有時(shí)用傳統(tǒng)方法制作一個(gè)零部件很困難，從鑄錠、制坯到開(kāi)模具，繁瑣復(fù)雜，缺少專業(yè)化設(shè)備甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。但如果用3D打印來(lái)做可能就很容易。

有時(shí)用傳統(tǒng)方法制作一個(gè)零部件很困難，從鑄錠、制坯到開(kāi)模具，繁瑣復(fù)雜，缺少專業(yè)化設(shè)備甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)。但如果用3D打印來(lái)做可能就很容易。3D打印技術(shù)有很多好處，如組織結(jié)構(gòu)很細(xì)，力學(xué)性能很好，可以實(shí)現(xiàn)多材料制作。而且工藝過(guò)程中有很多優(yōu)勢(shì)，如不再需要模具和工裝等。

但長(zhǎng)期以來(lái)，由于熱應(yīng)力上的一些問(wèn)題不易解決，用3D打印做一些大型零部件非常困難。但是隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，這道屏障已經(jīng)在2010年由北京航空航天大學(xué)教授王華明帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)攻克。王華明利用3D打印技術(shù)，制造出我國(guó)C919大飛機(jī)機(jī)頭的主風(fēng)擋窗框。它有著4×3×2米的超大規(guī)格，而把它“打印”出的3D打印裝備則更加龐大，完全突破了人們固有的觀念。就在同一年，用鈦合金制作的機(jī)翼和機(jī)體銜接部位，也被成功地打印出來(lái)。這兩件事是我國(guó)3D打印領(lǐng)域的標(biāo)志性事件。

由于保密需要，這些成就隔了一段時(shí)間才得以公開(kāi)。上述突破意味著作為一種短流程、低成本的數(shù)字化制造技術(shù)，3D打印技術(shù)將有一個(gè)更廣闊的發(fā)展空間和更美好的未來(lái)。

增材制造又名3D打印，這項(xiàng)技術(shù)并非一項(xiàng)新興技術(shù)。它誕生于上個(gè)世紀(jì)的80年代，從那時(shí)至今的30年中，大部分時(shí)間里3D打印設(shè)備一般都作為制造企業(yè)設(shè)計(jì)部門(mén)的一種輔助性設(shè)備，而非是生產(chǎn)的必要設(shè)備。如果企業(yè)資金富裕，則可以購(gòu)置一臺(tái)，否則就放棄。制造企業(yè)對(duì)它的關(guān)注遠(yuǎn)遠(yuǎn)遜于數(shù)控機(jī)床等設(shè)備。

這是很多年前的情況了。

  

不斷進(jìn)步的技術(shù)

最近幾年，3D打印已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，這是由于一批關(guān)鍵性專利技術(shù)的開(kāi)放和解禁讓其技術(shù)水平和應(yīng)用水平有了長(zhǎng)足發(fā)展，一批影響力的案例亦隨之涌現(xiàn)。

從配角到骨干

現(xiàn)在金屬3D打印裝備已成為現(xiàn)代規(guī)模化生產(chǎn)的必備設(shè)備。近10年來(lái)，大功率激光器件、金屬打印工藝和技術(shù)、材料和設(shè)備，取得了決定性的、非凡的進(jìn)步。金屬3D打印技術(shù)已不僅局限于個(gè)性化制造領(lǐng)域，而且是在批量生產(chǎn)領(lǐng)域，與傳統(tǒng)制造技術(shù)既有競(jìng)爭(zhēng)，又有合作。

3D打印在一體化成形、內(nèi)流道、材料梯度結(jié)構(gòu)、熔覆強(qiáng)度4個(gè)方面有傳統(tǒng)制造設(shè)備和工藝無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

