3D打印助推“中國制造2025”

夏麗萍

[摘要]：搶抓新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革機遇，加快發(fā)展包括3D打印在內(nèi)的先進制造技術(shù)及產(chǎn)業(yè)，是落實創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，推動我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)我國制造業(yè)“由大到強”跨越的迫切要求和必由之路。

[關(guān)鍵詞]：3D打印 中國制造 2025

房子、人體器官、汽車、衣服、機器人……你能想象這些東西都可以打印出來。3D打印帶來了世界性制造業(yè)革命，以前部件設(shè)計完全依賴于生產(chǎn)工藝能否實現(xiàn)，而3D打印機的出現(xiàn)，將會顛覆這一生產(chǎn)思路，這使得企業(yè)在生產(chǎn)部件的時候不再考慮生產(chǎn)工藝問題，任何復(fù)雜形狀的設(shè)計均可以通過3D打印機來實現(xiàn)。3D打印，又稱為“增材制造”，被業(yè)內(nèi)專家認為是近20年來震撼全球制造業(yè)的制造技術(shù)，引起了全球各界人士的廣泛關(guān)注。3D打印無需機械加工或模具，就能直接從計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體，從而極大地所縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)率。盡管仍有待完善，但3D打印技術(shù)市場潛力巨大，勢必成為未來制造業(yè)的眾多突破技術(shù)之一。

一、3D打印助力“中國制造2025”

3D打印將成“中國制造2025”支柱產(chǎn)業(yè)。3D打印裝備已被列為中國制造2025重點發(fā)展的五大關(guān)鍵技術(shù)裝備之一，3D打印為中國制造業(yè)注入新動能。3D打印被稱為新一輪工業(yè)革命的代表技術(shù)，受到了各國政府的大力支持。2015年，《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016年）》以及《中國制造2025》相繼出臺，彰顯了我國對于發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)的決心。

目前國內(nèi)3D打印工業(yè)應(yīng)用及其發(fā)展方面主要集中在航空領(lǐng)域和國防工業(yè)方面。在航空領(lǐng)域，由于3D打印解決了偏析（合金成分等均勻）和初步成形問題，已經(jīng)基本滿足實際應(yīng)用要求，但滿足不了飛機沖擊韌性的高要求，所以必須將3D打印與傳統(tǒng)擠壓鍛造方法結(jié)合，才能保證在航空方面放心地應(yīng)用。除此之外，3D打印另一個重要應(yīng)用方向則是生物領(lǐng)域。現(xiàn)階段利用3D打印技術(shù)打印生物體外模型已經(jīng)完全沒有問題，體外模型只是用來觀察使用的。而在打印體內(nèi)模型方面，國內(nèi)也已經(jīng)有了十幾年的研究。目前雖然可以打印人體器官，但是想要真正應(yīng)用到人體還有很長的距離。由于人體器官太過復(fù)雜，并且細胞種類繁多，目前的3D打印材料類別還無法滿足需求。因此3D打印人體器官難度相當(dāng)大，但是未來前途光明。未來需要在組織工程支架方面重點突破，應(yīng)盡快發(fā)展3D打印的組織工程支架誘導(dǎo)細胞生長工藝和相關(guān)技術(shù)，才能讓生物3D打印領(lǐng)域取得真正發(fā)展和進步。

3D打印的興起對我國制造業(yè)來說，就如同一把雙刃劍，給我國制造業(yè)的發(fā)展帶來了難得的機遇，同時也造成了嚴峻的挑戰(zhàn)。一方面，3D打印的設(shè)計創(chuàng)新將彌補我國科技創(chuàng)新能力的薄弱，為我國制造業(yè)的創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略提供新契機；憑借智能化、定制化、生態(tài)化的特征，3D打印將改變我國傳統(tǒng)制造業(yè)的發(fā)展模式，為我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級找到新出路；3D打印更多地面向高端制造和具有巨大的市場潛力將有助于提升我國制造業(yè)的國際競爭能力。另一方面，機遇總是伴隨著挑戰(zhàn)，3D打印也將給我國制造業(yè)的科技創(chuàng)新、勞動力配置問題和處于低端制造的現(xiàn)實帶來巨大的壓力。在3D打印技術(shù)的熱潮下，我們不僅要抓住時代給予的機遇，更重要的是克服擺在眼前的困難，正確把握3D打印技術(shù)在我國制造業(yè)中的發(fā)展方向，避免盲目投資、一哄而上的“中國式發(fā)展”模式，用理性和科學(xué)的態(tài)度發(fā)展3D打印技術(shù)，制定出適合本國國情的發(fā)展道路。

