淺析我國3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢*

張澤凡

西華師范大學(xué) 四川 南充 637009

1 3D打印技術(shù)簡介

1.1 3D打印技術(shù)的研究背景

3D打印是一種基于數(shù)字模型的快速成型技術(shù)。它使用金屬粉末或塑料等黏性材料逐層打印物體。過去，這項技術(shù)已應(yīng)用于模具制造、工業(yè)設(shè)計等模型制造，現(xiàn)在已逐步應(yīng)用于部分產(chǎn)品的直接制造。它結(jié)合了計算機(jī)輔助設(shè)計、材料加工和成形技術(shù)。它將特殊金屬、非金屬和生物醫(yī)學(xué)材料與數(shù)控系統(tǒng)相結(jié)合。3D打印技術(shù)的應(yīng)用使得制造復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件成為可能[1]。

1.2 3D打印技術(shù)特點

1.2.1 精度高。經(jīng)過20多年的發(fā)展，3D打印的精度有了很大的提高，可以滿足大多數(shù)產(chǎn)品的需要。

1.2.2 生產(chǎn)周期短。傳統(tǒng)的模型制作過程往往需要經(jīng)過模具設(shè)計、模具制作、模型制作、切割等環(huán)節(jié)。3D打印省去了模具制作過程，而且生產(chǎn)周期要短得多，所以一個模型通常可以在幾個小時甚至幾十分鐘內(nèi)打印出來。

1.2.3 實現(xiàn)個性化生產(chǎn)。對于傳統(tǒng)的建模過程來說，制作個性化的模型并不太困難和昂貴。另一方面，3D打印克服了數(shù)量和成本的限制。

1.2.4 制作材料的多樣性。一般來說，3D打印系統(tǒng)可以實現(xiàn)不同材質(zhì)的打印，并且材質(zhì)的多樣性可以滿足不同生產(chǎn)領(lǐng)域的需要。

2 我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

在國外，3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主要集中在打印機(jī)的生產(chǎn)和開發(fā)上，以滿足不同行業(yè)的需求。3D打印機(jī)在工業(yè)制造、生物技術(shù)等方面得到了進(jìn)一步的提高，但3D打印行業(yè)在打印材料和應(yīng)用軟件的研發(fā)方面還不成熟。我國3D打印行業(yè)在打印機(jī)研發(fā)方面一直處于小規(guī)模，潛在的市場需求一直沒有得到開發(fā)，導(dǎo)致我國3D打印行業(yè)發(fā)展緩慢。為了促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國高校通過與相關(guān)企業(yè)合作，建立材料成型工藝及模具技術(shù)研發(fā)中心和重點實驗室。經(jīng)過多方努力，雖然我國3D打印產(chǎn)業(yè)取得了長足的進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距[2]。

3 我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在的問題

3.1 技術(shù)和工藝不完善

生產(chǎn)時間長、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定是我國3D打印行業(yè)存在的主要技術(shù)問題。由于生產(chǎn)時間長，目前的3D打印技術(shù)只能生產(chǎn)少量個性化、專業(yè)化的產(chǎn)品，而不能像傳統(tǒng)制造那樣以流水線的形式進(jìn)行批量生產(chǎn)。雖然3D打印技術(shù)可以生產(chǎn)汽車、房屋、工藝品和零部件，但是在高精度產(chǎn)品打印方面不能滿足對精度的要求。

3.2 打印材料限制技術(shù)發(fā)展

首先，我國3D打印材料主要局限于石膏、樹脂、塑料等，由于不同的打印機(jī)需要匹配不同的打印材料，有限的打印機(jī)類型也限制了可用打印材料的范圍。而且不同的印刷品不能同時混在一起，影響了印刷品的質(zhì)量。其次，我國可以滿足市場對低端印刷材料的需求，但對于高端印刷材料來說，大多不得不依賴國外進(jìn)口。因此，我國必須加強3D打印材料的研發(fā)，消除打印材料的供應(yīng)范圍。

3.3 專業(yè)人才短缺

據(jù)統(tǒng)計，截至2013年底，我國3D打印人才缺口高達(dá)1000萬人，其中制造業(yè)對3D應(yīng)用人才的需求量最大，缺口達(dá)800萬人。3D打印產(chǎn)業(yè)作為一個新興產(chǎn)業(yè)，需要軟件開發(fā)、光電技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、材料科學(xué)、快速成型技術(shù)等學(xué)科的支撐。然而，我國對3D打印人才的培養(yǎng)還不夠。目前，高校與3D打印技術(shù)相關(guān)的學(xué)科很少，也沒有整合各學(xué)科促進(jìn)理論推廣和技術(shù)發(fā)展的平臺[3]。

3.4 產(chǎn)業(yè)鏈尚未形成

目前，我國雖然在3D打印機(jī)的制造方面取得了一定的進(jìn)展，但專門從事軟件技術(shù)開發(fā)和材料開發(fā)的3D打印企業(yè)尚未成立。3D打印仍然是一項新技術(shù)。許多企業(yè)由于自身的實際情況存在一些問題。一些企業(yè)喜歡使用傳統(tǒng)技術(shù)，不愿選擇新的生產(chǎn)方式，未能形成具有規(guī)模化的產(chǎn)業(yè)鏈。

4 3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

4.1 加強基礎(chǔ)理論和核心技術(shù)的研發(fā)

首先，建立內(nèi)部機(jī)制和研究機(jī)構(gòu)，吸引不同領(lǐng)域、不同學(xué)科的3D打印技術(shù)人員進(jìn)行理論交流和探討，加強打印材料穩(wěn)定性的基礎(chǔ)理論研究。其次，加強核心技術(shù)研發(fā)，鼓勵企業(yè)引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，在學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新。努力突破影響工業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。最后，要加快開發(fā)新型印刷材料，努力擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍，在保證金屬和非金屬材料市場需求的同時，不斷加大環(huán)保材料的開發(fā)力度[4]。

4.2 加快專業(yè)人才培養(yǎng)

大學(xué)教育是培養(yǎng)人才的主要途徑。我國高校應(yīng)開設(shè)3D打印技術(shù)相關(guān)課程，對高校教師進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，聘請外企優(yōu)秀技術(shù)人才，鼓勵海外人才回國任教，確保人才培養(yǎng)符合市場需求。

4.3 制定3D打印產(chǎn)業(yè)總體發(fā)展規(guī)劃

作為新興產(chǎn)業(yè)，政府應(yīng)制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體規(guī)劃，明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，加強政策引導(dǎo)。政府應(yīng)加強對3D打印產(chǎn)業(yè)的政策支持，通過稅收優(yōu)惠引導(dǎo)更多企業(yè)進(jìn)入，優(yōu)化資源配置。通過3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的完善，帶動全國3D產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[5]。

5 結(jié)束語

近年來，我國高度重視3D打印市場的發(fā)展，國家不斷出臺政策扶持3D打印行業(yè)。出臺了多項扶持政策，建立符合我國國情的新型添加劑制造標(biāo)準(zhǔn)體系，與國際市場接軌。因此，3D打印產(chǎn)業(yè)在未來將有很好的發(fā)展前景。