3D打印夢想照亮現(xiàn)實

成正茂

武漢有著領先全球的“3D打印”技術，當下最重要的是及時重點布局，積極發(fā)展完善產業(yè)鏈，否則在激烈的競爭下，先天優(yōu)勢將會磨滅

衣服、鞋子、瓷器、桌子、汽車、飛機，只要你看到的，甚至只要你想到的，都能通過它變成現(xiàn)實。它不是童話故事里的阿拉丁神燈，也不是機器貓的百寶袋，而是一臺3D打印機。

它的工作原理是這樣的：先在電腦里建立所需物體的模型，然后把模型分成很多層的結構，用一個機器取一些原材料——現(xiàn)在來說一般是金屬和塑料——機器把材料融化，再和噴墨打印機一樣，將融化的材料用噴嘴噴出，打印出結構的第一層。然后是第二層、第三層……每一層逐漸疊加，當所有層都打完時，你需要的物體就出現(xiàn)了。

與傳統(tǒng)的制造物體的方式相比，沒有冗長而又昂貴的模具制造過程，也不需要規(guī)?；纳a場地，甚至在家里就能夠輕松完成。

這些更像是出現(xiàn)在科幻片中的場景，雖然還不是現(xiàn)實，但是正在逐漸進入我們的視野，這樣一種新的制造物體的方式，有可能會改變我們的生活。

仍未“長大”

當3D打印機能夠打印飛機、汽車、鞋子和衣服的新聞開始頻頻出現(xiàn)在網(wǎng)絡、報紙、電視等媒體上時，這個看起來高深莫測的技術也被越來越多的人所了解和熟知。

嚴格來講，3D打印不算是新興行業(yè)，最初的技術可以追溯到上世紀80年代，它發(fā)端于美國軍方的快速成形技術，與傳統(tǒng)成形方法截然不同，它通過電腦創(chuàng)建的三維設計圖將材料分層“打印”疊加，最終整體成形，因而也被稱為“增材制造”技術。

在國內，3D打印技術多少都與清華大學存在淵源。早年清華機械系顏永年教授在日本開會時了解到快速成型技術，回國后便四處搜集資料，組織研討會。之后清華大學、華中科技大學（時稱華中理工）、西安交大等高校便開始這方面的研究，并催生相關企業(yè)。

這就如同投下了一顆顆種子，許多年之后快速成型技術能在中國生根發(fā)芽也得益于此，從而也就決定了中國3D打印企業(yè)的基因——高校背景。

1992年清華大學研制出了國內第一臺快速成型設備，并在1993年成立產學研項目——北京殷華激光快速成型與模具技術有限公司（下稱殷華）。同年成立的北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司（下稱隆源）則是獨立于高校體系外不多的行業(yè)先驅。

事實上，在中國3D打印產業(yè)版圖中，殷華代表最主要的一類企業(yè)：由從事3D打印相關技術研究的高校老師主導成立，研發(fā)費用主要來自國家科研項目，市場選擇等。

進入21世紀，國家將快速成型制造列入高職教育的培養(yǎng)方案，拉開了教育界對這類設備的采購熱潮，殷華等企業(yè)獲得了成長空間。

雖然已經過20多年的發(fā)展，但3D打印似乎仍沒“長大”。據(jù)媒體報道，截至目前，隆源已實現(xiàn)的銷售收入不過1900萬元，其中機器銷售不足1100萬元。

從全球市場范圍看，據(jù)美國消費者電子協(xié)會發(fā)布的報告稱，2011年全球3D打印市場規(guī)模為17億美元，而2012年英國螺絲機械市場規(guī)模就超過10.57億美元。

另有數(shù)據(jù)顯示，目前已在納斯達克上市的兩大3D打印機制造巨頭Stratasys和3D Systems2011年營收分別僅為1.7億美元和2.9億美元。而同年蘋果CEO蒂姆庫克的薪資福利就高達3.8億美元。

國際巨頭尚且如此，國內的中小企業(yè)可見一斑。

3D打印在武漢

1986年，美國3D Systems公司成功研發(fā)了世界上第一臺3D打印機。

1991年，湖北武漢，由著名機械制造專家黃樹槐牽頭成立了華中理工大學（現(xiàn)為華中科技大學）快速制造中心（下稱中心），研發(fā)基于紙材料的“立體打印機”。

1994年，我國首臺具有自主知識產權的“立體打印機”誕生于該中心。次年，該中心成立武漢濱湖機電技術產業(yè)有限公司（下稱武漢濱湖），轉化3D打印技術。

4年后，史玉升來到中心工作，負責研發(fā)基于固態(tài)粉末材料的快速制造技術與裝備。原材料研發(fā)成為了他工作中的第一個難題。

幾經周折，最后是通過朋友的介紹，他了解到一種名為聚苯乙烯的材料，用聚苯乙烯做測試的結果顯示，這種材料正好符合要求。

“要知道，3D打印是一個多學科交叉的技術?！笔酚裆貞洠骸半m然研究上取得了進展，但中心學科背景單一成為研究的最大掣肘?！睘槠平庠撾y題，在學校的支持下，中心開始引進機械、信息、光學、計算機、自動控制、力學、新型材料等領域的人才，并開展交叉學科研究。