首先是一體化成形的復(fù)雜程度比以前大大提高。通俗地說(shuō)，一體化就是把很多零件做成一個(gè)。一體化成形是3D打印的一個(gè)特長(zhǎng)。以往，它打出來(lái)的一體化零部件比較簡(jiǎn)單，無(wú)法滿足更加復(fù)雜精密的應(yīng)用需求?，F(xiàn)在則完全不同。美國(guó)GE公司生產(chǎn)的LEAP噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)上的燃油噴嘴，它由20個(gè)零件組成，按傳統(tǒng)方法生產(chǎn)需要一個(gè)個(gè)把零件做出來(lái)。而在2014年7月，GE用某種型號(hào)的3D打印機(jī)，只需要打一次，噴嘴就被一次性地制造出來(lái)，20個(gè)零件簡(jiǎn)化成了1個(gè)，20 in 1!僅此一項(xiàng)就能讓飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率提高15%。而15%的提升對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)是一種質(zhì)變，它已升級(jí)到了新一代的發(fā)動(dòng)機(jī)。以往，更新一代發(fā)動(dòng)機(jī)需要投入十幾億美元的研制費(fèi)用。可見(jiàn)，3D打印一個(gè)小小動(dòng)作所釋放的威力，竟然有如此之大。

其次是3D打印可以加工出更為復(fù)雜的內(nèi)流道。以前的內(nèi)流道需要靠機(jī)械加工去鉆孔，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)內(nèi)部彎曲，加之其表面光潔度不理想，其熱傳導(dǎo)的性能并不是太好，所以需要加裝很多冷卻管道，這勢(shì)必會(huì)令其體積增加。現(xiàn)在由于3D打印能很好地完成內(nèi)流道的特殊表面處理工藝，用很少的管道就可以滿足降溫需求，從而讓燃油噴嘴的體積縮小，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)而言有著重大的意義。

再次，就是在材料梯度結(jié)構(gòu)上，3D打印可以把不同的材料熔覆在一起，用以滿足復(fù)雜甚至是互逆的需求。如在某零部件內(nèi)部需要導(dǎo)熱良好，而外部卻需要防腐，若用同一種材料制造則無(wú)法同時(shí)滿足這兩種需求;或者用兩種材料去加工一個(gè)零件，用傳統(tǒng)制造手段也不易實(shí)現(xiàn)，但現(xiàn)在的3D打印技術(shù)則可以滿足上述需求。

最后是在熔覆強(qiáng)度上可以滿足要求。一些結(jié)構(gòu)件在很多條件下無(wú)法進(jìn)行焊接，這時(shí)可以利用3D打印把它們?nèi)鄹苍谝黄?。而且，相較焊接或噴涂，熔覆的界面強(qiáng)度更高，熱影響區(qū)卻更小。

由于有上述4個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)，金屬3D打印在制造業(yè)中的地位也發(fā)生了重大變化，已經(jīng)由原來(lái)可有可無(wú)的次要角色迅速成長(zhǎng)為不可或缺的骨干。還以GE公司制造發(fā)動(dòng)機(jī)上的燃油噴嘴為例。GE需要4萬(wàn)個(gè)這種零件。如此大的需求量已經(jīng)可以考慮用傳統(tǒng)制造方式大規(guī)模生產(chǎn)了，但是GE并未這么做，而是選擇了3D打印，因?yàn)樗懈鼮槌錾那移渌圃旆绞綗o(wú)法替代的加工能力與加工品質(zhì)。

由此可以看出，3D打印在原有個(gè)性化的小批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上又增加了大規(guī)模生產(chǎn)的應(yīng)用趨勢(shì)。

據(jù)清華大學(xué)教授顏永年介紹，目前3D打印已經(jīng)進(jìn)入到大批量規(guī)?；a(chǎn)應(yīng)用階段，當(dāng)然這必須借助網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)化的業(yè)務(wù)時(shí)代，是3D打印一個(gè)重要的發(fā)展新階段。如德國(guó)斯圖加特公司，把單臺(tái)激光打印機(jī)與多臺(tái)焊接機(jī)器人組成了一個(gè)叫“Laser Net work”的網(wǎng)絡(luò)，可以在定制化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。但前提是3D打印機(jī)要集成到網(wǎng)絡(luò)中去，與其他設(shè)備相互協(xié)同配合，而不能以一個(gè)自動(dòng)化孤島的方式存在。這實(shí)際上與工業(yè)4.0的某些特征吻合了。

隨著自身技術(shù)的不斷進(jìn)步和生產(chǎn)方式的日趨完善，3D打印的應(yīng)用范圍必將日益擴(kuò)展。

重要應(yīng)用領(lǐng)域

盡管在未來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)中3D打印肯定會(huì)占有重要的一席之地，但是就當(dāng)下而言，它最重要的舞臺(tái)還是在定制化、個(gè)性化要求較高的領(lǐng)域。現(xiàn)在，航空航天、消費(fèi)者電子和醫(yī)療市場(chǎng)是3D打印應(yīng)用的重要領(lǐng)域。

