国内3 D打印产业发展综合态势研究

孙智强

（江苏省科学技术情报研究所，江苏南京 210042）

0 引言

近年来，中国在3D打印技术研究方面成果丰硕，3D打印技术专利申请数量逐年增长，以10%的世界份额，占据世界第三的位置，激光直接加工金属技术、生物细胞3D打印技术等已经处于世界先进水平。技术的进步带动了产业的发展，目前国内3D打印产业发展比较迅猛，各地纷纷出台3D打印产业发展规划，各种形式的3D打印产业园区和技术创新中心都在紧张的规划和建设之中，产业化步伐越来越快。

1 国内3D打印产业发展优势地区情况介绍

目前，北京、陕西、江苏、湖北、山东、广东、四川、浙江、重庆、上海、湖南、福建、河南等地区3D打印产业发展水平在国内排名靠前。从产业链构建和应用市场情况看，以上地区大致可分为3类。

1.1 产业链相对完整，产业发展处于国内领先地位

第一类地区的共性特点是产业链相对完整，产业发展处于国内领先地位，这类地区以北京、陕西为典型代表。

北京在3D打印的研发及产业化等方面初步形成材料、数字化设计、关键部件、整机和应用服务的3D打印全产业链，并成功应用于大型金属复杂构件直接制造、医疗器械与健康服务、创意设计等领域，具备快速发展3D打印产业的基础。在大型金属复杂构件应用领域，现已组建起由领衔专家牵头，覆盖全产业链的创新团队，装备与应用均取得突破，技术水平国际领先，产业化实体已落地北京，即将进入大规模生产阶段。在医疗器械与健康服务领域，正在推进相关骨干单位牵头组织产业链团队，虽然装备与材料目前主要依靠进口，但临床应用研究已处于国际先进水平。在创意设计领域，北京部分优势单位牵头组建了产业链团队，技术水平基本与国外同步，部分装备产品已出口国外。

陕西省3D打印技术研发工作起步较早，西安交通大学和西北工业大学3D打印科研实力处在全国前列，在光固化快速成形、金属熔覆成形、生物组织制造、陶瓷光固化成形研方面积累了丰富的研究成果。依托陕西省雄厚的装备制造业基础，该省已将3D打印技术广泛的应用到工业设计、装备零部件制造和生物医疗方面，并形成了相对完整的创新链、产业链和服务链，整体产业呈现了快速增长的良好态势。

1.2 产业发展基础较好，产业链基本构建

第二类地区的共性特点是产业发展基础较好，产业链基本构建，这类地区以江苏、广东、山东、浙江、四川、湖北为代表。

江苏省最早开展3D打印设备生产的地区之一。2013年，中国3D打印技术产业创新中心、中国3D打印技术产业总部基地正式落户南京栖霞区和南京国家经济技术开发区，使该省成为全国3D打印产业的信息交流中心。目前，该省依托软件设计、新材料研发和高端制造业基础和“长三角”方阔应用市场，积极发展3D打印设备生产研发和3D打印服务应用，形成了相对完备的3D打印产业链，3D打印企业数量、规模和产值在国内同行业中处于领先地位。广东高校研究3D打印技术比较积极，早在世纪90年代末开始，华南理工大学、中科院广州电子技术研究所等科研单位已经开始关注和研究3D打印技术与设备，经过多年努力，目前广东省在SLA、FDM、SLS等国际主流3D打印技术领域均具有一定基础，其中金属粉末选择性激光烧结快速成型等领域技术水平国内领先，开展了个性化牙科和定制化植入体等生物医学应用产品开发，并与美国、德国、以色列等国家的著名3D打印设备生产企业建立了合作关系；同时，广东省内3D打印设备研制与应用产品正迅速兴起，一些企业研制的3D打印机已在广州、佛山、东莞和汕头等地的工业设计、模具制造、教育培训、动漫及衍生产品、医疗器械材料等领域获得了成功应用。

