基于国内外现状分析南京市3D打印产业的发展方向

贾敏

3D打印技术起源于上世纪八十年代初期，九十年代初期开始在美国、以色列得到应用。3D打印技术又称 “快速成型技术”，是一种综合计算机、激光、新材料、CAD/CAM集成等技术的全新制造技术。该技术的原理是通过CAD/CAM制图技术或3D扫描仪将物品转化为一组3D数据，然后用3D打印机开始逐层分切，针对分切的每一层构建，按层次打印。打印时，粉末耗材会一层一层地打印出来，层与层之间通过特殊的胶水进行粘合，并按照横截面将图案固定住，一层一层进行叠加，最终经过分层打印、层层粘合、逐层堆砌，一个完整的物品就被制造出来。

英国《经济学人》杂志认为，这项技术将与数字化生产模式一起推动实现新的工业革命，将3D打印技术列为第三次技术革命范畴；美国《时代》周刊已将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”。目前，很多国家已经在工业设计、智能制造（航天航空、军工生产、机械制造、模具加工等）高等教育、艺术设计、医疗卫生（外科、骨科、牙科等）、建筑装饰、儿童玩具等领域应用了3D打印技术，从事3D打印技术研发的科研单位和企业也正在将这一重要发明运用到生产实践中，并改变着人类的生产方式。

一、国内及南京现状。近年来，在国家科学技术部的支持下，我国已经在深圳、天津、上海、西安、南京、重庆等地建立一批向企业提供3D打印技术的服务机构，使我国3D打印技术的发展走上了专业化、市场化的轨道。在国内，目前已有华中科技大学、北京航空航天大学、西北工业大学开始在这方面进行了较多的研发，并在产业化方面迈出了一定的步伐。华中科技大学成功研制工业级的1.2米×1.2米快速制造装备，这是世界上最大成形空间的此类装备，超过德国EOS公司最大成形空间0.73米×0.38米和美国3D系统公司0.55米×0.55米的同类产品，使我国在快速制造领域达到世界领先水平。北京航空航天大学同我国主要飞机设计研究所等单位“产学研”紧密合作，瞄准大型飞机、航空发动机等国家重大战略需求，历经17年研究，在国际上首次全面突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术，使我国成为迄今世界上唯一掌握大型整体钛合金关键构件激光成形技术并成功实现装机工程应用的国家。国内的家电行业在3D打印技术的应用方面，走在了国内制造型企业前列。如广东美的、科龙、江苏的春兰、小天鹅，青岛的海尔等，都先后采用3D打印技术开发新产品。一些国内通讯巨头企业例如华为、中兴等公司也逐渐将3D打印技术引入到产品设计开发环节，使得公司对市场的响应效率、产品的竞争力提升了一个等级。

南京市目前已有两家企业在3D打印技术的研发、推广、应用方面处于国内外领先地位。位于南京经济技术开发区的南京紫金立德公司与以色列的Solido Model Ltd公司合作，于2010年01月正式投产，在短短两年时间里，已拥有专利技术11项，自主专利技术7项。其所采用的 LOM（分层叠加实体制造）技术在国内外处于领先地位，公司生产的三维立体打印机等产品全球垄断，已经销往： 美国、德国、法国、英国、意大利、澳大利亚、日本、韩国、以色列、香港、台湾、中国等30多个国家和地区。宝岩公司的杨继全博士从1996年开始做3D打印机的理论与技术研究，他研发的3D打印机曾经获得过2008年度江苏省科技进步二等奖。目前，该公司已经攻克了彩色3D打印机有多项关键技术，他们研发的彩色3D打印机只需要传统加工方法10%到30%的工时以及20%到35%的成本，成型材料完全国产化并且无污染，但价格只有美国Z—Corp公司同类产品的一半左右。仅这一项技术，就拥有国家专利20项，其中发明专利5项，实用新型专利15项。

二、3D打印技术要成长为支柱新兴产业所面临的难题

总体上看，国内的政策环境利于3D打印产业的发展。中国正在遭遇人口红利的逐渐退出但是贫富差距仍然较大的变革时代，经济保持较快增长和提高生产力仍然是我国宏观经济发展的命题，制造业仍然是中国就业、财富创造的巨大经济部门。而智能信息化、数字化制造、节能环保制造、创新创意产业将成就一批未来新兴产业，这些产业将推动中国的经济结构转型升级，3D打印技术将在转型升级中取到重要的关键技术作用。在制造业日趋国际化的情形下，“低创新产业+重大工程+巨资投入+资源消耗”的发展模式逐渐要被“创新+消费导向+节能减排”的发展模式替代，因此，创新创意、个性化、节约成本这些理念将会用于中国新产品、新项目的投资决策参考要素。3D打印技术作为一次重大的技术革命，已经成为共识，而3D打印技术的产业化无疑为我国新型工业化建设和促进传统产业的升级将发挥十分重要的引领作用。可以预见，3D打印技术将会助力中国当下较为弱势的工业设计、工业装备领域，在医疗技术、数码娱乐、农业机械等关系民生的领域进一步快速发展。

对于一项新技术来所，10年或者20年是一个分水岭，一般新技术就会变得非常成熟并被广泛应用。未来的模具制造行业、机床行业、玩具行业、轻工产品行业或许都可能被淘汰出局，而取代他们的就是3D打印。当然，这需要一个过程，主要是人们适应和接受新事物的过程，也有产业自身完善成长的过程。目前，3D打印技术在国内的应用还不十分广泛，设备安装台数不多，仅限于大型企业，要成长为新兴支柱产业还有很长的路要走。主要的制约因素有以下几方面：

