究竟要顛覆什么？

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究竟要顛覆什么？

誕生于上世紀80年代末。是一種以數字模型文件為基礎，將計算機設計出來的圖形數據導入3D打印設備，打印機內裝有粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過電腦控制將材料疊層添加構造三維物體，最終把計算機上的藍圖變成實物的數字化、智能化增材制造技術。

自2009年以來，3D打印市場在北美和歐洲急劇增長。根據Stratasys公司2011年財報，其八成左右的收入來源于歐美市場，3D打印汽車零件還可以實現更加節能的目標，進一步減少溫室氣體排放。通過這樣的方式制造汽車，與85千瓦小時的電動汽車相比對環境和健康的影響還不到1/3。

今天，3D打印技術已經被廣泛應用于建筑、汽車制造以及尖端武器制造、航空航天等軍事領域。在我國，3D打印技術在民用領域已經成為建筑、汽車及其零部件制造產業的重點推廣領域；在軍事領域，3D打印也已被全面應用。

3D打印是制造業有代表性的顛覆性技術，實現了制造從等材、減材到增材的重大轉變，改變了傳統制造的理念和模式，具有重大價值。3D打印在改變顛覆人們傳統制造模式的同時，綠色、節能等優勢凸顯，其在全球的發展勢頭如火如荼。

3D打印在我國“開枝散葉”（上篇）

當下，我國航空、航天、船舶、汽車、海洋工程等現代重大工業裝備正向著大型化、復雜化、功能化和極端條件下高可靠、長壽命服役方向快速發展，對裝備結構、材料及制造均提出了更加苛刻的要求。輕量化、整體化、長壽命、高可靠性、結構功能一體化以及低成本，成為結構設計、材料應用和制造技術共同面臨的嚴峻挑戰，這取決于結構設計、結構材料和現代制造技術的進步與創新。而增材技術，這項具有短周期、低成本、激發創新的新興技術，代表著先進制造技術的發展方向，屬于在重大裝備制造中具有重大應用價值的變革性制造技術。

3D打印是制造業有代表性的顛覆性技術，實現了制造從等材、減材到增材的重大轉變

顛覆傳統建筑模式

《北京青年報》2014年8月21日報道：10幢3D打印建筑在上海張江高新青浦園區內正式交付使用，作為當地動遷工程的辦公用房。這些“打印”出來的建筑墻體是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，按照電腦設計的圖紙和方案，經一臺大型的3D打印機層層疊加噴繪而成，10幢小屋的建筑過程僅花費24小時。

而這些建筑與眾不同的墻體，其實是用一種特殊的“油墨”，根據電腦設計圖紙和方案，在現場層層疊加“噴繪”而成。至于打印過程中的玄機，這項技術的發明者，上海盈創裝飾集團的董事長馬義和說，這是他們眼下的最高機密。不過從拍攝的打印現場視頻片段可以看到，一只巨大噴頭像奶油裱花一樣源源不斷噴出灰色油墨，油墨呈“Z”字形排列，層層疊加，很快便砌起了一面高墻。之后，墻與墻之間還可像搭積木一樣壘起來，再用鋼筋水泥進行二次“打印”灌注，連成一體。馬義和介紹，整個打印過程，只需要一張圖紙、一臺電腦、就地取材制造的足夠“油墨”，就可以在24小時內打印出10幢200平方米建筑。

此次打印出的房子不大，最高不過兩層，面積也就十來個平方，墻體呈現出年輪蛋糕的結構，由一層層水泥材料堆疊而成，每層大約2厘米高。打印一張A4紙的打印機，體積已經不小，要打印一幢房子，該要一臺多大的打印機？馬義和告訴媒體記者：“高6.6米、寬10米、長32米的打印機，底面占地面積足有一個籃球場那么大，高度足有三層樓高。且打印機長度還可以延伸，完全拉開足有150米長。馬義和前幾年對它完成了設計研發，然后全球定制零部件，最終在蘇州工廠組裝而成。這次現身青浦的3D打印房屋，就是在蘇州打印好后搬運到上海的。”此次采訪中，記者還了解到：3D打印不僅是一種全新的建筑方式，更是一種顛覆傳統的建筑模式。它不僅更加堅固耐用、高效、節能、環保、解放人力，還能大大降低建造成本。而且3D打印最大亮點就是把建筑垃圾再利用，同時讓新的建筑不會再產生出新的建筑垃圾。

