3D打印技術：帶動制造業(yè)全面升級？

文/ 喻思孌

3D打印能夠立體成型

3D打印技術最早出現(xiàn)在美國，俗稱“增材制造”。通俗地說，就是一種三維立體成型技術。在上世紀80年代，美國人查爾斯·霍爾發(fā)明了光固化快速成型技術，申請專利后，注冊了3D System公司，如今已成為3D打印設備巨頭之一。

3D打印技術與傳統(tǒng)的通過切削、鉆孔等方法的減材制造工藝相反，其通?！按蛴　边^程是：產(chǎn)品在計算機設計成型后，將其分割成一系列數(shù)字切片，這些切片的信息傳送到3D 打印機上，后者會連續(xù)地將這些薄型層面通過特殊膠水堆疊起來，直到形成一個固態(tài)物體成型。因而，專業(yè)上又可稱快速成型技術。

“與蓋樓過程一樣，3D打印也是從地基建起，通過打印材料的層層疊加，最終形成一個完整的立體物品。在理想狀態(tài)下，塑料、金屬、陶瓷、沙子等材料經(jīng)過特殊處理都可以用來做打印的“墨水”?！比A中科技大學材料科學與工程學院教授史玉升說。

當前，3D打印不僅可以生產(chǎn)出栩栩如生的工藝玩具，還能制造出復雜的金屬零件、假牙、假肢，而現(xiàn)在科學家更大膽的想法是：“打印”出個性化的活體組織，解決器官移植的難題。

查爾斯·霍爾發(fā)明了光固化快速成型技術只是3D打印技術中的一種，隨著增材制造理念的推廣，科學家還開發(fā)出其他類型的立體成型技術。當前，主流的還有熔融沉積造型和選擇性激光燒結兩種方式，技術的發(fā)展擴寬了3D打印所能使用的材料類型和領域。

“沒料到3D打印受到這么多人的關注。”英國某3D打印設備制造商的高級銷售工程師馬國強說。

2012年4月，《第三次工業(yè)革命》作者杰里米·里夫金在《經(jīng)濟學人》撰文表示，以3D打印技術為代表的數(shù)字化制造技術，是引發(fā)第三次工業(yè)革命的關鍵因素。今年年初，美國總統(tǒng)奧巴馬在國情咨文中激情、高調發(fā)言，再次助推了“3D打印熱”的興起。

3D打印對物體直接復制成型的特點，使其在單個或小批量模具和復雜零部件的生產(chǎn)中占得優(yōu)勢，然而，傳統(tǒng)工藝的成本和速度優(yōu)勢卻是3D打印技術無法比擬的。比如，只要開好模具，便可以短時間實現(xiàn)量產(chǎn)，而受制于材料等因素，3D打印技術上理論可行的，現(xiàn)實中卻遇到重重阻礙。

馬國強說，3D打印技術概念已起伏了好幾次，每當應用往前突破一步，產(chǎn)業(yè)界、科技界就會興奮地討論未來的可能性，但試探一段后，就會發(fā)現(xiàn)這樣那樣的問題，熱度也便迅速地降下來。

最近刺激產(chǎn)業(yè)憧憬的，是在航空航天和生物醫(yī)療領域的應用。北京航空航天大學王華明教授利用激光燒結技術，做出了飛機鈦合金大型復雜整理構件，標志著在大型金屬構件上取得重大突破。生物醫(yī)療方面，雖然受制于材料，但病理模型制作以及組織工程器官的培育，已經(jīng)被看做3D打印技術未來非常有前途的應用。

馬國強認為，這次3D打印熱可能持續(xù)時間會長一點，畢竟已經(jīng)做出了一些成熟的應用。

“軍工和健康醫(yī)療的投資較少考慮成本，為3D打印試驗提供了可能。”上海大學快速制作工程中心主任胡慶夕說。即使如此，3D打印技術只能說對傳統(tǒng)制造方式有所改變，是原有方式的補充，還稱不上是根本的革新。

關鍵是設備，關鍵的關鍵是材料

“我國在裝備的功能方面并不比國外差，但在設備可靠性、材料、應用方面還有不少差距。”史玉升說。

“3D打印的關鍵是設備，而關鍵的關鍵則是材料?！笔澜?D打印設備領域的某頂尖供應商大中華區(qū)總經(jīng)理吳承軒說，中國在金屬材料研究方面與德國估計有5年的差距。

