中國3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀與前景——顏旭濤訪談

◎盧淼

中國3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀與前景——顏旭濤訪談

◎盧淼

顏旭濤

3D打印技術(shù)，是引領(lǐng)下一次工業(yè)革命的創(chuàng)新性成果之一，屬于新一代綠色高端制造業(yè)。3D打印技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展是全球正在興起新一輪數(shù)字化制造浪潮的重要基礎(chǔ)，它與智能機(jī)器人、人工智能被稱為是實現(xiàn)數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)。民革北京市委會緊抓首都科技創(chuàng)新發(fā)展與加快構(gòu)建高精尖經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的契機(jī)，以3D打印技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展為重點，在傅惠民主委的帶領(lǐng)下，集中多名該領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者成立專題調(diào)研組，深入中關(guān)村科技園、懷柔高科技園區(qū)、北京太爾時代科技有限公司等進(jìn)行實地調(diào)研，廣泛搜集材料，認(rèn)真研究探討，以翔實的第一手資料為基礎(chǔ)，形成了題為《支持3D打印技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動，推動首都高端制造業(yè)發(fā)展》的調(diào)研報告，提出了一系列促進(jìn)首都3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見建議。提案受到中共北京市委、市政府的高度重視，市委書記郭金龍等多位領(lǐng)導(dǎo)親筆批示。為了使讀者能更全面了解3D打印技術(shù)，我們采訪了民革黨員、北京太爾時代科技有限公司副總經(jīng)理顏旭濤先生。

記者：您能否介紹一下什么是3D打印，它究竟能打印什么？

顏旭濤：現(xiàn)在3D打印的確是一個很時髦的詞，在大家看來，3D打印似乎是一個很神奇的東西，上到航天飛機(jī)，下到鍋碗瓢盆都能打，就像是機(jī)器貓的魔法口袋。但實際上，3D打印不是像大家想象的那么神奇，它只是快速成型技術(shù)的一種。是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬、塑料等各種材料，通過逐層打印的方式來制作物體的技術(shù)。傳統(tǒng)的打印是將文字和圖片打印在紙上，而3D打印，可以將各種合適的材料打印成各種需要的形狀。目前該技術(shù)在設(shè)計、汽車、珠寶、鞋類、航空航天、牙科和醫(yī)療、教育、建筑、土木工程、地理信息系統(tǒng)、、軍工等行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。

3D打印技術(shù)的用途包括如下三大方面：首先是概念建模：3D打印技術(shù)能迅速將設(shè)計創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵨?，尤其擅長復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制作，便于設(shè)計師與客戶和企業(yè)團(tuán)隊有效溝通，有助早期設(shè)計驗證，并降低錯誤成本。第二是原型測試：產(chǎn)品研發(fā)離不開不斷的驗證和設(shè)計完善，利用3D打印技術(shù)及材料特性在企業(yè)內(nèi)部快速制作產(chǎn)品或零部件原型并進(jìn)行匹配度、功能性測試，能夠縮短研發(fā)周期，加速產(chǎn)品上市時間，把握瞬息萬變的商業(yè)契機(jī)。第三是直接數(shù)字制造（DDM）：根據(jù)3D的CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行3D打印，直接制造最終產(chǎn)品的制作流程，包括制造產(chǎn)品原型、生產(chǎn)工具或最終零部件等。這種“智能制造”的方式能顯著縮短交付時間和生產(chǎn)成本，并具有小批量生產(chǎn)優(yōu)勢，幫助企業(yè)快速響應(yīng)客戶需求及市場變化。就像大家所理解的，目前3D打印可以制作小至首飾、日常消費品、假牙等，大至發(fā)動機(jī)、飛機(jī)機(jī)翼等各種物件。

記者：3D打印技術(shù)，是引領(lǐng)下一次工業(yè)革命的創(chuàng)新性成果之一，它將會推動我國由“工業(yè)大國”向“工業(yè)強(qiáng)國”轉(zhuǎn)變。那么，您能介紹一下目前世界和我國3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀么？

顏旭濤：3D打印技術(shù)涵蓋工藝、軟件、材料、設(shè)備、應(yīng)用等諸個方面，工藝技術(shù)是3D打印技術(shù)最核心的部分，主要的工藝技術(shù)包括熔融沉積成形（FDM）、光固化成形（SLA）、激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）和激光選區(qū)熔化（SLM）。2015年全球產(chǎn)值將達(dá)到37億美元，并預(yù)計到2020年達(dá)到52億美元。其中，3D設(shè)備材料產(chǎn)值增長20.3%，達(dá)10.03億；服務(wù)產(chǎn)值增長36.6%，達(dá)到12億美元。美國仍然在全球3D打印產(chǎn)業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，3D打印機(jī)全球銷量的38%產(chǎn)自美國，中國占8.5%。美國兩大3D打印制造商的產(chǎn)值占全球總產(chǎn)值的25.81%；從工業(yè)級打印機(jī)的出貨量看，美國兩大3D打印機(jī)制造商占比高達(dá)75%。

