化，研發方向以工業化高端3D打印設備和民用便捷式桌面小型3D打印設備為主。

4.3 下游3D打印應用與服務領域

在3D打印龐大的產業鏈上，下游3D打印應用與服務具有巨大的市場空間，如何開拓3D打印下游應用市場空間，組建與培育3D技術服務體系，也是常州未來3D產業發展的關鍵。

3D打印行業的發展需要完善的供應商和服務商體系、市場平臺。供應商和服務商體系中，包含工業設計機構、3D數字化技術提供商、3D打印機及耗材提供商、3D打印設備經銷商、3D打印服務商。市場平臺包含第三方檢測驗證支持、金融支持、電子商務、知識產權保護等支持。

綜上所述，常州應積極引導和發揮常州高等院校、工業設計企業、軟件企業與科研院所的積極性，為上中下游研發、制造與應用企業提供信息、技術、設備等服務，為常州傳統企業提供3D打印整體系統解決方案，完善常州3D打印產業鏈，促進3D打印技術與常州傳統產業的協同發展。

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