3D打印利用計算機軟件設(shè)計程序，借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的共享功能和快速傳遞效應(yīng)，以本地化生產(chǎn)的制造模式進行產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，讓全球各地、各處都可能成為產(chǎn)品制造的原產(chǎn)地，其在節(jié)約成本、減少污染的同時還可以滿足用戶的個性化定制需求，社會化制造的時代正在隨著3D打印的興起而到來。3D打印作為制造領(lǐng)域的一項新興技術(shù)，隨著今后各國之間發(fā)展程度的差異，它將作為新的起點重新分配全球產(chǎn)業(yè)價值鏈，各國之間的得失可以說難以較量。3D打印則是現(xiàn)代信息技術(shù)和傳統(tǒng)制造技術(shù)深度融合的重要產(chǎn)物，是制造業(yè)領(lǐng)域中正在升起的“朝陽技術(shù)”，將以其獨特的優(yōu)勢對全球制造業(yè)產(chǎn)生顛覆性的影響。

二、以3D打印助力“中國制造2025”起飛現(xiàn)場教學(xué)

為落實教務(wù)處專題現(xiàn)場教學(xué)項目，我們結(jié)合當(dāng)前科技前沿最新技術(shù)，選定3D打印做為現(xiàn)場教學(xué)。在設(shè)定現(xiàn)場教學(xué)選題時把握的原則有兩個：一要與本專業(yè)有一定的關(guān)聯(lián)性；二要緊扣時代脈搏，急領(lǐng)導(dǎo)干部之所需。大家開拓思路，積極聯(lián)系、查找線索，精選教學(xué)點。在確定3D打印教學(xué)專題之后，大家就分頭行動，找線索、查資料，與教學(xué)點接洽協(xié)調(diào)，親臨現(xiàn)場教學(xué)點，實地考察，集思廣意，細致地考量每一細節(jié)，確定最后教學(xué)方案。

2015年先后有6個班次參觀3D打印，到民營企業(yè)天津開發(fā)區(qū)科海化輕機電有限公司和國有企業(yè)天房集團下屬企業(yè)天津天易多維科技有限公司進行現(xiàn)場教學(xué)。深入了解天津市國有、民營企業(yè)在科技創(chuàng)新方面的發(fā)展，感受工業(yè)4.0智能制造技術(shù)、3D技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。了解民營企業(yè)在探索發(fā)展道路上的經(jīng)驗和困難及希望獲得政府的支持訴求，全面領(lǐng)會李克強總理大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的精神。

現(xiàn)場演示3D打印機的打印過程，許多打印的成品讓學(xué)員們感到新奇，對3D打印產(chǎn)生了濃厚的興趣。技術(shù)人員介紹3D打印機的工作原理，3D打印機技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，3D打印的創(chuàng)新方向。從硬件、軟件、材料、應(yīng)用、教育等方面進行了講解，并播放視頻，學(xué)員感覺生動、具體，學(xué)員積極提問，交流熱烈。

兩家公司的領(lǐng)導(dǎo)對現(xiàn)場教學(xué)非常重視和支持，精心準(zhǔn)備教學(xué)展板、PPT，仔細調(diào)試機器設(shè)備、提前打印出許多作品，供學(xué)員們參觀。學(xué)員普遍反映教學(xué)效果非常好，使大家了解最新科技動態(tài)，開闊了眼界。以前只是聽說3D打印機，現(xiàn)在親眼目睹3D打印技術(shù)，學(xué)員們紛紛表示3打印D現(xiàn)場教學(xué)受益匪淺。

增加學(xué)員與教學(xué)點相關(guān)工作人員交流互動的時間，盡可能的解決學(xué)員們迫切想知道的問題。積極組織學(xué)員就一些問題展開討論，即加深了現(xiàn)場教學(xué)的印象，又引起學(xué)員們的深入思考，從而突出了干部培訓(xùn)的實踐性、實用性和針對性的特點。