目前歐美一直引領(lǐng)著世界3D打印各方面技術(shù)的發(fā)展，美國是全球3D打印技術(shù)發(fā)展的主要推進(jìn)國家。截至2014年初的統(tǒng)計，在全球2635項與3D打印相關(guān)的專利中，美國、日本和加拿大是申請專利最多的三個國家。在全球?qū)＠暾垟?shù)量排名前20的機(jī)構(gòu)中，有10家來自美國。

美國非常重視3D打印技術(shù)的發(fā)展。2012年，成立了由政府、公司、大學(xué)、非營利組織共同組成的“國家增材制造創(chuàng)新中心”，率先在國家層面上制定了戰(zhàn)略規(guī)劃，以強(qiáng)力推動美國3D打印技術(shù)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)發(fā)展，其目的在于加快基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)美國制造業(yè)在世界的領(lǐng)先地位。2013年，該中心更名為“美國制造”，在之后的兩年中，提出了技術(shù)路線圖并進(jìn)行一系列有助于技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的活動。今年2月，該機(jī)構(gòu)發(fā)布了新版的《增材制造應(yīng)用研究與開發(fā)項目指南》；近期，該機(jī)構(gòu)又發(fā)布了最新一版的增材制造技術(shù)路線圖，該路線圖包括設(shè)計、材料、工藝、價值鏈和增材制造基因組5個技術(shù)焦點領(lǐng)域，同時在每個技術(shù)焦點領(lǐng)域下分別劃分了子焦點領(lǐng)域，并按照其技術(shù)成熟度分別對2020年之前的技術(shù)發(fā)展重點進(jìn)行了規(guī)劃。目前，美國除了在工藝、材料、設(shè)備技術(shù)方面快速發(fā)展和處于領(lǐng)先地位外，在醫(yī)療、電子、制造、建筑和航空五大行業(yè)中，3D打印技術(shù)應(yīng)用的成果十分顯著。

歐盟在3D打印方面的布局和美國類似，于2004年開始搭建3D打印創(chuàng)新中心——歐洲3D打印技術(shù)平臺（AMPlatform）。目前，平臺聯(lián)盟成員超過350名，橫跨歐盟26個國家，其中72%的成員來自工業(yè)界，其目的在于推動3D打印成為一個可以長期推動歐洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。在美國戰(zhàn)略性布局3D打印以后，歐盟在2013年通過“第七個框架計劃（FP7）”投入大量經(jīng)費，進(jìn)行大范圍部署。AMPlatform先后制定了歐盟3D打印的技術(shù)路線圖（2014-2022）。對于歐盟未來的3D打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說，工業(yè)界的參與是至關(guān)重要的，這將直接影響這項技術(shù)的發(fā)展活力和今后在不同領(lǐng)域的滲透程度。因此，歐盟的項目資金將用于扶持工業(yè)界和學(xué)術(shù)界在3D打印領(lǐng)域的發(fā)展和合作，以及技術(shù)的突破、轉(zhuǎn)移和專業(yè)機(jī)構(gòu)的培育。3D打印的標(biāo)準(zhǔn)化工作則是另一個重要的部分，其對于歐盟3D打印產(chǎn)品的質(zhì)量提高、工藝成熟和相關(guān)服務(wù)的完善都起到重要的作用，將推動這項技術(shù)在歐洲快速的商業(yè)化。2015年6月，歐盟發(fā)布《3D打印標(biāo)準(zhǔn)化路線圖》。