與傳統建筑行業相比，3D打印的建筑不但建材質量可靠，還可節約建筑材料30%～60%、縮短工期50%～70%、減少人工50%～80%……據他測算，打印至少能使建筑成本降低50%以上，讓更多人住得起房子。

2015年，國內經濟的發展可謂風云跌宕、群星閃耀。在這一年中，3D打印技術逐漸揭開了神秘的面紗，走進人們的工作和日常生活中，從基本的打印到企業生產流水線，產品的設計制作等方面都取得了突破性的進展。在2015年12月26～27日，率先將3D打印噴涂技術應用于農村房屋建設的“晉馬綠宅”在山東省濟寧市成功舉辦了招商會，有來自全國50多個城市的100多位客商參加了會議。會議得到了廣大客商的一致認可，多家客商現場簽約成為“晉馬綠宅”加盟商。

3D打印不僅是一種全新的建筑方式，更是一種顛覆傳統的建筑模式

安徽晉馬環保節能科技有限公司董事長魏雄告訴記者，目前我國即將進入“十三五”時期，“居者有其屋”是擺在國人面前急需解決的問題。隨著城鎮化進程的不斷推進，農村的住房問題正面臨著新的選擇，繼續走傳統建筑市場的老路，讓農民集體上樓并不完全符合當前農村的實際情況。現在的農村住房建設迫切需要一種新的建筑方式以滿足農村的發展需求，“晉馬綠宅”的綠色輕鋼集成建房模式成為農村自建房市場的新選擇。

魏雄董事長還說：“現在農村住房逐漸從磚混向框架結構演變，這是一種與國際自建住房市場相接軌的發展趨勢。對于改變國內目前鋼產能過盛、鋼價格下跌的現狀，也具有良性的市場推動作用。‘晉馬綠宅’采用3D打印噴涂技術建成的綠色輕鋼集成房屋抗震性能高、節能環保、美觀時尚、建筑工期短，充分順應了國家建設新農村，提倡綠色環保生活，提高農民生活水平的政策號召，必將成為我國農村住房未來的發展方向。”

開啟汽車制造業第三次革命

目前，3D打印在汽車制造業的應用也在不斷探索。2011年，世界首款“打印汽車”正式亮相。據悉，這款被命名為“Urbee”的打印汽車是由一個特制3D打印機層疊建造車身。打印汽車一經面世，即引起了各界人士的熱議。3D打印顛覆了人們的傳統觀點，人們不禁要問，這神奇的技術還有什么不可能打印？

在2014年3月5～17日舉行的日內瓦車展上，EDAG推出一款名為“EDAGGENESIS”的3D打印汽車，該款3D打印的汽車外觀炫酷極具科技感，采用多種最先進的3D打印技術制成，并進行單個組件、模塊乃至單件車輛獨立生產且組裝而成。據悉，在此之前，福特汽車已經率先在汽車零部件生產中運用3D打印技術。

3D打印技術能快速制作造型復雜的零部件，讓汽車零部件的開發成本更低，效率更高，并且已經在底盤、內飾、車身外覆蓋件方面實現了3D打印生產，將加速汽車制造業變革。

汽車制造業是一個適合各種創新技術嘗試應用的行業，正在興起的3D打印技術就是其中一個。在傳統汽車制造領域，汽車零部件的開發往往需要長時間的研發和測試。從研發到測試階段還需要制作零件模具，不僅時間長，而且成本高。當存在問題時，修正零件也需要同樣漫長的周期。而3D打印技術則能快速制作造型復雜的零部件，當測試出現問題時，修改3D文件重新打印即可。3D打印技術讓汽車零部件的開發成本更低，效率更高。此外，運用3D打印技術在設計早期驗證產品裝配可行性時，能及時發現產品設計差錯、復雜零部件或樣機原理的可行性。例如缸蓋、同步器開發，以及橡膠、塑料類零件的單件生產。