目前，快速制造中心已從最初的不到10人發(fā)展到100多人，成為華中科技大學最大的研發(fā)團隊之一，史玉升就是中心現(xiàn)在的負責人。

在過去的22年里，中心先后研制出多款3D打印機。2000年，該中心研發(fā)出0.4米×0.4米工作面的基于粉末床的快速制造裝備；2003年，擴大到0.5米×0.5米，超過了當時代表國際先進水平的美國3D Systems公司；2005年以后，工作面達到1米×1米以上；2011年，工作面達到1.2米×1.2米，被譽為全球最大3D打印機。

從2000年至今，武漢濱湖共賣出200多臺3D打印設備，單價在100萬左右，提供了上萬次“打印”服務，每年銷售額增長約為15%。

將研發(fā)的成果迅速商業(yè)化，進而實行產業(yè)化生產，讓3D Systems公司得到快速發(fā)展，一躍成為業(yè)界巨頭，現(xiàn)已先后在美國的納斯達克和紐約證券交易所上市。與國內情況不一樣，他們的研究經費都由股東來出。

而在國內，大學實驗室似乎只負責研發(fā)，他們的研究費用很大部分來自于國家的撥款，對于研發(fā)的成果能否產業(yè)化，沒有太多人關心。這也成為制約我國3D打印行業(yè)發(fā)展的一大障礙。

“研發(fā)新型工藝與裝備需要較大的經費支持，周期也長。光靠國家的經費支持是遠遠不夠的?！睂Υ耍酚裆钣懈杏|。

幾年前他在山東濟南宣傳“立體打印機”技術時，被認為是在忽悠。盡管他賣力“吆喝”，聲稱“不需要模具即能直接制作出蠟?！?，可別人就是不買賬。

正是這件事讓史玉升下定決心，“要走自己的創(chuàng)業(yè)之路，走與企業(yè)合作之路，走國際合作之路”。史玉升的另外一個身份就是武漢濱湖的董事長。

這“三條路”都是為了盡快提高學術水平、搞好學科建設、將科研成果轉化為生產力。在他看來，企業(yè)技術水平的提高，也可以促進研發(fā)團隊的良性發(fā)展。生產一代、研發(fā)一代、預研一代、探索一代，是他們要堅持的產學研合作之路。

事實上，華中科技大學快速成型機制造中心相對于其他研發(fā)中心算是走在前列，其所屬的武漢濱湖機電，早期就曾吸納過創(chuàng)投資金。

“現(xiàn)在想來投資的人太多了，我們不缺錢，缺乏管理體制?！笔酚裆榻B，2012年，武漢濱湖啟動了股改，并開始了經理層的職業(yè)化。

雖然已經很“前衛(wèi)”了，但是在史玉升看來，產業(yè)化的步子還可以邁得更大。作為一家校辦企業(yè)，武漢濱湖有科研場所，缺生產空間?！疤焯煸谕饷妗蛴螕?，今天被漲租子的趕出來，明天去借一下別人的場地，非常艱難”。

產能不夠在一定程度上限制了新技術推廣。加工服務沒有主動去做，連生產的3D打印材料也只能滿足自用。史玉升笑談，很多客戶都是“守”來的“兔子”。于是他開始琢磨，“該找個穩(wěn)定的生產基地了”。

近日有消息傳出，中國首個3D打印工業(yè)園將落戶武漢東湖高新區(qū)。該項目由華中科技大學主導，規(guī)劃首期用地500畝。

據(jù)史玉升透露，“我們正在光谷選址，準備建一個大型快速制造中心，集打印設備制造、產品加工服務和材料制造于一體，以適應市場需求”。

與此同時，武漢市發(fā)改委等部門正針對3D打印產業(yè)，進行摸底調查，擬著手編制規(guī)劃并予以扶持培育。

不止“基因”局限

作為早期投資者，深創(chuàng)投最近從武漢濱湖實現(xiàn)了股權退出。之所以退出，深創(chuàng)投的一位負責人表示，對市場前景和教授們的經營能力均不太認可。作為華中科技大學的前校辦企業(yè)，武漢濱湖在管理體制上存在種種約束。

這種高校背景的“基因”，在3D打印產業(yè)發(fā)展的初期有至關重要的影響。國家提供的技術經費在一定程度上能夠保證研發(fā)的持續(xù)，但是發(fā)展到一定階段后，“基因”就開始制約企業(yè)發(fā)展，使其不能充分適應市場規(guī)律。