山东省政府推动3D打印产业发展的决心和力度比较大，在鼓励本地企业开展3D打印技术研发的同时，积极与国内外团体和研发机构开展项目和技术合作，引进了西安交通大学快速制造国家工程研究中心卢秉恒院士团队，打造较完整的3D打印产业链；与世界3D打印技术产业联盟签署战略合作协议，将第二届世界3D打印技术产业大会暨2014世界3D打印技术博览会落户青岛，并在潍坊滨海区建设“中国3D打印技术产业加工和服务基地”，培育发展壮大3D打印产业。四川省是国内最早出台3D打印产业技术路线图的省份，同时也是西部地区最早成立3D打印产业技术创新联盟的省份。四川在航空航天、汽车、医疗器械和军工制造等工业领域积极开展3D打印技术应用研究，积累了宝贵的经验，成都已经开始用3D打印技术制造齿轮、飞机起落架以及发动机叶片等零部件；在民用领域，成都的一些医院也已将3D技术打印出的人造牙齿、骨骼用于临床。总体看，成都已经具备了发展3D打印产业的基础条件，航空航天产业将成为未来该省3D打印产业应用的重点领域。浙江省是我国重要的经济强省，民营经济发展迅猛，该省3D打印产业有两个鲜明特点，一是商业运营起步早。浙商凭借灵敏嗅觉，介入该领域较早，目前该省已有部分企业开始3D打印技术研发和设备制造。二是技术门槛低。目前，该省3D打印企业主要以生产科技含量不高的桌面级3D打印机为主，而工业级3D打印机鲜有涉猎，行业内竞争优势不够明显。总的看，浙江3D打印产业主要集中在产业应用端，几乎每个城市都建成了3D打印技术服务中心，依托浙江省制造业的雄厚基础，3D打印服务市场非常广阔。湖北省是全国最早开始3D打印产业研究的省份之一。上世纪90年代初，华中科技大学快速制造中心，研发出我国首台具有自主知识产权的3D打印机，并凭借分层实体制造、激光烧结和金属粉末激光熔覆三大突破性工艺，与西安交通大学、清华大学，代表着中国3D打印技术最高水平。目前，湖北省整个3D打印产业尚处在起飞阶段，光谷产业园和湖北3D打印产业技术创新战略联盟正在筹建之中，武汉滨湖机电等龙头企业在国内影响力较大，产业化进程速度较快。

1.3 具备产业发展优势，但产业规模相对较小

第三类地区的共性特点是具备产业发展优势，但产业规模相对较小。这类地区以重庆、上海、湖南、福建、河南等地区为代表。

其中重庆和湖南在技术研发方面有一定的优势，中科院重庆研究院已研制出国内首台3D打印并联机器人，湖南华曙高科是世界上第三家研制出高端选择性激光烧结尼龙设备制造商，同时也是世界上第二家成功研制出选择性激光烧结尼龙材料材料供应商。而上海则集中了国内外知名3D打印企业的营销和服务机构，是3D打印设备主要采购地。河南和福建推动3D打印产业力度比较大，但核心技术研发和应用市场存在不足。

2 国内各地区发展3D打印产业经验借鉴

总体看，国内各地3D打印产业还处于发展的初级阶段，发展还很不均衡。分析各地区产业发展过程中的利弊得失，总结经验教训，感到推动3D打印产业发展必须重视以下几个方面因素。

2.1 技术为王——人才和技术是产业发展的核心要素

3D打印产业技术壁垒相对较高，掌握核心技术对于提升企业核心竞争力至关重要。目前，国内研发资金主要投向高校和专业研发机构，企业研发投入相对较少，前沿技术仍然被高校和校办企业掌握，其中，清华大学、北京航空航天大学、西安交通大学、西北工业大学、华中科技大学等高校开展3D打印技术研究比较早，在国内处于领先地位。依托清华大学颜永年教授科研团队和北京航空航天大学王华明教授科研团队，北京分别成立了北京太尔时代科技有限公司和中航激光成形制造有限公司；依托西安交通大学先进制造技术研究所和西北工业大学金属凝固技术国家重点实验室，陕西分别成立了陕西恒通智能机器有限公司和铂力特激光成形技术有限公司；依托华大学颜永年教授科研团队和南京师范大学海归教授杨继全团队，江苏成立了昆山永年先进制造技术公司和南京宝岩自动化有限公司；依托华中科技大学快速制造中心，湖北省成立了武汉滨湖机电技术产业有限公司。以上企业的产品技术在国内处于领先地位，在积极抢占国内外市场份额同时，也带动了本地3D打印产业的发展，使上述地区在国内3D打印产业发展上占据领先地位。