從教務(wù)處及學(xué)員的反饋中，我們得知，現(xiàn)場教學(xué)活動達到了預(yù)期的目標(biāo)，獲得了學(xué)員的高度認可和好評。有的學(xué)員回到單位后，利用黨日活動又帶領(lǐng)其它部門參觀3D打印。

三、3D打印大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新“利器”

3D打印技術(shù)可用于珠寶，鞋類，工業(yè)設(shè)計，汽車，航空航天，醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，教育，地理信息系統(tǒng)，土木工程和許多其他領(lǐng)域，通過3D打印機也可以打印出食物，意味著這項技術(shù)正在普及。常常在模具制造、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域被用于制造模型或者用于一些產(chǎn)品的直接制造， 3D設(shè)計好了之后就可以直接進行3D打印，有了原型之后設(shè)計師進行拼接、組裝、裝配，最后驗證這個設(shè)計是不是符合你的產(chǎn)品需要或者是想象，這讓研發(fā)變得非常簡單、便捷，不需要開模。然后再基于裝備測試結(jié)果進行一些修正，才最終確定?？梢詭椭憧旖萦行У卮_定你的方案設(shè)計方案，然后進行批量生產(chǎn)，而批量生產(chǎn)就不是3D打印的目標(biāo)領(lǐng)域。3D打印并不是萬能的，也有很多局限性，并不能取代傳統(tǒng)制造，3D打印的瓶頸導(dǎo)致在很多方面沒有廣泛的推廣。

發(fā)展3D打印，要與大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新很好地結(jié)合起來。3D打印作為一項新興技術(shù)，不僅可以破解航空航天等領(lǐng)域的一些制造難題，它與傳統(tǒng)工藝結(jié)合能有效提高復(fù)雜零部件的制造效率，減少產(chǎn)品研制周期和成本，而且能將人們頭腦中的復(fù)雜想法變?yōu)楝F(xiàn)實作品。3D打印為創(chuàng)客活動提供堅實的技術(shù)支撐，是推動大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的“利器”。

目前，國內(nèi)外很多地方和企業(yè)在積極探索利用3D打印技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)制造等先進制造技術(shù)和發(fā)展模式，推動制造業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。如美國的Shapeways公司，通過網(wǎng)絡(luò)收集設(shè)計師或普通消費者提供的創(chuàng)意設(shè)計方案，消費者可以在互聯(lián)網(wǎng)上選擇某一喜歡的方案，然后下訂單，公司用3D打印機生產(chǎn)出產(chǎn)品后，會郵寄給相應(yīng)的消費者。目前該公司已經(jīng)有近200萬種創(chuàng)意消費品可供選擇，已經(jīng)為消費者打印了近300萬件產(chǎn)品。例如貴州的Flex創(chuàng)客團隊開發(fā)的遙控迷你飛行器，由簡單的控制電路構(gòu)成，使用3D打印技術(shù)制作機身架構(gòu)，創(chuàng)造了600余萬元的產(chǎn)值。他們的“開源個人交通工具套件”也已設(shè)計成熟，由控制模塊、電池、電機等一系列部件組成，可以方便地安裝在滑輪、自行車、嬰兒車等很多非機動交通工具上。安裝之后，該套件將可以通過手機APP控制，為這些交通工具提供動力，最大行程可達20公里。

2015年5月在海爾工業(yè)園舉辦的青島創(chuàng)業(yè)周末活動，三迪時空網(wǎng)作為合作伙伴為創(chuàng)客們提供3D打印技術(shù)支撐，創(chuàng)客們思維碰撞，靈感爆發(fā)，頭腦中迸發(fā)的想法要靠什么來實現(xiàn)呢？3D打印在創(chuàng)客活動中發(fā)揮了作用，它可以把創(chuàng)客想的東西打印出來。不少創(chuàng)客們都對3D打印技術(shù)表達出了驚奇和驚嘆。一名中學(xué)生也對3D打印技術(shù)表現(xiàn)出了極大的熱情和好奇心。三迪時空網(wǎng)作為唯一的技術(shù)支持單位參加了青島市中小學(xué)創(chuàng)客教育聯(lián)盟成立大會，一名高一的學(xué)生站在3D打印機旁邊仔細觀察，并向技術(shù)專員不斷詢問3D打印的相關(guān)問題，表現(xiàn)出了對3D打印技術(shù)極大的熱情和好奇心，并聲稱也想要一臺3D打印機。學(xué)校的學(xué)生對3D打印特別感興趣，走進了3D打印實驗室就不愿意再走出實驗室，這是他們最喜歡的課程。祖國的花朵對新鮮事物表達的好奇心和熱情是國之幸事，3D打印雖然在中國已經(jīng)存在30年，但是仍有大片的領(lǐng)域值得開墾。

