3D打印产业链的协同创新模式研究

吴　瑶

（西南科技大学经济管理学院，四川　绵阳　621010）

3D打印产业链的协同创新模式研究

吴瑶

（西南科技大学经济管理学院，四川绵阳621010）

本文在对3D打印产业发展现状进行总结的基础上，应用新兴产业创新管理理论，对产业链的协同创新模式进行研究。首先分析了3D打印技术及产业的发展现状；其次总结了3D打印产业链的结构及特征；再次借鉴产业链协同创新的文献和案例，提出3D打印产业链协同创新模式；最后结合我国3D打印产业现状，给出实现3D打印产业链协同创新的对策建议。

3D打印；产业链；协同；创新

3D打印技术被称作第三次工业革命的标志之一［1］，是制造业向“智造”转变的关键技术。2013年4月，3D打印技术包括在德国工业4.0战略计划当中。2015年5月我国签发了“中国制造2025”规划纲要，且于2012年就成立了中国3D打印产业联盟，有些地区也建立了区域性的产业联盟，以期对3D打印产业发展进行顶层设计。然而，各产业因其独特性对产业化设计有不同的要求，需根据其特征研究产业链协同创新实现途径，为产业协同发展提供战略指导。

对3D打印产业的研究包括现状总结、问题剖析、前景预期等，而对产业链的研究较少。王忠宏、李扬帆、张曼茵［2］认为我国对3D打印技术研发初步取得成效。李小丽、马剑雄、李萍等［3］指出3D打印技术面临成本高、耗材种类少及性能不足、精度不够、知识产权等问题。从产业层面看，王忠宏、李扬帆、张曼茵［2］指出我国3D打印产业链缺乏统筹发展。孙智强、黄斌［4］认为产业链各环节发展不均衡。王忠宏、李扬帆［5］提出为促进我国3D产业的发展应优化产业生态系统，引导要素向该产业聚集。理论上对产业链现状与协同发展的必要性进行了说明，没有提出可供参考的意见。

产业链协同创新属于外部协同创新。张文彬、蔺雷、廖蓉［6］国指出外部协同创新的实现取决于产业组织与其他相关主体之间的互动。从实践来看，3D打印产业的发展对产业链各主体的协同、高效交互提出了要求。为实现3D打印产业高速、平稳发展，本文从产业层面对3D打印产业链各组成部分进行系统分析，提出产业链协同创新模式及对策。

一、3D打印技术及产业发展现状

1、3D打印技术及其应用

3D打印技术（3D Printing）由快速成型技术发展而来，其原理是通过计算机辅助设计构建产品的三维数字化模型，再借助计算机数控机床技术、激光技术等根据模型“分区”成的切面，利用特殊材料进行逐层打印实现产品制造。其主要实现技术包括光固化成型（SLA）技术、选择性激光烧结成型（SLS）技术、熔融沉积制造成型（FDM）技术、材料喷射、粘结剂喷射等。3D打印技术的主要衡量指标包括打印速度、成本、精度、分辨率、适用材料性能与能打印的颜色等，根据能打印颜色分为一种与多种色彩打印，并由于技术上的突破，多种色彩打印越来越普遍。

3D打印技术可用于基于定制化生产的诸多行业，目前已应用到广泛领域。在航天航空、汽车制造等领域主要用于模具设计、零部件生产、定制化制造。生物医疗上用于制药、器官制造与教学等，已经实现了血管组织、心脏、细胞组织等的打印，并结合纳米技术进行药品研制。文艺作品方面，满足个性化需求，能最大程度实现社会化生产。

2、3D打印产业发展情况

从全球看，很多国家都在推动3D打印产业的发展，市场规模呈持续增长趋势。美国、欧盟、德国、日本、中国等地区采取建立研究中心、资金支持、产业扶持等策略支持及进行研发成果推广与应用。市场容量方面，Wohlers公司数据显示2012年包括服务在内的3D打印全球市场总额为22亿美元，2013年市场规模约40亿美元，预测到2021年能达到108亿美元的销售额，将维持约20%的增长率。其中美国占据领导地位，3D System与Stratasys公司在2012年占全球约1/4的份额，是全球3D打印产业的龙头企业。

我国3D打印技术取得了一定的研究成果，总体处于产业化的初级阶段，市场呈现高速增长趋势。进行3D打印技术研究的主要有清华大学、北京航空航天大学、华中科技大学等院校，通过与3D打印企业合作、技术转移等方式实现产品商业化。例如2014年3D打印产业前十的武汉滨湖机电技术产业有限公司，就与上海材料研究所、西安交通大学进行合作。前十的企业还包括杭州先临三维科技股份有限公司、北京隆源自动成型系统有限公司等，但总体规模较小。2010年我国3D打印机装机总量只有400台，2013年达到了2000台以上，市场规模不断扩大。