“因為國內的商業(yè)環(huán)境，產品價格被拉下來了?！甭≡纯偨浝眈T濤在接受媒體采訪時抱怨。在馮濤看來，沒有高校背景的隆源不賺錢的原因比較復雜，這是其主要原因。他表示，隆源在一些公開招標中，經常遇到高校背景的同行，而“他們（報價）總是比我們便宜”。

個中原因不難理解，高校企業(yè)很容易獲得從中央到地方的各項政策支持，如科研資金、土地使用等，這些是市場化程度較高的隆源無法獲得的。

校辦化特色鮮明，給中國3D產業(yè)發(fā)展帶來的影響還不僅于此。另有業(yè)內人士評價中美3D打印產業(yè)表現(xiàn)出來的差異：“在美國搞3D，一個項目出來，一定要有經濟效益，所以在選題各方面非常謹慎。國內依托于高校形成的公司有一個缺點，很多東西都嘗試過，但是沒有最后形成一個真正能夠商業(yè)化、產生效益的結果，最后可能就是做了一臺樣機，發(fā)表一篇文章，得了一個什么獎，然后就停在那里，沒有往下走的東西了?！?/p>

除了“基因”的原因外，3D打印的材料供給也是阻礙產業(yè)發(fā)展的一個瓶頸。目前3D打印耗材有限，多為石膏、塑料、可粘結的粉末顆粒、樹脂等。由于制造精度、復雜性、強度等難以達到較高要求，國內有能力生產3D打印材料的企業(yè)并不多，它們主要依賴進口。

此外，使用3D打印機制造商品，其成本要遠高于大型企業(yè)規(guī)模化生產后均攤到每一件商品的成本。而批量生產也比3D打印產品制造速度要快得多。據(jù)報道，一個飛機小零件的“3D打印”品，價格高達2萬元。

還有制造速度。華中科技大蔡道生教授介紹，如果新研發(fā)一個新產品，單件小批量生產，用3D打印肯定比傳統(tǒng)開模具生產要快，但如果批量生產，3D打印速度要慢得多?！斑@和普通打印一樣，打印幾張紙用打印機很快，但如果印書，到印刷廠做成模板再印，快得多?！?/p>

最后是性能。業(yè)內人士坦言，由于“3D打印”采用層層疊加工藝，層和層之間的粘結再緊密，也無法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄的零件相媲美；同時，每一層的厚度再薄，也是一層一個坎，外表面仍需打磨才能滿足精度要求。

這樣的現(xiàn)狀表明，3D打印距大規(guī)模商用，仍有漫漫路途。

前途可觀

過程漫長，但應用前景卻很可觀。

從美國消費者電子協(xié)會發(fā)布的年度報告來看，當今3D打印的市場中消費品和電子領域約占20.3%，機動車領域占19.5%，醫(yī)療和牙科領域占15.1%。他們預計隨著汽車、航空航天、醫(yī)療保健等市場需求的持續(xù)增長，市場規(guī)模到2017年可達50億美元。

其中在醫(yī)學上的應用最引人注目，因為這方面的材料最難做，費用最高。在實驗室測試中，新的骨骼替代打印材料已經被證明可以支持人體骨骼細胞在其中生長，并且其有效性也已經在老鼠和兔子身上得到了驗證。未來數(shù)年內，打印出的質量更好的骨骼替代品將幫助外科大夫用于臨床使用。

3D打印機可以做的事遠不只這些。在高級航空業(yè)和汽車制造業(yè)，3D打印已經變得越來越流行；通過3D打印機，可以用激光燒結直接制造復雜的塑料、金屬和合金元件，而不再需要工序麻煩地制作很多不同的元件去組裝它。

正因3D打印的廣泛應用和前景，政府也開始關注這個產業(yè)，并積極參與其中。

2012年12月16日，在武漢舉行的2012年增材制造技術國際論壇暨第六屆全國增材制造技術（即“3D打印”）學術會議上，工信部副部長蘇波表示，近期要加強頂層設計和統(tǒng)籌規(guī)劃。組織研究制定增材制造技術路線圖、增材制造業(yè)中長期發(fā)展戰(zhàn)略，推動完善增材制造技術規(guī)范與標準制訂，促進產業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

政策的推動讓業(yè)界很亢奮，其市場規(guī)模預期也在不斷刷新，在A股市場3D打印概念股重現(xiàn)井噴行情，紛紛強勢漲停。同時，海外市場熱度不減。據(jù)安信證券近期公布的研報顯示，2012年以來，全球兩家3D打印機制造巨頭，Stratasys股價翻番，3D Systems股價增加了近2倍。

已經有越來越多的人預言，3D打印技術將會是掀起第三次工業(yè)革命最重要的技術之一。日益受到熱捧的3D打印機或許仍將享受一段時間的風光，但究竟其能否及何時真正改變世界，仍是未知數(shù)。