3D打印+制造業(yè)擴展效益達到1500億元。用3D打印的辦法，可以創(chuàng)新出很多性質(zhì)優(yōu)良的合金元素，這是做材料基因計劃的一個非常好的研發(fā)平臺，同時在生物醫(yī)療方面可以從創(chuàng)材走向創(chuàng)生，可以制造人體自己的器官。因為這些制造技術(shù)的優(yōu)越性，可以用任何的材料做任何的形狀，在任何的場合制造?？湛妥隽艘粋€概念飛機，把飛機的重量減輕了65%，用3D打印可以一次完成。GE公司做的一個零件，把20個零件的發(fā)動機噴嘴集成在一起，不僅減了重，而且增效了15%。

據(jù)麥卡錫預(yù)測，在有可能影響社會和經(jīng)濟發(fā)展的12個顛覆性技術(shù)中，3D打印排在第九，2030年整個3D打印的效益將上升為6千億-1.2萬億美金?，F(xiàn)在很多人認為用3D打印出來的零件品種還非常少，可能比不上等材制造或者是減材制造，但是3D制造的單價是很貴的，比如GE做的發(fā)動機噴嘴，數(shù)量非常少價格非常高。可能不久的將來，3D打印在價格市場上可以做到與等材制造、減材制造三足鼎立。

3D打印能夠做到智能工廠，材料的利用率接近100%，是可以實現(xiàn)眾創(chuàng)眾包的最好的形式，可以在家庭里就能實現(xiàn)設(shè)計和驗證工作。2014年被稱之為3D打印之年。預(yù)測中國3D打印5年內(nèi)可能形成直接效益達到200-300億元，制造業(yè)擴展效益達到1500億元，基本上形成一個比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈，一批制造企業(yè)把3D打印作為產(chǎn)品開發(fā)的必由之路。十年內(nèi)基本上可以實現(xiàn)從產(chǎn)品的試制到航空航天、醫(yī)療行業(yè)的小批量的制造手段。

要實現(xiàn)“中國制造2025”的任務(wù)，關(guān)鍵是以人為本，首先企業(yè)的管理者要有先進的理念，每個參加創(chuàng)新的人要有創(chuàng)新的能力?，F(xiàn)在的教育還需要改革，培養(yǎng)工業(yè)4.0的企業(yè)家和科研的領(lǐng)域人，既要有互聯(lián)網(wǎng)的思維又要精通專業(yè)知識、制造工藝，沒有制造工藝是完不成任務(wù)的，而且在新硬件時代，不僅僅需要大數(shù)據(jù)、軟件，同時還需要很多先進的硬件，這個時候需要大批的創(chuàng)客。這些人可能有三分之一在大學(xué)里，三分之一在孵化器里，還有三分之一在家里，他們不追求名利，追求的是創(chuàng)新能力的實現(xiàn)。我們的大學(xué)怎么去培養(yǎng)？是不是要做一些創(chuàng)客的實驗室、極客的工作室，讓大學(xué)生都有可能充分利用一些儀器、材料來實現(xiàn)創(chuàng)新，這樣的人才到社會上去，才可以真正的完成企業(yè)的創(chuàng)新任務(wù)和實現(xiàn)自己的創(chuàng)業(yè)。創(chuàng)意是沒有極限的，創(chuàng)業(yè)是沒有門檻的。相信5-10年內(nèi)，就可以實現(xiàn)一半以上的制造是個性化定制，一半以上的價值是創(chuàng)新設(shè)計者體現(xiàn)。

參考文獻：

[1]鄧春蓉.論攜3D打印投入“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”恰逢其時.人民論壇，2015（33）.

[2]于灝.“中國制造2025”下的3D打印.新材料產(chǎn)業(yè)，2015（07）.