基于國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析南京市3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向

賈敏

3D打印技術(shù)起源于上世紀(jì)八十年代初期，九十年代初期開始在美國(guó)、以色列得到應(yīng)用。3D打印技術(shù)又稱 “快速成型技術(shù)”，是一種綜合計(jì)算機(jī)、激光、新材料、CAD/CAM集成等技術(shù)的全新制造技術(shù)。該技術(shù)的原理是通過CAD/CAM制圖技術(shù)或3D掃描儀將物品轉(zhuǎn)化為一組3D數(shù)據(jù)，然后用3D打印機(jī)開始逐層分切，針對(duì)分切的每一層構(gòu)建，按層次打印。打印時(shí)，粉末耗材會(huì)一層一層地打印出來，層與層之間通過特殊的膠水進(jìn)行粘合，并按照橫截面將圖案固定住，一層一層進(jìn)行疊加，最終經(jīng)過分層打印、層層粘合、逐層堆砌，一個(gè)完整的物品就被制造出來。

英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)新的工業(yè)革命，將3D打印技術(shù)列為第三次技術(shù)革命范疇；美國(guó)《時(shí)代》周刊已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”。目前，很多國(guó)家已經(jīng)在工業(yè)設(shè)計(jì)、智能制造（航天航空、軍工生產(chǎn)、機(jī)械制造、模具加工等）高等教育、藝術(shù)設(shè)計(jì)、醫(yī)療衛(wèi)生（外科、骨科、牙科等）、建筑裝飾、兒童玩具等領(lǐng)域應(yīng)用了3D打印技術(shù)，從事3D打印技術(shù)研發(fā)的科研單位和企業(yè)也正在將這一重要發(fā)明運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中，并改變著人類的生產(chǎn)方式。

一、國(guó)內(nèi)及南京現(xiàn)狀。近年來，在國(guó)家科學(xué)技術(shù)部的支持下，我國(guó)已經(jīng)在深圳、天津、上海、西安、南京、重慶等地建立一批向企業(yè)提供3D打印技術(shù)的服務(wù)機(jī)構(gòu)，使我國(guó)3D打印技術(shù)的發(fā)展走上了專業(yè)化、市場(chǎng)化的軌道。在國(guó)內(nèi)，目前已有華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)開始在這方面進(jìn)行了較多的研發(fā)，并在產(chǎn)業(yè)化方面邁出了一定的步伐。華中科技大學(xué)成功研制工業(yè)級(jí)的1.2米×1.2米快速制造裝備，這是世界上最大成形空間的此類裝備，超過德國(guó)EOS公司最大成形空間0.73米×0.38米和美國(guó)3D系統(tǒng)公司0.55米×0.55米的同類產(chǎn)品，使我國(guó)在快速制造領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。北京航空航天大學(xué)同我國(guó)主要飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所等單位“產(chǎn)學(xué)研”緊密合作，瞄準(zhǔn)大型飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，歷經(jīng)17年研究，在國(guó)際上首次全面突破了鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工大型復(fù)雜整體關(guān)鍵構(gòu)件激光成形工藝、成套裝備和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，使我國(guó)成為迄今世界上唯一掌握大型整體鈦合金關(guān)鍵構(gòu)件激光成形技術(shù)并成功實(shí)現(xiàn)裝機(jī)工程應(yīng)用的國(guó)家。國(guó)內(nèi)的家電行業(yè)在3D打印技術(shù)的應(yīng)用方面，走在了國(guó)內(nèi)制造型企業(yè)前列。如廣東美的、科龍、江蘇的春蘭、小天鵝，青島的海爾等，都先后采用3D打印技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品。一些國(guó)內(nèi)通訊巨頭企業(yè)例如華為、中興等公司也逐漸將3D打印技術(shù)引入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)節(jié)，使得公司對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)效率、產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力提升了一個(gè)等級(jí)。