目前消費(fèi)類電子中， 可穿戴設(shè)備非常流行。青少年購(gòu)買(mǎi)使用它們有一個(gè)很重要的考量是為了彰顯個(gè)性。3D打印在此領(lǐng)域能夠提供豐富的解決方案。

3D打印技術(shù)在醫(yī)療上的應(yīng)用也很多，而且醫(yī)療行業(yè)更需要個(gè)性化的定制。我們知道，每個(gè)人的骨骼都是不一樣的，交通事故中的損傷情況更是差異很大。通過(guò)CT數(shù)據(jù)反求建模，然后用3D打印機(jī)直接做一個(gè)，快捷且匹配性好。在對(duì)脊柱側(cè)彎的病人進(jìn)行骨科手術(shù)時(shí)，為了矯形要進(jìn)行打孔。這個(gè)打孔操作是個(gè)風(fēng)險(xiǎn)很大的技術(shù)含量高的過(guò)程，一旦打到脊柱神經(jīng)上就會(huì)致殘。現(xiàn)在的解決方案是，先根據(jù)CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行變形結(jié)構(gòu)的測(cè)量并規(guī)劃打孔點(diǎn)，然后用3D打印技術(shù)制作導(dǎo)航模板進(jìn)行精確定位，再進(jìn)行打孔，簡(jiǎn)單且安全。還有在骨科修復(fù)上，通過(guò)三維反求，可術(shù)前規(guī)劃好破損結(jié)合面，然后用固定鈦網(wǎng)植入人工骨，從而實(shí)現(xiàn)完美的接合。

采用這個(gè)技術(shù)，即使只有兩三年工作經(jīng)驗(yàn)的年輕醫(yī)生都可以做骨科手術(shù)，而且能實(shí)現(xiàn)百分百的成功率，現(xiàn)在已經(jīng)有100多個(gè)成功案例。像假牙的配型方面，3D打印技術(shù)也已有成功的應(yīng)用。據(jù)英國(guó)專業(yè)調(diào)查公司IDTechEx稱，3D打印的牙齒和下巴等將帶動(dòng)商用3D打印市場(chǎng)的成長(zhǎng)，預(yù)估未來(lái)10年將飆升500%。

在航天航空領(lǐng)域，長(zhǎng)期以來(lái)飛機(jī)上大型機(jī)構(gòu)件的傳統(tǒng)生產(chǎn)主要采用“鍛造+機(jī)加工”的方法，該方法繁瑣低效，采用激光3D打印技術(shù)直接制造大型鈦合金結(jié)構(gòu)件顯示了巨大的優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)3D打印技術(shù)直接制造高性能金屬零部件，還可制造出薄壁、微孔、中空等特殊結(jié)構(gòu)零部件，在航空航天等重要領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在“神八”與“神九”飛船、天宮一號(hào)空間站以及蛟龍?zhí)栞d人深潛器，都應(yīng)用到了3D打印的技術(shù)。

在不算短的一段時(shí)間內(nèi)，3D打印機(jī)不會(huì)徹底取代車(chē)床、鉆頭、沖壓機(jī)、制模機(jī)等傳統(tǒng)工具，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)方式仍然會(huì)是主流。3D打印不會(huì)把傳統(tǒng)制造方式“逼上梁山”，反而會(huì)成為后者的“好搭檔”。但是，隨著新工業(yè)革命的到來(lái)，3D打印所占的份額會(huì)不斷擴(kuò)大，其重要性會(huì)逐步凸顯。

新工業(yè)革命中的生力軍

眼下，新一輪工業(yè)革命的浪潮正在襲來(lái)，它實(shí)質(zhì)上是以信息技術(shù)為代表的新一代技術(shù)革命。計(jì)算機(jī)將大量代替人類的智力勞動(dòng)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)模式將由大批量流水線再一次回到多品種小批量的個(gè)性化制造。

對(duì)于3D打印而言，沒(méi)有計(jì)算機(jī)及軟件所承載的信息，也就沒(méi)有3D打印自身。3D打印本身就是信息技術(shù)的天然凝聚者。因此，從誕生那一刻起，它就是新工業(yè)革命的物質(zhì)基礎(chǔ)之一。而在新工業(yè)革命中，它必將發(fā)揮著強(qiáng)力支撐的頂梁作用。