二、完整3D打印产业链的基本结构

3D打印产业链是集大学与研究院、3D打印企业、电子商务平台、服务商网络、消费市场等于一体的庞大系统，在发展过程中与政府部门、行业协会、金融机构等相关联。政府部门对大学与研究院、3D打印企业产生直接影响，在辅助产业、机构的支持下研究成果通过3D打印企业直接或间接进入消费市场，市场情况又反过来影响技术进步。完整的3D打印产业链如图1所示。

1、产业链上游相关企业、机构

产业链上游企业与机构主要包括大学、研究院及3D打印企业。其作用是推进技术研发、技术进步、3D打印设备制造、3D打印材料研发。

一是大学、研究院在产业链中实现3D打印设备精度、稳定性等的提高，以及目前3D打印材料种类少和所面临技术难题的突破。研发项目的推进受到政府部门的影响，并通过3D打印企业实现技术成果商业化。

二是高新技术的研发和产业化面临高风险与极大的不确定性，需要3D打印企业专业的运营激励机制、融资能力、市场反应能力和商业化渠道等各种能力的融合，这也是大学、研究院所缺少的。3D打印企业在产业链中与多方联系密切，能提供专业的运营机制，以市场为导向做产品的定向研发。

图1　3D打印产业链

2、产业链中游服务系统、网络及第三方平台建设

产业链中游第三方服务平台连接上游企业与下游市场，是为3D打印产品、设备、材料等提供商业化的经销网络、信息交互、产品意见反馈、市场动态信息等服务，主要包括数字化平台及服务商网络。

3D打印机、打印材料及数字化模型要实现有效的市场营销，需要服务商网络的加入和高可信度电子商务平台的搭建。对于以研发为主的3D打印企业，专业服务商队伍的加入可以弥补自身核心能力的不足。在经济体系中，有些服务商网络和电子商务平台已经存在，并且运营模式也趋于成熟。其中以3D Systems为代表的3D打印制造商就入驻了京东、淘宝等第三方电子商城，降低了成本，节省了产品推广时间。

3、产业链下游应用导向市场

3D打印产业的消费市场主要细分为工业制造、个人消费与生物医疗三个极具显著特征的市场，应用范围跨越多个领域。3D打印应用领域经历了不断拓展的过程，这归功于设备技术、材料技术的进步。同时，这也是产业发展过程中面临的挑战与难题。

4、3D打印产业相关部门、产业支持

任何产业都不能独立存在，必须与相关产业、部门之间存在有效的交互。

一是政府相关机构。其主要包括财政、科技、发改、教育等部门，为企业提供资金支持或运营、融资便利条件，推进3D打印技术的学校教育，实现3D打印技术人才培育的同时推动3D打印成果的应用。此外，肩负建立完善的3D打印数据安全和产权保护机制的责任。

二是辅助产业、机构。3D打印产业的发展有赖于各方相关机构的建立与完善，特别是要实现打印设备及特定产品的技术质量检测、金融支持、行业标准及3D打印数据安全等第三方辅助支持，主要包括3D打印行业协会与产业联盟等。

三、3D打印产业链的协同创新机制

基于对3D打印产业链各部分及其相互关系的考虑，本文根据产业链中主要模块进行划分，提出管理协同、融资分配、技术研发与消费市场几个部分的交互模式，通过电子商务平台实现信息集成。协同创新模型如图2所示。

由图2所示，在政府通过政策、专项资金支持，并逐步完善3D打印知识产权法规推动产业发展的环境下，由3D打印企业引领相关利益主体实现战略层面到具体运营、后续效率价值评定的管理协同，产品研发与客户终端市场的协同与实时反馈，以及资金流进入与退出机制的制定完善。各部分在电子商务平台中进行信息交互，包括政策法规、企业动态、电子商城、项目—风投信息、技术研究、相关标准、市场动态等几个方面，分别对应于政府、3D打印企业、服务商网络、金融与风投机构、大学和研究院、行业协会、消费市场的相关信息。

1、管理协同

管理协同体系的建设是为了在战略与管理层面实现产业链相关部分的协调一致。管理协同体系以3D打印企业为核心，与产业上下游相关企业、机构建立战略联盟，根据其在价值实现过程中发挥的作用，对其职责、风险承担进行合理分配，采用现代管理技术实现管理过程、营运过程与日常生产的配合。同时采取人才战略，完善激励约束机制，为产业持续发展提供动力。最后对各利益相关主体根据其营运能力、产品、效率等指标进行绩效评定，为核心能力改进或进一步合作提供参考，形成协同体系和各主体的渐进式改进与发展。

2、资金管控

资金管理体系主要是实现融资、分配合理化，减少风投机构与企业之间的信息不对称，保障利益分配的同时降低研发高投入、不确定性等风险，吸引资本进入。产业链中需要风险投资、金融机构借贷的主要是3D打印企业，可以通过电子商务平台实现项目与风投的信息交互，在资金流入环节进行经济性评定，其次在运营过程中加强成本控制。对于最终的收益，根据投资额、风险分担等指标制定利益分配和退出机制，保障投资者利益。同时，以此吸引风险投资，实现资金流的持续循环。