金屬3D進軍航空航天領域

金屬3D打印，多被用于機械制造和航空航天工程中形狀復雜的零件制造，對技術指標要求極高。但如果你認為金屬3D打印的技術還是“外國的月亮圓”的話，那可能你就犯了一個錯誤，因為若論金屬3D打印技術與航空工程的融合應用技術，世界頂尖水平的所在地就是沈陽。走進這里，你會感受到最新的金屬3D打印技術的精妙，發展脈絡的精彩，以及那些鮮為人知的關于3D打印故事的引人入勝。

王向明——中航工業沈陽飛機設計研究所的項目總設計師、飛機結構3D打印應用技術的領軍人物，2003年起便組建技術團隊，開展了3D打印在飛機結構中的應用研究。通過10余年堅持不懈地持續探索，造就如今居于世界前列的金屬3D打印技術與航空工程的融合。

金屬3D打印技術能在沈陽飛機設計研究所“開枝散葉”，緣于10多年前的一次偶遇和執著，用王向明的話來說，這可以稱作是“一個核桃”的故事。

2003年，北京航空航天大學的王化明教授（2015年當選中國工程院院士）來到沈陽飛機設計研究所，并隨身帶來了一個類似“核桃”形狀的金屬物體，猶如技術“種子”，開始孵化鈦合金結構激光增材制造應用技術，這也是二人正式創建聯合研發團隊、展開全面技術合作的開端。通過5個方面13個技術方向的研究，歷經10多年時間，走過了3個里程碑。第一個里程碑是2005年，突破鈦合金次承力件關鍵技術，使我國成為繼美國之后，世界上第二個掌握飛機鈦合金結構件激光成形技術及裝機應用的國家。第二個里程碑是2009年，突破了鈦合金大型、復雜主承力件關鍵技術，使我國一躍成為迄今世界上唯一掌握該技術并實現裝機工程應用的國家。第三個里程碑是2012年，在新機研制中實現了規模化應用。團隊先后榮獲國家技術發明一等獎和兩項國防科技一等獎。

大型航空鈦合金零件的材料利用率非常低，平均不超過10%，同時，模鍛、鑄造還需要大量的工裝模具，由此帶來研制成本的上升。通過增材制造技術，不僅可以節省材料2/3以上，數控加工時間減少一半以上，同時不再需要模具，可實現“快速反應”。更重要的是，增材技術解放了制造工藝對結構設計的約束，可以制造出最優化設計的結構件，從而將研制成本尤其是首件、小批量的研制成本大大降低。

“綠色”前景可期（下篇）

在2015年聯合國全球契約中國網絡主辦的第三屆“生態文明·美麗家園”關注氣候中國峰會上，國務院參事、中國科學院可持續發展戰略研究組組長牛文元表示，裝備制造占中國GDP總額的1/4，發展綠色裝備制造要以具備帶動性、示范性的典型產品和行業為對象，以推動產業鏈整體解決方案為主線，重點突破綠色設計、綠色工藝、綠色回收資源化等綠色制造關鍵技術和共性技術。特別對3D打印、先進制造、精細制造、納米制造、智能制造、柔性制造等領域要給予重點關注。

已經有不止一人預言，在未來工業領域應用方面，金屬3D打印將擁有強大的競爭力。現在桌面3D打印機打印出來的普通的成品大都是塑料制品，主要用來展示及作為模型等，在實用性方面還有所欠缺。但隨著科技發展和推廣應用的需求，利用快速成型直接制造金屬功能零件，將成為了快速成形主要的發展方向。金屬零件增材技術作為整個3D打印體系中最為前沿和最具潛力的技術，是先進制造技術的重要發展方向，它所能呈現的功用和空間無法預料。

綠色工業的排頭兵

綠色工業是新材料、新工藝、新經濟增長點的重要組成部分。綠色工業的產品種類多、附加值高、用途廣、產業關聯度大，直接服務于各個領域，也是人類社會綠色發展的重點領域。

在2014年的中建八局西虹橋項目裝配式建筑現場交流會上，中建八局總工程師馬榮全告訴記者：“3D打印裝配運用作為預制裝配式建筑的五大特點之一，已經被寫入上海市公共建筑預制裝配式設計規程。在制作柱模時，中建八局率先使用了3D打印技術，而后在現場澆筑核心區混凝土，省去模板支設工序。在對柱模外壁進行裝飾處理時，3D打印技術更是顯示出了巨大的潛力，今后建筑工地不會再是一片狼藉，城市空氣質量也會得到改善。”