南京市目前已有兩家企業(yè)在3D打印技術(shù)的研發(fā)、推廣、應(yīng)用方面處于國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先地位。位于南京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的南京紫金立德公司與以色列的Solido Model Ltd公司合作，于2010年01月正式投產(chǎn)，在短短兩年時(shí)間里，已擁有專利技術(shù)11項(xiàng)，自主專利技術(shù)7項(xiàng)。其所采用的 LOM（分層疊加實(shí)體制造）技術(shù)在國(guó)內(nèi)外處于領(lǐng)先地位，公司生產(chǎn)的三維立體打印機(jī)等產(chǎn)品全球壟斷，已經(jīng)銷往： 美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、意大利、澳大利亞、日本、韓國(guó)、以色列、香港、臺(tái)灣、中國(guó)等30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。寶巖公司的楊繼全博士從1996年開始做3D打印機(jī)的理論與技術(shù)研究，他研發(fā)的3D打印機(jī)曾經(jīng)獲得過2008年度江蘇省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。目前，該公司已經(jīng)攻克了彩色3D打印機(jī)有多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，他們研發(fā)的彩色3D打印機(jī)只需要傳統(tǒng)加工方法10%到30%的工時(shí)以及20%到35%的成本，成型材料完全國(guó)產(chǎn)化并且無污染，但價(jià)格只有美國(guó)Z—Corp公司同類產(chǎn)品的一半左右。僅這一項(xiàng)技術(shù)，就擁有國(guó)家專利20項(xiàng)，其中發(fā)明專利5項(xiàng)，實(shí)用新型專利15項(xiàng)。

二、3D打印技術(shù)要成長(zhǎng)為支柱新興產(chǎn)業(yè)所面臨的難題

總體上看，國(guó)內(nèi)的政策環(huán)境利于3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國(guó)正在遭遇人口紅利的逐漸退出但是貧富差距仍然較大的變革時(shí)代，經(jīng)濟(jì)保持較快增長(zhǎng)和提高生產(chǎn)力仍然是我國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命題，制造業(yè)仍然是中國(guó)就業(yè)、財(cái)富創(chuàng)造的巨大經(jīng)濟(jì)部門。而智能信息化、數(shù)字化制造、節(jié)能環(huán)保制造、創(chuàng)新創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)將成就一批未來新興產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)將推動(dòng)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，3D打印技術(shù)將在轉(zhuǎn)型升級(jí)中取到重要的關(guān)鍵技術(shù)作用。在制造業(yè)日趨國(guó)際化的情形下，“低創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)+重大工程+巨資投入+資源消耗”的發(fā)展模式逐漸要被“創(chuàng)新+消費(fèi)導(dǎo)向+節(jié)能減排”的發(fā)展模式替代，因此，創(chuàng)新創(chuàng)意、個(gè)性化、節(jié)約成本這些理念將會(huì)用于中國(guó)新產(chǎn)品、新項(xiàng)目的投資決策參考要素。3D打印技術(shù)作為一次重大的技術(shù)革命，已經(jīng)成為共識(shí)，而3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化無疑為我國(guó)新型工業(yè)化建設(shè)和促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)將發(fā)揮十分重要的引領(lǐng)作用?？梢灶A(yù)見，3D打印技術(shù)將會(huì)助力中國(guó)當(dāng)下較為弱勢(shì)的工業(yè)設(shè)計(jì)、工業(yè)裝備領(lǐng)域，在醫(yī)療技術(shù)、數(shù)碼娛樂、農(nóng)業(yè)機(jī)械等關(guān)系民生的領(lǐng)域進(jìn)一步快速發(fā)展。

對(duì)于一項(xiàng)新技術(shù)來所，10年或者20年是一個(gè)分水嶺，一般新技術(shù)就會(huì)變得非常成熟并被廣泛應(yīng)用。未來的模具制造行業(yè)、機(jī)床行業(yè)、玩具行業(yè)、輕工產(chǎn)品行業(yè)或許都可能被淘汰出局，而取代他們的就是3D打印。當(dāng)然，這需要一個(gè)過程，主要是人們適應(yīng)和接受新事物的過程，也有產(chǎn)業(yè)自身完善成長(zhǎng)的過程。目前，3D打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還不十分廣泛，設(shè)備安裝臺(tái)數(shù)不多，僅限于大型企業(yè)，要成長(zhǎng)為新興支柱產(chǎn)業(yè)還有很長(zhǎng)的路要走。主要的制約因素有以下幾方面：