2.2 需求为本——市场需求是产业发展的主引擎

目前，国内应用3D打印技术的领域主要为装备制造业和服务业，其中装备制造业占主要份额。随着国内产业结构的转型升级，装备制造业与3D打印产业已逐步形成了彼此依赖的共生关系。

2.2.1 发达的装备制造业是3D打印产业发展的基础

3D打印技术和打印设备的研发必须由制造业提供技术支撑。通常一套成熟的3D打印设备由能源端、软件、执行系统和材料等四个环节构成，而能源端和执行系统都离不开制造业的支撑，尤其是金属3D打印设备，对执行端机械性能要求更高，必须由高精度机床设备来加工，产业化生产更需要较高水平的制造业作为基础。

2.2.2 发达的制造业为3D打印产业提供发展空间

装备制造需要制作模具，传统的模具生产费时费力，而且经费投入和资源浪费巨大。例如，美国的F-22飞机中尺寸最大的Ti6Al4V钛合金整体加强框，所需毛坯模锻件重达2796千克，而实际成形零件重量不足144千克，材料的利用率不到4.90%，材料浪费巨大。应用3D打印技术不仅可以节省模具设计定形时间，而且可以大大减少成本投入。例如上海大众汽车利用3D打印技术开模，仅汽车引擎盖一项，就能节约近五分之四的开模经费。制造业发达地区模具设计和制作市场广阔，为3D打印工业应用提供了巨大发展舞台。

2.2.3 制造业转型升级需要3D打印产业提供技术支撑

中国是制造业大国，“MADE IN CHINA”已经跟随中国出口商品飘洋过海达到世界各地。但随着国际竞争日益加剧和国内产业升级改造需求，中国制造向中国创造的呼声越来越高。只有不断的转型升级国内制造业基础，才能使中国制造永远立于不败之地。要领先发展必须做设计。3D打印技术正是源于设计，而且因为3D打印技术的诞生，设计的模式也发生了悄悄的改变，特别是复杂工业产品的设计，不再需要漫长的制模和修改过程，从构思到成型，只需要一台3D打印机，修改和定形也极为简单。业内人士坦言，近年来国内飞机制造业的高速增长，一个重要原因正是得益于3D打印产业的发展。

2.3 隐形力量——政府推动是产业发展的重要推手

3D打印产业是一个新兴产业，市场空间还未能完全打开，产业发展还需要政府的大力支持和推动。

2.3.1 抓顶层设计，助推产业发展

中国3D打印产业联盟预计，未来3年中国3D打印市场规模可达百亿规模。在各种利好条件的刺激下，国内各地纷纷出台产业发展规划，布局产业发展路径，从宏观层面推动3D打印产业发展。仅去年一年，就有北京市、江苏省、广东省、浙江省、福建省等多个省（直辖市）出台了3D打印产业发展规划，另外还有杭州、青岛等多个地市也出台了相应的规划、方案和路线图。这些政策的出台对于推动产业初期的发展作用和意义都非常重大。

2.3.2 抓园区建设，完善产业链构建

产业园区是区域经济发展、产业调整和升级的重要空间聚集形式，担负着聚集创新资源、培育新兴产业、推动城市化建设等一系列的重要使命。目前，掌握3D打印核心技术团队和企业已经成为各地政府争抢的香饽饽”，各种形式的孵化器和产业园区也成为各地争抢资源的优势条件。例如，北京在海淀区等区县建立3D打印技术孵化基地，在昌平区、通州区等区县建立3D打印产业化基地，在西城区等区县建立3D打印推广服务中心，集群式推动3D打印产业发展；陕西在渭南高新区建设3D打印产业培育基地；山东省把青岛红岛经济区盘古科技园设立为3D打印产业园区，在潍坊市潍坊滨海区建设“中国3D打印技术产业加工和服务基地”，培育发展壮大3D打印产业；湖北省将3D打印工业园落户武汉东湖高新区；杭州在萧山设立了3D打印产业园。目前，国内3D打印产业发展发达地区，基本上都配备了相应的产业园区，这些园区也极大的促进了本地3D打印产业的发展。