改變工業(yè)設(shè)計(jì)模式

以前的工業(yè)設(shè)計(jì)完成后需要制作模型來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，或手工制作，或制作各種簡(jiǎn)單乃至復(fù)雜的模具來(lái)得到產(chǎn)品樣板。而應(yīng)用3D打印后，只須將3D設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成通用規(guī)范的格式文件，就可以直接打印產(chǎn)品樣板，而不再耗時(shí)耗工制作模具或手工制作樣板，大大提高了設(shè)計(jì)效率。這將給工業(yè)設(shè)計(jì)模式來(lái)重大改變。

首先，由于很方便地可以打印出樣板或樣品，將會(huì)使工業(yè)設(shè)計(jì)師更關(guān)注工業(yè)設(shè)計(jì)本身，而不必考慮實(shí)現(xiàn)的工藝，這種專業(yè)分工的細(xì)化將會(huì)令工業(yè)設(shè)計(jì)的水平大幅提升。

其次，有助于產(chǎn)品的推敲和及時(shí)修改，與客戶的交流溝通更為方便順暢，從而提高客戶對(duì)產(chǎn)品的滿意度，而且，工業(yè)設(shè)計(jì)的客戶群體將不再只是生產(chǎn)企業(yè)和經(jīng)銷商，普通人也需要工業(yè)設(shè)計(jì)師來(lái)定制出具有個(gè)人特色的產(chǎn)品。讓個(gè)性化設(shè)計(jì)及后續(xù)的個(gè)性化制造得到普及。

最后， 消費(fèi)者即是設(shè)計(jì)師的情況將會(huì)出現(xiàn)。3D打印為產(chǎn)品制造帶來(lái)極大便利，將會(huì)使設(shè)計(jì)不再是一小群人的專利，每個(gè)有想法的人都能成為設(shè)計(jì)師。人們的商品不再局限于企業(yè)提供的種類，有創(chuàng)意精神的消費(fèi)者甚至可以自己設(shè)計(jì)并制造新的個(gè)性化產(chǎn)品。

屆時(shí)， 消費(fèi)者和設(shè)計(jì)師的界限將消弭。

這實(shí)際上離消費(fèi)者即是生產(chǎn)者的境界只差一步了。最終，3D打印將讓社會(huì)所有成員互為消費(fèi)者與生產(chǎn)者，“人人為我，我為人人”不再成為一句空言，而有了物質(zhì)上和社會(huì)生產(chǎn)方式上的保證。

當(dāng)然，這一天離人們還很遙遠(yuǎn)，還需要3D打印技術(shù)的長(zhǎng)期進(jìn)步和人們思想觀念的逐步提升乃至生活水準(zhǔn)的不斷積累。不過(guò)，眼前，已經(jīng)有專業(yè)人士注意到了3D打印對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)觀念的改變了。

工業(yè)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要定位是制造服務(wù)業(yè)。它是服務(wù)于制造業(yè)的，必須要關(guān)注制造業(yè)。3D打印有一個(gè)口號(hào)：所想即所得。而工業(yè)設(shè)計(jì)所做的就是怎么想，如何去想，這是一種在制造之上的思維方式。所以，3D打印對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)的影響幾乎是全方位的。

3D打印對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)的影響，不要僅僅視之為模型的驗(yàn)證。目前我國(guó)很多高?？赡苜I(mǎi)部幾千元的打印機(jī)，僅僅是為了做個(gè)驗(yàn)證。而實(shí)際上，3D打印是對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)思維的整體改變。

設(shè)計(jì)師完全可以擺脫傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的制約。以往設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)出來(lái)的東西，一定要由結(jié)構(gòu)部門(mén)審核，這是一段漫長(zhǎng)的、復(fù)雜的、低效的溝通過(guò)程。此過(guò)程中設(shè)計(jì)部門(mén)和結(jié)構(gòu)部門(mén)在交接配合時(shí)會(huì)存在很多問(wèn)題。但是3D打印廣泛應(yīng)用起來(lái)的話，這個(gè)環(huán)節(jié)中間的矛盾會(huì)大大減小。所以，工業(yè)設(shè)計(jì)人員將會(huì)更加關(guān)注3D打印技術(shù)的發(fā)展情況。工藝設(shè)計(jì)的本質(zhì)內(nèi)容是思考人、技術(shù)和市場(chǎng)這三者的關(guān)系。將來(lái)的工業(yè)設(shè)計(jì)師必須要懂基本技術(shù)，而不能沉浸在窄小的藝術(shù)觀里。因此就要求他們要敞開(kāi)胸懷，擁抱新的3D打印技術(shù)。