（一）價(jià)格的制約。很多國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)新產(chǎn)品模型快速更新的需求還不是很迫切，有些還在不斷壓低設(shè)計(jì)成本。而3D打印技術(shù)是綜合計(jì)算機(jī)、激光、新材料、CAD/CAM集成等技術(shù)而形成的一種全新的制造技術(shù)，是高科技的產(chǎn)物，技術(shù)含量較高，所以，目前快設(shè)備的價(jià)格較貴，限制了3D打印技術(shù)的推廣應(yīng)用。

（二）材料問題。目前市場(chǎng)上，3D打印的實(shí)物造型基本都是以朔料、橡膠類為主，因?yàn)檫@類材料容易被光固化技術(shù)所利用。由于材料技術(shù)開發(fā)的專門性，一般價(jià)格都比較貴，造成生產(chǎn)成本提高。因此，3D打印要進(jìn)一步發(fā)展首先必須解決打印材料問題。

（三）功能單一?，F(xiàn)有3D打印機(jī)的成型系統(tǒng)都只能進(jìn)行一種工藝成型，而且大多數(shù)只能用一種或少數(shù)幾種材料成型。這主要是因?yàn)榭焖俪尚图夹g(shù)的專利保護(hù)問題，各廠家只能生產(chǎn)自己開發(fā)的快速成型工藝成型設(shè)備，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這種保護(hù)體制已成為快速成型技術(shù)集成的障礙。

（四）成型精度和質(zhì)量問題。由于3D打印軟件技術(shù)的研究還不成熟，目前生產(chǎn)的產(chǎn)品精度及表面質(zhì)量大多不能滿足工程直接使用的需要，不能作為功能性零件，只能作原型使用。為提高成型件的精度和表面質(zhì)量，必須改進(jìn)成型工藝和快速成型軟件。

（五）軟件問題。隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，軟件問題越來越突出，快速成型軟件系統(tǒng)不但是實(shí)現(xiàn)離散/堆積成型的重要環(huán)節(jié)，對(duì)成型速度，成型精度，零件表面質(zhì)量等方面都有很大影響，軟件問題已成為3D打印技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

三、南京市培育3D打印產(chǎn)業(yè)的對(duì)策建議

黨的十八大報(bào)告明確提出要“推動(dòng)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、先進(jìn)制造業(yè)健康發(fā)展”。江蘇歷來走在技術(shù)創(chuàng)新的前列，省委羅志軍書記在今年10月份視察南京的紫金立德公司時(shí)指出，3D打印技術(shù)將在未來的制造業(yè)、服務(wù)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮很好的推動(dòng)作用，羅書記要求從創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)和科技進(jìn)步方面考慮，給予相關(guān)的政策、資金和其他條件支持，使這個(gè)產(chǎn)業(yè)盡快發(fā)展起來。南京作為江蘇的省會(huì)、全國(guó)唯一的國(guó)家科技體制改革試點(diǎn)城市的省會(huì)，正面臨以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)為核心戰(zhàn)略，以創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)和服務(wù)型經(jīng)濟(jì)為主攻方向的第三次重大歷史機(jī)遇。發(fā)展和培育3D打印產(chǎn)業(yè)，改造傳統(tǒng)制造業(yè)，提升產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，是南京堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)道路、打造新興產(chǎn)業(yè)名城的重要突破口，有助于南京進(jìn)一步發(fā)揮現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)，搶占新一輪發(fā)展先機(jī)。近兩年，南京市出臺(tái)了“1+8”政策文件、科技九條、321人才計(jì)劃等一系列突破性的政策，也為發(fā)展和培育3D產(chǎn)業(yè)營(yíng)造了良好的環(huán)境。今后，可以從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行探索：