中國的3D打印產(chǎn)業(yè)以北京、武漢、西安、上海等地為中心，產(chǎn)業(yè)的上、中、下游都有企業(yè)涉足。目前，北京擁有清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)和中航工業(yè)北京航空制造工程研究所（625所）等一批科研機(jī)構(gòu)以及北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司、北京殷華激光快速成形與模具技術(shù)有限公司和北京太爾時代科技有限公司等一批重點企業(yè)，3D打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化程度較高，綜合實力國內(nèi)領(lǐng)先。2012年11月，以北京數(shù)控裝備創(chuàng)新聯(lián)盟、中國工業(yè)設(shè)計技術(shù)服務(wù)聯(lián)盟為支撐，由中航天地公司、上拓公司、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等20余家企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)共同發(fā)起的北京數(shù)字化制造產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟成立。2013年1月，中國首家3D打印體驗館在北京工業(yè)設(shè)計創(chuàng)業(yè)產(chǎn)業(yè)基地開業(yè)，能夠提供設(shè)計展示、信息匯集、產(chǎn)業(yè)孵化、人才培訓(xùn)、國際交流、材料查詢和市場政策研究等專業(yè)服務(wù)。未來，北京將按照“全鏈條、全要素、全社會”的思路，全面推進(jìn)以3D打印為代表的數(shù)字化制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并啟動“北京數(shù)字化制造技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)培育”實施方案，引導(dǎo)制造業(yè)與服務(wù)業(yè)有機(jī)融合發(fā)展，培育數(shù)字化制造服務(wù)業(yè)產(chǎn)業(yè)新型業(yè)態(tài)。

為促進(jìn)中國3D打印技術(shù)的發(fā)展，中國工信部今年發(fā)布了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計劃（2015-2016年）》，國務(wù)院在《中國制造2025》中，五次提到“增材制造”，將其視為制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與突破，并帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重點領(lǐng)域。近年來，隨著引進(jìn)、吸收和創(chuàng)新，中國3D打印技術(shù)的各個方面取得了長足進(jìn)展，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，例如航空工業(yè)，中國居于領(lǐng)先方陣，但在工藝技術(shù)、新材料開發(fā)等方面，中國3D打印技術(shù)的發(fā)展仍然處于跟隨的狀態(tài)，原創(chuàng)性技術(shù)發(fā)明和技術(shù)開發(fā)較少。

記者：在十三五規(guī)劃建議中，提出了鼓勵企業(yè)工藝技術(shù)裝備更新改造，推動傳統(tǒng)制造業(yè)的綠色改造，那在此過程中，3D打印技術(shù)能發(fā)揮怎樣的作用？

顏旭濤：從美國發(fā)布的3D打印技術(shù)路線圖和《增材制造應(yīng)用研究與開發(fā)項目指南》中，我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)步，在與裝備和產(chǎn)品制造相關(guān)的各個環(huán)節(jié)上，即設(shè)計、材料、工藝、生產(chǎn)、上市等方面，將出現(xiàn)一些顛覆性的改變。當(dāng)3D打印技術(shù)發(fā)展將促使打印速度、精度、質(zhì)量不斷提高后，3D打印技術(shù)將更多的可以實現(xiàn)生產(chǎn)性的應(yīng)用。

由于3D打印增材制造的特點，減少了傳統(tǒng)機(jī)械制造的諸多環(huán)節(jié)，因此可以降低能源和材料消耗，提高生產(chǎn)效率，降低相應(yīng)的各項成本。

3D打印技術(shù)的發(fā)展也使分布式生產(chǎn)模式的實現(xiàn)成為可能，一種產(chǎn)品可以根據(jù)設(shè)計模型在消費屬地打印，省去了長途物流的環(huán)節(jié)，這也能大大降低制造企業(yè)的物流成本，并降低運輸中的污染物排放，這符合綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向。

記者：目前美國在全球3D打印產(chǎn)業(yè)中占主導(dǎo)地位，那目前中國與美國在3D打印方面的差距是什么，如何縮小這種差距，以及在此過程中我國3D打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)是什么？

顏旭濤：目前中國與美國在3D打印方面的差距是多方面，第一，在體系建設(shè)方面，美國的3D打印技術(shù)發(fā)展注重政府、企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)的各方的網(wǎng)狀合作，集各方的合力來促進(jìn)美國3D打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而不是點到點的線性合作和支持，并注重設(shè)計、材料、工藝以及各項技術(shù)門類和機(jī)構(gòu)之間的對接與整合；第二，在技術(shù)方面，無論是設(shè)計、材料和工藝技術(shù)，還是設(shè)備制造技術(shù)，美國是全球擁有最多原創(chuàng)技術(shù)的國家，也是擁有3D打印技術(shù)專利最多的國家，而中國大多數(shù)3D打印制造商采用的是開源技術(shù)；美國制定了各項技術(shù)在各個階段的發(fā)展路線圖，具有較好的可實施性；美國的一些知名企業(yè)對3D打印技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)過程中的應(yīng)用非常重視；第三，在市場方面，美國市場已較為成熟，3D打印技術(shù)的應(yīng)用在廣度和深度都在持續(xù)的進(jìn)展，再加上美國DIY文化，市場需求驅(qū)動著3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