2.3.3 抓推广应用，拓宽产业发展空间

市场空间决定产业发展规模。目前，由于人们对3D打印技术的认知和接受程度还比较低，3D打印的优势技术还没有被充分应用。政府部门应该进一步加大宣传和推广力度，引导企业应用3D打印技术改造传统工艺，引导个人进行个性化3D打印服务等，帮助企业进一步开拓应用市场，提升企业成长空间。在北京工业设计创意产业基地建立了全国首家3D打印体验馆，在民众中科普3D打印技术，展示3D打印技术在工业制造和服务应用方面的美好前景，推动3D打印技术产业化进程。2013年1月，北京工业设计创意产业基地建立了全国首家3D打印体验馆，2013年7月，西部首个3D打印设计体验中心在成都建立，民众在参观高新技术的同时，也科普了3D打印技术，展示3D打印技术在工业制造和服务应用方面的美好前景，渐进的推动3D打印技术产业化进程。

2.4 同舟共济——抱团发展是产业发展的未来趋势

总体看，我国的3D打印产业与国际同行相比还处在初级阶段，技术水平还有一定差距，各地区产业普遍存在“小而散”的现象，抱团发展成为国内企业对抗国际知名大企业的最佳途径。

2.4.1 搭建产业联盟，促进信息交流

2012年10月15日，中国在北京成立，同年5月29日，在北京召开了首届世界3D打印技术产业大会。在此基础上，各地区也纷纷成立了地区的3D打印产业技术联盟，比如，2013年3月，江苏省3D打印产业技术创新战略联盟在南京正式成立，2013年4月，成都成立了西部地区首个3D打印产业技术创新联盟，2013年9月，浙江3D打印技术产业联盟成立，2013年12月，湖北3D打印产业技术创新战略联盟成立，2014年1月，陕西省3D打印产业技术创新联盟成立。地区级的联盟大多涵盖了研发、制造、材料、应用服务等产业链多个领域，一定程度上促进了本地区信息资源的交流与共享，加速了产业的融合发展，提升了本地区3D打印产业的整体发展实力。

2.4.2 建设共性技术研发中心，克服技术瓶颈

当前，制约3D打印产业发展的一个主要问题就是技术问题，特别是材料问题和软件问题。目前，桌面级打印机没有通用、简易、便于推广普及的操作软件，国内金属打印材料生产水平还比较落后，合金打印材料主要依赖进口。仅仅依靠一家研发单位或者一家企业很难有效解决这些技术难题，只能通过集中地区内甚至是全国的优秀资源，运用科学高效的运营模式进行集体攻关，才能在短时间内破解这些技术难题。2013年7月，陕西省设立金属增材（即金属3D打印）制造工程研究中心。该研究中心将立足该省航空航天、新材料、光电等领域的产业优势，解决金属增材制造（3D打印）技术发展中的关键共性问题，为增材制造产业的快速发展提供有力的技术支撑，进一步巩固和强化该省增材制造技术与产业在国内的领先地位，带动国内金属增材制造技术的发展。

2.4.3 搭建公共服务平台，提升产业推广应用速度

目前，由于受到3D打印设备售价高昂和地区经济实力限制，国内3D打印资源分布很不均匀，一边是很多地区高价购入的设备使用效率低造成资源浪费，另一边却是部分地区因缺乏设备而不能享受到3D打印服务带来的便利。解决这个矛盾的有效途径是建立一个公共服务平台，对各地区资源进行有效整合，依托这个平台进行资源共享，从而促进3D打印技术的应用与推广。2013年4月，东莞市率先制定了“模具产业3D打印公共服务平台”的总体规划，这个规划就是向着资源利用最大化迈出了坚实的一步，将有力推动该地区3D打印产业的整合和发展。

3 结语

据统计，国内现有3D打印机大约1.7万台，而美国为4.7万台，尽管仍然有所差距，但中国赶超的速度是非常惊人的。中国庞大的人口数量，给3D打印机的应用提供了广阔的市场，除此之外，中国政府对这一技术的重视，也正在帮助3D打印技术实现快速的发展。3D打印技术在中国市场的未来发展前景广阔，潜力无限。

［1］王忠宏，李扬帆，张曼茵.中国3D打印产业的现状及发展思路［J］.经济纵横，2013（1）：90-92.

［2］张继松.3D打印技术的应用和发展前景［J］.磁性元件与电源，2013（10）：151-160.