（一）成立3D打印技術(shù)研發(fā)聯(lián)盟。2011年6月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬宣布一項(xiàng)新政策，并向3D打印產(chǎn)業(yè)支出5億美元以提升美國(guó)在制造業(yè)上的領(lǐng)先地位。不久前，又投資4500萬美元用以建造一所新型制造業(yè)研究院，幫助新興創(chuàng)新行業(yè)發(fā)展，將其帶入主流行業(yè)。亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)等權(quán)威科研機(jī)構(gòu)和3D行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)共同發(fā)起的中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式宣告成立。南京市可以盡早考慮將3D打印技術(shù)納入新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，在政策引導(dǎo)、資金支持方面給予扶持；組織成立政產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，發(fā)揮南京師范大學(xué)、南京紫金立德、南京寶巖等走在3D技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用前列的高校、院所和企業(yè)的優(yōu)勢(shì)，在該技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行深入的研究推廣。鼓勵(lì)從事材料研究和生產(chǎn)的科研院所、企業(yè)參與該技術(shù)的研發(fā)過程，有針對(duì)性地從源頭上解決發(fā)展瓶頸問題。

（二）統(tǒng)籌發(fā)展與3D打印相關(guān)的產(chǎn)業(yè)。南京的軟件產(chǎn)業(yè)一直走在了全國(guó)前列，有條件在這方面探索如何有效地利用軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)為3D打印提供軟件技術(shù)服務(wù)，從而提高3D打印的速度，成型精度、零件表面質(zhì)量，解決制約該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題，形成3D打印技術(shù)與軟件產(chǎn)業(yè)共贏發(fā)展的良好局面。美國(guó)3D打印服務(wù)企業(yè)Shapeways已擁有15萬個(gè)會(huì)員及超過6000個(gè)用戶，已為顧客打印過上百萬件產(chǎn)品。杭州的銘展公司也已經(jīng)率先成為中國(guó)第一家 3D 打印服務(wù)公司，只要用戶提供 3D 數(shù)據(jù)，選擇建造材料，就可以將其設(shè)計(jì)變成實(shí)體。南京市目前還沒有企業(yè)開展此類業(yè)務(wù)，3D打印要發(fā)展成為成熟的產(chǎn)業(yè)，就需要培育一批提供配套服務(wù)的企業(yè)，為該產(chǎn)業(yè)發(fā)展增強(qiáng)動(dòng)力。

（三）重視人才引進(jìn)和技術(shù)的推廣應(yīng)用。重視3D打印技術(shù)方面的人才儲(chǔ)備和培養(yǎng)，依托南京的321人才引進(jìn)計(jì)劃，吸引海內(nèi)外在3D打印技術(shù)方面有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的人才和項(xiàng)目落戶南京。對(duì)本土企業(yè)研發(fā)的3D打印產(chǎn)品，加大宣傳力度，提供首購(gòu)首用等政策支持，允許在科技園區(qū)、科技創(chuàng)業(yè)特別社區(qū)等全市創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地先行先試，拓展產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間。

（四）建立知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度。3D打印機(jī)的三維模型圖紙導(dǎo)入方式有兩種：一是通過與計(jì)算機(jī)連接從計(jì)算機(jī)導(dǎo)入三維設(shè)計(jì)圖；二是直接通過3D掃描儀將現(xiàn)成實(shí)物的立體模型掃入打印機(jī)。一旦物品能用數(shù)字文件來描述，它們就會(huì)變得很容易復(fù)制和傳播，其知識(shí)產(chǎn)權(quán)的擁有者的利益很容易受到侵害，在知識(shí)產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域進(jìn)行的斗爭(zhēng)會(huì)更加激烈。南京作為全國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)示范城市，應(yīng)該未雨綢繆，將3D打印技術(shù)的保護(hù)納入知識(shí)產(chǎn)權(quán)開發(fā)應(yīng)用和保護(hù)體系當(dāng)中，制定配套的保護(hù)方案，為3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化提供良好的法制環(huán)境。

（作者單位：南京市科委）