其實(shí)，從對(duì)工業(yè)設(shè)計(jì)流程的再造，人們不難發(fā)現(xiàn)3D打印已經(jīng)具備改變制造業(yè)模式的力量了。

完美契合工業(yè)4.0

當(dāng)下，工業(yè)4.0的話題很熱，乃至股市都有了“4.0”板塊。工業(yè)4.0的核心要義就是要用智慧技術(shù)打造一個(gè)新型工業(yè)革命的藍(lán)圖。新工業(yè)革命的目標(biāo)，新工業(yè)革命的夢(mèng)想，正是人類靠自身智慧、知識(shí)，通過(guò)新的工業(yè)化手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。

前幾次的工業(yè)革命都無(wú)法滿足人類個(gè)性化需求，而工業(yè)4.0則強(qiáng)調(diào)了今后的智慧工廠必須要能滿足人的個(gè)性化需求。將來(lái)，用戶的各種各樣的訴求可以直接利用網(wǎng)絡(luò)表達(dá)，通過(guò)一定的信息處理方式，讓作為生產(chǎn)設(shè)備的機(jī)器知曉這種需求后進(jìn)行生產(chǎn)動(dòng)作，生產(chǎn)出用戶所需要的產(chǎn)品。

目前國(guó)人對(duì)工業(yè)4.0有著多種理解。有人認(rèn)為，工業(yè)4.0的核心是互聯(lián)和集成。互聯(lián)就是通過(guò)CPS(Cyber-Physical Systems，賽博物理系統(tǒng))，打破人與人、物與物、人與物、現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界的界限和障礙;而集成則可以視之為人的所有的思維流和業(yè)務(wù)流在必要時(shí)的凝聚和附著。還有人把工業(yè)4.0的特征概括為綠色生產(chǎn)、敏捷制造和泛在制造。無(wú)論從哪個(gè)角度來(lái)闡釋工業(yè)4.0的精神，3D打印都能完全與之契合。

3D打印有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一，它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，這就能夠很方便地進(jìn)行信息的傳遞，也可以輕易地操控打印機(jī)實(shí)施生產(chǎn)——不妨可以視為人機(jī)之間的互聯(lián);二，它是以粉末狀金屬或塑料作為生產(chǎn)材料，打印機(jī)本身和生產(chǎn)材料所占用的存儲(chǔ)空間很小，所以容易實(shí)現(xiàn)在物理空間上的遍布，又能很方便地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)彼此聯(lián)通——這既是機(jī)器與機(jī)器之間互聯(lián)，又具備了泛在形式;三、它是一種逐漸“堆積”起來(lái)的增材制造，所以基本上無(wú)污染，易于在包括家庭在內(nèi)的各種環(huán)境下組織生產(chǎn)——這既是一種綠色生產(chǎn)模式，而且還是一種生產(chǎn)的集成;四，它是一種快速成形技術(shù)，所以非常方便直觀，可以省掉大量繁瑣重復(fù)環(huán)節(jié)(諸如開(kāi)模、試制等)——這無(wú)疑就是敏捷制造。

可見(jiàn)，無(wú)論從哪個(gè)方面看，3D打印都完美契合著工業(yè)4.0的理念和特點(diǎn)。如果工業(yè)4.0的生產(chǎn)方式得到普及，3D打印無(wú)疑也將會(huì)盛行。一個(gè)3D打印得到充分普及的環(huán)境，其制造模式肯定會(huì)因之出現(xiàn)深刻變革。

孕育新的制造模式

中國(guó)工程院院士、西安交通大學(xué)教授、增材制造領(lǐng)域?qū)＜冶R秉恒在2014年提出了一種新型的制造模式，叫集散制造。它實(shí)質(zhì)上是在信息充分互聯(lián)條件下，以集成各種需求、創(chuàng)意和資源為依托的一種泛在制造(本刊2014年10月刊有詳細(xì)介紹)。