縮小中國與美國在3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展上的差距，需要3D產(chǎn)業(yè)相關(guān)各方的合作，包括與國外科研部門的合作，加大基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù)的研究，推廣3D打印的應(yīng)用，鼓勵各行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)率先開展3D打印技術(shù)應(yīng)用方面的研究，以利于將3D打印設(shè)備成為一種生產(chǎn)型設(shè)備。

說到目前中國的3D打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨著機(jī)遇與挑戰(zhàn)的問題，我先談?wù)剻C(jī)遇。首先，目前我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級越來越迫切，在此背景下，我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級的步伐將進(jìn)一步加快，我國企業(yè)對縮短新產(chǎn)品的生命周期，提高產(chǎn)品設(shè)計能力的需求不斷提高，這對于發(fā)展擁有產(chǎn)品設(shè)計與原型開發(fā)的3D打印設(shè)備的需求會不斷增長。其次，我國正處于航空航天、國防軍工快速發(fā)展時期，航空裝備、衛(wèi)星及應(yīng)用已經(jīng)被納入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)進(jìn)行重點扶持，激光快速成形等3D打印技術(shù)在復(fù)雜難加工的飛機(jī)、衛(wèi)星零部件制造方面將有較大的發(fā)展空間。第三，3D打印作為新興產(chǎn)業(yè)有望納入國家重點支持的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化將迎來有利的政策環(huán)境。因此可以說，目前中國政府對3D打印技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策支持、中國巨大的3D打印技術(shù)的應(yīng)用市場、中國一些企業(yè)具有自主創(chuàng)新和產(chǎn)品開發(fā)的能力等，這些都是中國3D打印技術(shù)發(fā)展的最好的條件。

但是我們也要看到，接下去的路還比較曲折。首先，在增材制造的體系建設(shè)上，中國還不夠完善；中國缺乏可以提供各類設(shè)計模型的網(wǎng)絡(luò)平臺，設(shè)計師的設(shè)計模型的知識產(chǎn)權(quán)如何能夠較好的保護(hù)，是一個關(guān)鍵的問題；其次，中國3D打印行業(yè)需要更多的高端人才，鑒于目前國內(nèi)3D打印廠商規(guī)模和實力，無論是人才培養(yǎng)和人才招聘上，都有問題需要解決；第三，3D打印雖然是增材制造，但是在打印過程中也會產(chǎn)生一些廢料，如何解決廢料和廢液的回收，也是3D打印行業(yè)可持續(xù)發(fā)展需要解決的問題。美國和歐盟對知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)的強(qiáng)化和標(biāo)準(zhǔn)制定和落地的快速推進(jìn)，將會對中國企業(yè)在全球市場的推廣和銷售形成競爭障礙。

記者：3D打印技術(shù)可以對航天航空、國防軍工等方面發(fā)揮巨大作用，那么他對普通百姓的生活會產(chǎn)生什么樣的影響，您能否暢想一下未來普通人的3D打印生活么？

顏旭濤：可能現(xiàn)在媒體宣傳的，以后我們的生活就是3D打印的生活，住在3D打印的房子里，開著3D打印的車子，吃著3D打印出來的飯……或許有一天有可能會這樣，但是目前看這樣的生活離我們還是有點遙遠(yuǎn)。就現(xiàn)在來看，桌面級3D打印的研制和銷售已使3D打印進(jìn)入普通百姓的生活成為可能。近幾年，價格低、體積小的3D產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，更讓一些人對3D打印技術(shù)在生活中的應(yīng)用產(chǎn)生了興趣。當(dāng)3D打印建模軟件的使用界面變得越來越簡單易用，3D打印材料越來越適合于日常生活所用時，一些有購買力并會用建模軟件的人——不要認(rèn)為這個是很高大上的東西，建模軟件將來會像office軟件一樣易用——將會利用不同的材料3D打印他們?nèi)粘Ｉ钏枰奈锲罚鐠煦^、U盤套、玩具、花瓶、杯子等。未來，普通人家里擁有一臺3D打印機(jī)，就如同有一個可以制造各種個性物件的工具，利用它，就實現(xiàn)“個人制造”的夢想?？梢韵胂?，未來在你生活中，很多生活用品，都是你自己設(shè)計并且獨一無二的，甚至可以達(dá)到所想既所得的地步，是不是很神奇的一件事？！

（盧淼，民革中央宣傳部干部/責(zé)編張棟）