3D打印：打出未來?

文 曲婷 詹儀

3D打印：打出未來?

文 曲婷 詹儀

近年來，全球范圍內呈現“3D打印熱”現象。“中國制造2025”也將3D打印上升為“國家戰略”，3D打印將顛覆傳統制造技術，實現并購浪潮與產業聚集效應。文中首先簡要概述3D打印，其次介紹3D打印為何叫好不叫座的原因，最后呼吁人們共同努力來實現產業化的大爆發。

近年來，3D打印如雨后春筍般涌現。未來，它將拉開“第三次工業革命”的序幕。這種新興技術不僅能打印一件玩具、一幢建筑和人體各器官等，而且將走入千家萬戶。同時，新一輪科技和產業變革正在世界范圍內興起，各國紛紛搶占未來戰略制高點，發達國家加緊實施“再工業化”，我國產業轉型、提質增效也迫在眉睫。智能制造與3D打印是全球產業界追逐的焦點，也為中國經濟轉型升級帶來了新的契機，必須抓住機遇，以向智能制造轉型為關鍵，以大眾創業、萬眾創新為依托，走在升級發展前列。

3D打印概述

3D打印[1]是一項快速發展的技術。它以三維數字模型為依據，使用3D打印機，運用粉末狀的石膏、樹脂、金屬、塑料、尼龍及食品材料等可粘合材料，通過逐層打印來構造實物。3D打印不僅精度高，而且最薄厚度是0.025mm，即使用低檔次3D打印機也能打印出高質量實物。

3D打印技術有不少優勢：無需考慮打印復雜性，無需考慮品種多樣性，無需組裝，零限制，零技能制造，零尺寸限制，廢料非常少，無限的材料色度等。盡管3D打印技術持續風靡，但產業化應用并不理想。對大多數上市公司，3D打印業務基本上還處于投入階段，并未形成顯著營收，在各個行業仍處于“模型”或者應用的初級階段。

為何叫好不叫座

大眾化的困境[2]

3D打印對制造業有輔助作用，但對一般市民不具備實用性，其用戶群狹窄。當前運用最多的3D打印機為FDM機型，其價格從幾千元到幾萬元不等，一般市民無法承受，并且FDM只能打印塑料模型，耗材強度不高，無法實際運用，對市民的作用可有可無，從而使3D打印用戶群進一步縮小，商業應用更不能擴大。

門檻高

一般市民當中會使用三維建模軟件建模、修模寥寥無幾，過高的技術門檻擋住大部分對3D打印有興趣的人。3D打印需要三維模型圖[3]，才能打印出實實在在的模型，若不會建模，3D打印機買來也無用，只能放在家里當擺設。而一般人中，能運用CAD、3Dmax等三維軟件的人不多，除了從事建模職業、機械制造業的學生以及建模愛好者，其他人完全對此陌生。

材料有限[4]

現在的工業級打印機雖然可以打印多種材料，主要以石膏、光敏樹脂、塑料為主，而其他材料往往面臨著以下問題：可適用的材料成熟度跟不上3D市場的發展；打印流暢性不足；材料強度不夠；材料對人體的安全性與對環境的友好性的矛盾；材料標準化及系列化規范的制定。而金屬工件的需求往往更大：根據不同的用途，金屬材料制備的工件要求強度高、耐腐蝕、耐高溫、比重小、具有良好的可燒結性，材料無毒、環保，性能要穩定，功能豐富等。

3D打印技術被熱炒多年仍未迎來產業化春天還有其他原因：人才嚴重短缺；比較優勢不明顯；設備和材料成本高；技術本身處于不斷完善和成熟過程；涉及硬件、軟件、材料、工藝過程、核心部件對未來有依賴性、產品規范標準問題；精度、效率及產業鏈配套的制約等。

如何實現產業化大爆發

設備大型化

在工業領域，對鈦合金、高強鋼、高溫合金及鋁合金等大尺寸復雜精密構件的制造提出更高要求[5]。目前現有的金屬3D打印設備成形空間難以滿足大尺寸復雜精密工業產品的制造需求，在某種程度上制約3D打印技術的應用范圍。因此，開發大幅面金屬3D打印設備將成為一個發展方向。

材料多元化

以金屬3D打印為例，能夠實現打印的材料僅僅為不銹鋼、高溫合金、鈦合金、模具鋼以及鋁合金等幾種最為常規的材料。3D打印仍然需要不斷地開發新材料，使3D打印材料向多元化發展，并能夠建立相應的材料供應體系，這將拓寬3D打印技術應用場合。

助力深空探測

月面設施構件3D打印技術是利用月球原位資源，采用3D打印技術就地生產月面設施構件，是未來建立大型永久性月球基地的有效途徑。該方法能利用原位資源制造3D打印所需的粉末材料，繼而采用3D打印設備直接打印出月面設施構件，降低地球發射成本，并可利用月球基地的原位資源探索更遠的空間目標。

走入千家萬戶

隨著3D打印技術的發展與成本的降低，3D打印技術走入千家萬戶不無可能。如你可以在家里打印一雙鞋子；在你的車子里放著一臺3D打印機，汽車的某個零件壞了，便可以及時打印一個重新裝上等。

啟動政策紅利

在認識、適應、引領“新常態”的過程中，傳統行業轉型升級步伐加快、程度加深，如何將信息化、數控化前沿技術融入制造業，是當前經濟領域的焦點。傳統制造技術實現顛覆性創新，3D打印技術一直備受矚目。《中國制造2025》戰略推出以來，“以3D打印為突破口，提高制造創新能力”的呼聲也日益突出。

3D打印除了上述方面向產業化爆發期發展外，工業3D打印生物醫學也是一個新發展方向，但這需要更多的市場手段、更腳踏實地來推動研發和產業化；發揮國內在桌面3D打印方面的優勢，涌現出更多新型公司；在金屬3D打印上，悅瑞科技已從代理EOS發展到研發出小尺寸銅材質的3D打印；大力培育新動能，改造和提升傳統動能；互聯網連接及智能化也是大勢所趨等。

目前，制約行業發展的不是核心技術，而是人們所持有的大局觀。從概念普及到示范應用是一個長期的過程。未來，也許一款新手機或者智能機器人可完成材料打印、材料組合、產品組裝整個制造過程。3D打印技術最終將會從輔助生產手段變成重要的生產工具，關鍵是找準比較優勢而不是一味想著顛覆，傳統生產解決批量化問題，3D打印解決個性化和定制化需求，這契合工業4.0[6]要求。同時，3D打印發展離不開創新性思維，只有創新才能引領發展，只有創新才能幫助客戶實現更大的價值，獲得更多的市場份額[7]。

[1]張曉龍.3D打印技術下對復制權的思考[J].河南工業大學學報(社會科學版),2015,04:67-70+75.

[2]王長興.3D打印優劣勢之我見[J].中國美術,2016,03:53-54.

[3]吳平.3D打印技術及其未來發展趨勢[J].印刷質量與標準化,2014,01:8-10.

[4]朱則剛.創新引領制造產業市場未來科技支撐3D打印技術發展[J].辦公自動化,2015,07:32-37.

[5]蘆欣.3D打印應成為未來高等教育發展的新常態[J].價值工程,2015,35:166-168.

[6]陳宏.工業4.0的發展[J].科技展望，2016,12:3-17.

[7]楊啟森.3D打印:一切皆有可能![J].智能制造,2016,04:18-19.

（作者單位 曲阜師范大學）

10.19436/j.cnki.1007-2160.2017.01.03