3、技术—产品一体化

建立研发与终端消费产品一体化的协同交互发展体系，形成以技术开拓市场、市场促进技术能力提升的循环发展模式。在研发环节中，3D打印企业与大学、研究院建立技术研发联盟，对技术创新、技术研发进行系统化管理，根据技术水平和市场反馈信息进行市场预测，然后再进行产品设计。产品需达到标准体系中对技术、质量、设计、行业规范的基本要求。同时，依托行业协会加强3D打印行业技术交流，促进行业规范与行业标准形成。知识产权体系的建设与技术发展应保持一致性，甚至通过预期在一定程度领先于技术进步，对于没有相关标准验证的产品应根据其特性做好实时评估。产业上游在与消费市场进行交互的过程中主要通过对产品应用进行挖掘，提供技术与售后服务，根据3D打印技术的特点引导对大众创新的商业模式进行探索。通过建立评价体系获得信息反馈，据此识别其潜在需求。一体化发展的核心在于高效性与准确性。为提高市场预测的准确性，需要实现研发与消费终端的信息集成，将其并构为一个统一的发展体系。

图2　3D打印产业链协同创新机制

四、我国3D打印产业链协同创新的对策建议

为使产业链协同创新机制发挥作用，本文针对政府部门与3D打印企业及各相关主体提出以下实施策略。

首先，基于我国3D打印技术产业化现状，政府部门在产业发展过程中起到重大的推动作用，应着力打造良好的产业生态系统与发展环境。一是制定出国家层面的统筹发展计划与产业布局，引导社会资源适当地向这一新兴产业倾斜，使产业链结构趋于完整。二是在产业上游以增加相关科研项目的方式加大研发人才、资金等资源的投入，进行3D打印人才培养，解决3D打印材料、设备技术等问题。同时，培育引领行业发展的龙头企业，为其研发、经营、进出口贸易提供优惠政策，增强其融资能力。三是伴随技术的发展，完善产权保护法规及政策。

其次，3D打印企业应打造自身竞争力与影响力，积极与相关主体形成战略联盟，保持管理层面的协调一致，促进产业链上下游之间进行高效交互以整合资源，引领产业协同发展。一是探索完善的商业模式使产业前景日趋明朗，以此吸引更多金融机构、风险投资的加入，健全3D打印产业链及其辅助性产业，在此基础上建立相关利益者联盟。二是对研发与市场产品需求以系统一体化的方式进行管理，进一步发挥3D打印技术优势，依据市场动态在现有的价值实现途径上进行衍生和拓展。三是在产品生产制造过程中，探索与传统制造模式融合的生产制造方式。同时制定出资金的进入退出机制，以支撑产品研发、生产、运营活动。通过电子信息平台实现3D打印企业、大学、研究院、服务商网络、消费市场等之间的信息交互，利用信息的实时性达到高效、快速的反馈，在产品研发、战略合作、运营管理等各个环节协同发展。

最后，各相关企业应提升对协同创新重要性的认识，积极参与3D打印产业链协同机制的制定，以利于自身核心能力的发挥。一是服务商、金融机构、研究院等对3D打印产业的发展给予关注，在做好风险收益评估的前提下适当投入资源。二是与3D打印企业进行信息交互，制定出适合各方发展的协同创新机制，实现各主体之间管理业务的有效对接。三是注重打造自身的核心竞争力。金融机构与风投机构在资本上具有优势，但需有效控制风险。大学、研究院在加大研发资源投入的同时，注重对现有研究成果的挖掘，并要符合标准体系的基本要求。服务商网络可以利用现有的相关客户资源做好消费市场的有力渗透。加强3D打印产业概念宣传，根据各消费市场独有的特征开展产品研发、战略制定、市场推广等活动。

五、结语

本文以3D打印产业的统筹发展为核心，充分考虑产业链各部分及其特征，对3D打印产业链协同创新模式进行了探讨。在构建协同体系时采用分块设计，包括管理、资金、研发及产品几个部分，考虑全局性的同时增强创新管理的灵活性。当然，对产业层面做系统化研究，具有一般意义，在进行具体管理活动、产品研发、资金管控机制对接时，要考虑企业经营状况及所面临的市场环境，尽可能突破现实发展瓶颈，创造产业各主体之间高效、快速协同发展交互模式，实现共赢。

［1］The Economist：第三次产业革命［J］.经济学人，2012（4）.

［2］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）.

［3］李小丽、马剑雄、李萍等：3D打印技术及应用趋势［J］.自动化仪表，2014（1）.

［4］孙智强、黄斌：3D打印产业如何落地生根［J］.特区经济，2014（12）.

［5］王忠宏、李扬帆：3D打印产业的实际态势、困境摆脱与可能走向［J］.改革，2013（8）.

［6］张文彬、蔺雷、廖蓉国：架构能力引领的复杂产品系统产业链协同创新模式研究——以中广核工程有限公司为例［J］.科技进步与对策，2014，31（6）.

（实习编辑：胡春雨）