（一）价格的制约。很多国内企业对新产品模型快速更新的需求还不是很迫切，有些还在不断压低设计成本。而3D打印技术是综合计算机、激光、新材料、CAD/CAM集成等技术而形成的一种全新的制造技术，是高科技的产物，技术含量较高，所以，目前快设备的价格较贵，限制了3D打印技术的推广应用。

（二）材料问题。目前市场上，3D打印的实物造型基本都是以朔料、橡胶类为主，因为这类材料容易被光固化技术所利用。由于材料技术开发的专门性，一般价格都比较贵，造成生产成本提高。因此，3D打印要进一步发展首先必须解决打印材料问题。

（三）功能单一。现有3D打印机的成型系统都只能进行一种工艺成型，而且大多数只能用一种或少数几种材料成型。这主要是因为快速成型技术的专利保护问题，各厂家只能生产自己开发的快速成型工艺成型设备，随着技术的进步，这种保护体制已成为快速成型技术集成的障碍。

（四）成型精度和质量问题。由于3D打印软件技术的研究还不成熟，目前生产的产品精度及表面质量大多不能满足工程直接使用的需要，不能作为功能性零件，只能作原型使用。为提高成型件的精度和表面质量，必须改进成型工艺和快速成型软件。

（五）软件问题。随着3D打印技术的不断发展，软件问题越来越突出，快速成型软件系统不但是实现离散/堆积成型的重要环节，对成型速度，成型精度，零件表面质量等方面都有很大影响，软件问题已成为3D打印技术发展的关键问题。

三、南京市培育3D打印产业的对策建议

党的十八大报告明确提出要“推动战略性新兴产业、先进制造业健康发展”。江苏历来走在技术创新的前列，省委罗志军书记在今年10月份视察南京的紫金立德公司时指出，3D打印技术将在未来的制造业、服务业领域发挥很好的推动作用，罗书记要求从创新驱动和科技进步方面考虑，给予相关的政策、资金和其他条件支持，使这个产业尽快发展起来。南京作为江苏的省会、全国唯一的国家科技体制改革试点城市的省会，正面临以创新驱动为核心战略，以创新型经济和服务型经济为主攻方向的第三次重大历史机遇。发展和培育3D打印产业，改造传统制造业，提升产业结构，是南京坚持创新驱动道路、打造新兴产业名城的重要突破口，有助于南京进一步发挥现有优势，抢占新一轮发展先机。近两年，南京市出台了“1+8”政策文件、科技九条、321人才计划等一系列突破性的政策，也为发展和培育3D产业营造了良好的环境。今后，可以从以下几个方面着手进行探索：

（一）成立3D打印技术研发联盟。2011年6月，美国总统奥巴马宣布一项新政策，并向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。不久前，又投资4500万美元用以建造一所新型制造业研究院，帮助新兴创新行业发展，将其带入主流行业。亚洲制造业协会联合华中科技大学、北京航空航天大学、清华大学等权威科研机构和3D行业领先企业共同发起的中国3D打印技术产业联盟正式宣告成立。南京市可以尽早考虑将3D打印技术纳入新兴产业发展规划，在政策引导、资金支持方面给予扶持；组织成立政产学研联盟，发挥南京师范大学、南京紫金立德、南京宝岩等走在3D技术研发、应用前列的高校、院所和企业的优势，在该技术领域进行深入的研究推广。鼓励从事材料研究和生产的科研院所、企业参与该技术的研发过程，有针对性地从源头上解决发展瓶颈问题。

（二）统筹发展与3D打印相关的产业。南京的软件产业一直走在了全国前列，有条件在这方面探索如何有效地利用软件产业发展优势为3D打印提供软件技术服务，从而提高3D打印的速度，成型精度、零件表面质量，解决制约该技术发展的关键问题，形成3D打印技术与软件产业共赢发展的良好局面。美国3D打印服务企业Shapeways已拥有15万个会员及超过6000个用户，已为顾客打印过上百万件产品。杭州的铭展公司也已经率先成为中国第一家 3D 打印服务公司，只要用户提供 3D 数据，选择建造材料，就可以将其设计变成实体。南京市目前还没有企业开展此类业务，3D打印要发展成为成熟的产业，就需要培育一批提供配套服务的企业，为该产业发展增强动力。

（三）重视人才引进和技术的推广应用。重视3D打印技术方面的人才储备和培养，依托南京的321人才引进计划，吸引海内外在3D打印技术方面有领先优势的人才和项目落户南京。对本土企业研发的3D打印产品，加大宣传力度，提供首购首用等政策支持，允许在科技园区、科技创业特别社区等全市创新创业基地先行先试，拓展产业发展空间。

（四）建立知识产权保护制度。3D打印机的三维模型图纸导入方式有两种：一是通过与计算机连接从计算机导入三维设计图；二是直接通过3D扫描仪将现成实物的立体模型扫入打印机。一旦物品能用数字文件来描述，它们就会变得很容易复制和传播，其知识产权的拥有者的利益很容易受到侵害，在知识产权领域进行的斗争会更加激烈。南京作为全国知识产权示范城市，应该未雨绸缪，将3D打印技术的保护纳入知识产权开发应用和保护体系当中，制定配套的保护方案，为3D打印技术的产业化提供良好的法制环境。

（作者单位：南京市科委）