集散制造模式的特點(diǎn)， 就是全民參于、互通有無(wú)，這可以用六個(gè)字形容：“眾需、眾創(chuàng)、眾包”。“眾需”——通過(guò)信息交互平臺(tái)將小眾的需求，甚至個(gè)性化的需要集成為大的訂單;“眾創(chuàng)”——將復(fù)雜的設(shè)計(jì)任務(wù)分解成眾多工程師、創(chuàng)客的共同設(shè)計(jì);“眾包”——將分散的設(shè)計(jì)資源集成一個(gè)大的能量，將分散的制造資源集成一個(gè)虛擬的、沒(méi)有圍墻的但生產(chǎn)能力無(wú)限的企業(yè)。

如果沒(méi)有3D打印機(jī)作為生產(chǎn)設(shè)備，人們會(huì)發(fā)現(xiàn)，這種制造模式很難維繼下去，甚至根本不存在。

現(xiàn)在這種集散制造模式只存在于專家的理性推論中，在現(xiàn)實(shí)生活中尚未出現(xiàn)。但是，隨著3D打印機(jī)的普及和3D打印生產(chǎn)方式的門(mén)檻的不斷降低，人們是很有可能目睹這種新的制造模式改變自己生活的。在歐洲，這種新型制造模式已經(jīng)嶄露頭角。

法國(guó)一家3D打印公司推出了一項(xiàng)服務(wù)，這項(xiàng)服務(wù)就讓用戶設(shè)計(jì)自己的iPhone手機(jī)殼。用戶可以從5個(gè)可用的模板(更多的模板還在制造)中選擇一個(gè)，然后通過(guò)調(diào)整外形，轉(zhuǎn)換顏色或者添加圖片和文本實(shí)現(xiàn)定制設(shè)計(jì)。整個(gè)過(guò)程花費(fèi)不到一分鐘。這一切都是互聯(lián)網(wǎng)上完成的。公司接到訂單后，開(kāi)始進(jìn)行生產(chǎn)——就是利用3D打印機(jī)打印。歐洲客戶將在兩天內(nèi)拿到手機(jī)殼成品，北美用戶則需要4天。這款產(chǎn)品售價(jià)不到15美元。

法國(guó)這家3D打印公司印證了盧秉恒院士的關(guān)于集散制造的設(shè)想絕非空想，只要網(wǎng)絡(luò)和營(yíng)銷平臺(tái)達(dá)到一定基礎(chǔ)，它將很快流行開(kāi)來(lái)。

欲變世界 先變自身

以現(xiàn)在的產(chǎn)品、技術(shù)周期而論，3D打印是一項(xiàng)老技術(shù)，但是在新工業(yè)革命來(lái)到時(shí)，它卻擁有著非常美好的未來(lái)。所以，制造業(yè)先進(jìn)國(guó)家都非常重視這項(xiàng)技術(shù)，把它視為通往未來(lái)智能制造的鑰匙。因此，他們不惜花大力氣保持在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

我國(guó)近幾年3D打印發(fā)展勢(shì)頭良好，某些領(lǐng)域還處于世界領(lǐng)先水平。但是，“頂層設(shè)計(jì)”

的缺乏和某些部門(mén)和某些人的短視恐怕會(huì)影響它前進(jìn)的腳步，所以，中國(guó)的3D打印發(fā)展急需一套完整的規(guī)劃。

國(guó)外形勢(shì)

2013年底，世界經(jīng)濟(jì)論壇評(píng)出的“有望改變生活、商業(yè)和全球經(jīng)濟(jì)的12大顛覆技術(shù)”

中，3D打印技術(shù)位列第9，排在新材料、頁(yè)巖氣之前。國(guó)外專業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，到2025年，3D打印產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將達(dá)2000億~6000億美元。由目前30億美元增長(zhǎng)到數(shù)千億美元，增長(zhǎng)的空間相當(dāng)巨大。為了搶占這塊“大蛋糕”，也為了保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，無(wú)論在企業(yè)層面，還是政府層面，他們對(duì)3D打印的發(fā)展都有強(qiáng)烈的發(fā)展意愿。

企業(yè)層面 美國(guó)3D System公司自1995年以來(lái)，至今已投入了1.8億美元的研發(fā)費(fèi)用，占銷售額收入的10%左右，超過(guò)經(jīng)營(yíng)其他業(yè)務(wù)公司平均水平2~3個(gè)百分點(diǎn)。其目的就是為了筑起行業(yè)門(mén)檻，使公司具備了持續(xù)的發(fā)展能力，拉大與其他公司的差距。