在第三屆“生態文明·美麗家園”關注氣候中國峰會上，全國工商聯環境商會秘書長駱建華建議，企業綠色發展要充分利用互聯網的理念、思維與方法，提升企業綠色發展的效率，降低成本，形成更廣泛的以互聯網為基礎設施和創新要素的經濟社會發展新形態。

作為綠色工業的排頭兵，3D打印可以通過減少原材料使用來節省能源。通常大家會認為，工廠量產的塑料制品如果按每一個來算，會比在3D打印機上獨立生產所消耗能量要少。這就和“在一口大鍋里熔化東西總比在一個試管里來的高效”這個道理一樣。然而美國密歇根理工大學的材料科學和工程、電子和計算機工程副教授JoshuaPearce最近發表學術文章認為，3D打印不僅僅更便宜，而且更加綠色環保。在3D打印機上制作東西比從工廠中量產之后運送到倉庫的生產方式所耗費的能源更少、釋放更少的二氧化碳。

3D打印技術有著廣闊的前景，這不僅僅因為其設計制造等方面有著非常強大的靈活性和功能性，還表現在該技術在發展過程中對環境保護有著重要的意義。由于3D打印在室溫下就可以進行工作，在安全性得到大幅提高的同時不會產生有害刺激氣體（光敏材料具有綠色、無毒、安全的特性）。感光材料具有綠色環保、色彩豐富、透明、夜光、熒光、香芬、溫變（可隨溫度持續變色）等等，能夠支持各種特殊效果的處理和環境要求。安徽的“晉馬綠宅”就兼顧了變廢為寶、節能減排、推廣綠色建房方式的農村建房新理念。

3D打印技術對傳統制造業流程而言，無疑是一場顛覆性的革命

機遇與挑戰并存

目前全球有兩家3D打印機巨頭，其中美國的3D打印機制造商Stratasys于1992年賣出第一臺商業化產品，該公司在納斯達克上市，此前收購了以色列一家名為Objet的3D打印機公司。另一家則是同在納斯達克掛牌的3DSystems公司，它在2012年初通過收購另兩家3D打印機品牌ZCorporation和VidarSystems奠定其江湖地位。上述兩家公司創造著每年近兩億美元的市場營收，Stratasys的客戶不乏寶馬、戴爾、英特爾、耐克等世界500強企業。

3D打印技術所引發的掘金潮大有愈演愈烈之勢。上述報道中還引述了Objet在中國大華東地區的代理商林永利的說法，指出去年3D打印機在國內企業級裝機量約為400臺，近兩年增長尤其快，年增速均在70%左右，“市場規模肯定超過1億元人民幣”。

有業內人士指出，雖然目前3D打印技術在國內只是剛剛起步，但其背后所蘊含的潛力非同尋常：3D打印機和相關的技術對傳統制造業流程而言，無疑是一場顛覆性的革命，對于正處在轉型關口的中國制造業來說，機遇和挑戰并存。

有分析進一步指出，如果未來中國制造業不能在以3D打印技術為代表的數字化制造技術上奪得一席之位，那么中國制造曾經擁有的優勢，都變得不再具有吸引力，國內制造業也可能會面臨毀滅性的打擊。

大數據時代，3D打印這個詞匯從陌生到熟悉，從模糊到清晰，走過了這個時代許多新鮮事物發展演變的路徑。人們熟悉的印象里，那個一層一層逐級攀升的塑料材質的物體既可以制成自己的肖像，也可以造出各種模型。但與民眾接觸到的更具娛樂意味的3D打印技術相比，因材質不同而另稱的金屬3D打印，則因為技術含量和應用領域的不同而更具有高端性和神秘感。

“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場……”這句對3D打印的評語，現在來看異常貼切。

·業界視點·