3D打印技术：带动制造业全面升级？

文/ 喻思娈

3D打印能够立体成型

3D打印技术最早出现在美国，俗称“增材制造”。通俗地说，就是一种三维立体成型技术。在上世纪80年代，美国人查尔斯·霍尔发明了光固化快速成型技术，申请专利后，注册了3D System公司，如今已成为3D打印设备巨头之一。

3D打印技术与传统的通过切削、钻孔等方法的减材制造工艺相反，其通常“打印”过程是：产品在计算机设计成型后，将其分割成一系列数字切片，这些切片的信息传送到3D 打印机上，后者会连续地将这些薄型层面通过特殊胶水堆叠起来，直到形成一个固态物体成型。因而，专业上又可称快速成型技术。

“与盖楼过程一样，3D打印也是从地基建起，通过打印材料的层层叠加，最终形成一个完整的立体物品。在理想状态下，塑料、金属、陶瓷、沙子等材料经过特殊处理都可以用来做打印的“墨水”。”华中科技大学材料科学与工程学院教授史玉升说。

当前，3D打印不仅可以生产出栩栩如生的工艺玩具，还能制造出复杂的金属零件、假牙、假肢，而现在科学家更大胆的想法是：“打印”出个性化的活体组织，解决器官移植的难题。

查尔斯·霍尔发明了光固化快速成型技术只是3D打印技术中的一种，随着增材制造理念的推广，科学家还开发出其他类型的立体成型技术。当前，主流的还有熔融沉积造型和选择性激光烧结两种方式，技术的发展扩宽了3D打印所能使用的材料类型和领域。

“没料到3D打印受到这么多人的关注。”英国某3D打印设备制造商的高级销售工程师马国强说。

2012年4月，《第三次工业革命》作者杰里米·里夫金在《经济学人》撰文表示，以3D打印技术为代表的数字化制造技术，是引发第三次工业革命的关键因素。今年年初，美国总统奥巴马在国情咨文中激情、高调发言，再次助推了“3D打印热”的兴起。

3D打印对物体直接复制成型的特点，使其在单个或小批量模具和复杂零部件的生产中占得优势，然而，传统工艺的成本和速度优势却是3D打印技术无法比拟的。比如，只要开好模具，便可以短时间实现量产，而受制于材料等因素，3D打印技术上理论可行的，现实中却遇到重重阻碍。

马国强说，3D打印技术概念已起伏了好几次，每当应用往前突破一步，产业界、科技界就会兴奋地讨论未来的可能性，但试探一段后，就会发现这样那样的问题，热度也便迅速地降下来。

最近刺激产业憧憬的，是在航空航天和生物医疗领域的应用。北京航空航天大学王华明教授利用激光烧结技术，做出了飞机钛合金大型复杂整理构件，标志着在大型金属构件上取得重大突破。生物医疗方面，虽然受制于材料，但病理模型制作以及组织工程器官的培育，已经被看做3D打印技术未来非常有前途的应用。

马国强认为，这次3D打印热可能持续时间会长一点，毕竟已经做出了一些成熟的应用。

“军工和健康医疗的投资较少考虑成本，为3D打印试验提供了可能。”上海大学快速制作工程中心主任胡庆夕说。即使如此，3D打印技术只能说对传统制造方式有所改变，是原有方式的补充，还称不上是根本的革新。

关键是设备，关键的关键是材料

“我国在装备的功能方面并不比国外差，但在设备可靠性、材料、应用方面还有不少差距。”史玉升说。

“3D打印的关键是设备，而关键的关键则是材料。”世界3D打印设备领域的某顶尖供应商大中华区总经理吴承轩说，中国在金属材料研究方面与德国估计有5年的差距。

南京紫金立德电子有限公司总经理连宁说，材料品种少、精度差，在材料的开发和应用上，我国已被国外甩开了老远。“同样打印一张名片，国外树脂材料打印出来的可能十几天才会变形，我们的两分钟就不行了。”

据了解，国内很少有人专注于做材料方面的基础研究，造成当前“有锅没米”的局面，而缺乏材料也直接影响应用领域的扩展。进口树脂材料高达2000元/公斤，而用于组织器官培育生物的材料每克在百元左右，高昂的成本限制产业化和相关研究的推进。

吴承轩说，在欧美国家，航空航天、医疗、汽车和模具制造四大行业，3D打印技术已有较为成熟的应用。如果这些应用推广到中国，对3D打印产业的发展将会有较大的促进作用。

连宁也认为，2016年左右，如果技术得到完善，材料品种增多，我国3D打印产业未来可能会有一个爆发性的增长。

勿再热炒概念，应加强基础研究

3D打印技术，仅仅是技术革新，还是技术革命，各界仍然有不同的观点。

“过不了两三年估计还会掉下来。”胡庆夕担忧，当前很多民众对3D打印技术并不了解，把它当成无所不能，而捧得越高，摔得越厉害。

公众关心的进家庭的3D打印机，主要是指“桌面级的3D打印机”，即爱好者使用的低端设备。业内人士分析，这并不代表市场的主流，未来工业级打印是主要市场。与家庭电脑不同，3D打印技术对使用者的设计能力有较高要求，因而对“3D打印进家庭”这一概念不应有太高期望。

连宁介绍，国内3D打印技术应用领域有限，市场还非常小，30多家相关企业真正依靠3D打印盈利的并不多。

“3D打印产业发展需做好顶层设计。”连宁说，政府要重视，但更应该冷静、客观、理性的引导产业良性发展。

他认为，值得注意的是，3D打印概念的升温引来了不少地方政府对发展相关产业的兴趣，但实际上有发展3D打印产业技术基础的城市并不多。

“如果不注重核心技术的研发，就是搞几块地，把工厂建起来了，做装备加工。最终的利润将被国外公司拿去，技术上还受别人控制。”

连宁说，发展3D打印产业，当务之急是加强设备和材料的基础研发。此外，要打破当前各自为政的局面，集中资源，来共同突破一些东西，再用这些技术来支撑3D打印技术的发展。

产业之路前景可期

近年来，3D打印的应用也越来越广泛，遍及教育行业、建筑设计、金属铸件、产品原型设计、娱乐与艺术等领域。据业内预测，3D打印行业的收入增长率在未来几年内将达到50%以上，美国《时代》周刊更将3D打印列入美国十大增长最快的产业。

据科技行业独立咨询公司Wohlers Associates的数据显示，2011年全球3D打印市场规模为17.1亿美元，2012年增长至21.4亿美元，到2015年预计将达到37亿美元。尽管诸多迹象都显示出数字化制造时代正慢慢临近，3D打印技术在市场中的表现也不俗，但这种技术距离产业化，甚至飞入寻常百姓家，还有相当一段路要走。

中国3D打印技术产业联盟理事长、北京航空航天大学材料学院王华明教授介绍说，目前，国内已经由企业在生产，并且打印出的产品和模具进行销售，但从装备、原材料和服务角度来看，中国3D打印技术已有了产业化的形态但规模不大。

罗军认为，3D打印技术的发展，需要依托信息技术、精密机械及材料等多学科的尖端技术，而我国自动化控制系统方面与国外相比还有较大的差距，运行的稳定行亟待提高。

令人忧虑的是，由于当前该行业技术标准和开发平台尚未确立，技术研发和推广应用还处于无序状态。王华明表示，该行业涉及知识产权和专利保护，所以在很长时间还会保持以企业标准为主的局面。（摘自《人民日报》，有删改）