南京紫金立德電子有限公司總經(jīng)理連寧說，材料品種少、精度差，在材料的開發(fā)和應用上，我國已被國外甩開了老遠?！巴瑯哟蛴∫粡埫?，國外樹脂材料打印出來的可能十幾天才會變形，我們的兩分鐘就不行了。”

據(jù)了解，國內很少有人專注于做材料方面的基礎研究，造成當前“有鍋沒米”的局面，而缺乏材料也直接影響應用領域的擴展。進口樹脂材料高達2000元/公斤，而用于組織器官培育生物的材料每克在百元左右，高昂的成本限制產(chǎn)業(yè)化和相關研究的推進。

吳承軒說，在歐美國家，航空航天、醫(yī)療、汽車和模具制造四大行業(yè)，3D打印技術已有較為成熟的應用。如果這些應用推廣到中國，對3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會有較大的促進作用。

連寧也認為，2016年左右，如果技術得到完善，材料品種增多，我國3D打印產(chǎn)業(yè)未來可能會有一個爆發(fā)性的增長。

勿再熱炒概念，應加強基礎研究

3D打印技術，僅僅是技術革新，還是技術革命，各界仍然有不同的觀點。

“過不了兩三年估計還會掉下來。”胡慶夕擔憂，當前很多民眾對3D打印技術并不了解，把它當成無所不能，而捧得越高，摔得越厲害。

公眾關心的進家庭的3D打印機，主要是指“桌面級的3D打印機”，即愛好者使用的低端設備。業(yè)內人士分析，這并不代表市場的主流，未來工業(yè)級打印是主要市場。與家庭電腦不同，3D打印技術對使用者的設計能力有較高要求，因而對“3D打印進家庭”這一概念不應有太高期望。

連寧介紹，國內3D打印技術應用領域有限，市場還非常小，30多家相關企業(yè)真正依靠3D打印盈利的并不多。

“3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展需做好頂層設計?！边B寧說，政府要重視，但更應該冷靜、客觀、理性的引導產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。

他認為，值得注意的是，3D打印概念的升溫引來了不少地方政府對發(fā)展相關產(chǎn)業(yè)的興趣，但實際上有發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)技術基礎的城市并不多。

“如果不注重核心技術的研發(fā)，就是搞幾塊地，把工廠建起來了，做裝備加工。最終的利潤將被國外公司拿去，技術上還受別人控制?！?/p>

連寧說，發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，當務之急是加強設備和材料的基礎研發(fā)。此外，要打破當前各自為政的局面，集中資源，來共同突破一些東西，再用這些技術來支撐3D打印技術的發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)之路前景可期

近年來，3D打印的應用也越來越廣泛，遍及教育行業(yè)、建筑設計、金屬鑄件、產(chǎn)品原型設計、娛樂與藝術等領域。據(jù)業(yè)內預測，3D打印行業(yè)的收入增長率在未來幾年內將達到50%以上，美國《時代》周刊更將3D打印列入美國十大增長最快的產(chǎn)業(yè)。

據(jù)科技行業(yè)獨立咨詢公司W(wǎng)ohlers Associates的數(shù)據(jù)顯示，2011年全球3D打印市場規(guī)模為17.1億美元，2012年增長至21.4億美元，到2015年預計將達到37億美元。盡管諸多跡象都顯示出數(shù)字化制造時代正慢慢臨近，3D打印技術在市場中的表現(xiàn)也不俗，但這種技術距離產(chǎn)業(yè)化，甚至飛入尋常百姓家，還有相當一段路要走。

中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長、北京航空航天大學材料學院王華明教授介紹說，目前，國內已經(jīng)由企業(yè)在生產(chǎn)，并且打印出的產(chǎn)品和模具進行銷售，但從裝備、原材料和服務角度來看，中國3D打印技術已有了產(chǎn)業(yè)化的形態(tài)但規(guī)模不大。

羅軍認為，3D打印技術的發(fā)展，需要依托信息技術、精密機械及材料等多學科的尖端技術，而我國自動化控制系統(tǒng)方面與國外相比還有較大的差距，運行的穩(wěn)定行亟待提高。

令人憂慮的是，由于當前該行業(yè)技術標準和開發(fā)平臺尚未確立，技術研發(fā)和推廣應用還處于無序狀態(tài)。王華明表示，該行業(yè)涉及知識產(chǎn)權和專利保護，所以在很長時間還會保持以企業(yè)標準為主的局面。（摘自《人民日報》，有刪改）