而另一個(gè)3D打印巨頭Stratasys公司的專利擁有量數(shù)由2002年的22個(gè)猛增至2014年的144個(gè)，并且呈逐年遞增之勢(shì)，用這些專利筑起了高高的行業(yè)門(mén)檻。這與近幾年的專利開(kāi)放解禁浪潮形成了鮮明的對(duì)比。

在提供3D打印服務(wù)領(lǐng)域，有一組數(shù)字對(duì)比需要引起國(guó)人的注意。還在上世紀(jì)90年代時(shí)，美國(guó)Troy服務(wù)公司，就已擁有了100臺(tái)3D打印設(shè)備，年產(chǎn)值達(dá)到6500萬(wàn)美元。而2013年，美國(guó)一家牙科康復(fù)公司，一次性地購(gòu)進(jìn)150臺(tái)SLA(Stereo Lithography Apparatus，立體光固化成型法)設(shè)備，這遠(yuǎn)非國(guó)內(nèi)同類公司所能比擬。我國(guó)此類企業(yè)，主要局限在珠三角和長(zhǎng)三角地區(qū)，自身規(guī)模較小，平均擁有的設(shè)備臺(tái)數(shù)僅為2~3臺(tái)，無(wú)法滿足應(yīng)用企業(yè)的需求，自身也掙扎在生死線上。

國(guó)家層面 目前，韓國(guó)政府、美國(guó)政府都非常重視3D打印的普及與發(fā)展。

據(jù)盧秉恒院士介紹， 韓國(guó)已經(jīng)把國(guó)家戰(zhàn)略決策聚焦在3D打印上。根據(jù)Wohl e r sAssociates統(tǒng)計(jì)，韓國(guó)的3D打印產(chǎn)業(yè)在2012年的收入占大約2900萬(wàn)美元，僅僅占有全球市場(chǎng)的2.3%。韓國(guó)政府期望其計(jì)劃將可以促進(jìn)行業(yè)的增長(zhǎng)，到2020年，韓國(guó)公司可以獲得整個(gè)3D打印市場(chǎng)的15%收入。為此，韓國(guó)有一個(gè)宏大計(jì)劃，準(zhǔn)備培訓(xùn)1000萬(wàn)人作為3D打印的人才。其目的是為了繼續(xù)保持在制造業(yè)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，尤其是在與中國(guó)制造業(yè)的較量中。要知道韓國(guó)總?cè)丝诓蛔?span>5000萬(wàn)。

2014年11月初，美國(guó)“航空航天增材制造峰會(huì)”在洛杉磯召開(kāi)。會(huì)上，有人強(qiáng)調(diào)了中國(guó)3D打印的發(fā)展對(duì)美國(guó)的威脅，并號(hào)召所有與會(huì)者加強(qiáng)游說(shuō)國(guó)會(huì)議員支持3D打印的發(fā)展。就像上世紀(jì)50年代至90年代的太空技術(shù)是美蘇對(duì)抗的焦點(diǎn)領(lǐng)域一樣，今天的3D打印技術(shù)已被美國(guó)政府視為美中競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。美國(guó)3D打印界普遍對(duì)中國(guó)3D打印的發(fā)展感到強(qiáng)烈的不安，并以此為依據(jù)，希望美國(guó)政府和國(guó)會(huì)對(duì)3D打印給予更大的支持。

美國(guó)不但已在2009年形成了國(guó)家增材制造(3D打印)路線圖，而且各個(gè)工業(yè)和科技部門(mén)也都普遍形成了自己的3D打印路線圖。比如，NASA的空間增材制造計(jì)劃明確提出了“forspace”(為空間)和“in space”(在空間)應(yīng)用兩部分。其中“in space”應(yīng)用路線圖包含地面微重力環(huán)境模擬(含飛機(jī)拋物飛行)、空間站應(yīng)用和地外表面(月球、火星和小行星表面)應(yīng)用諸方面。地面模擬始于2012年，2014年9月已將3D打印機(jī)送上空間站進(jìn)行應(yīng)用研究和測(cè)試，2015年~2018年詳細(xì)研究各種可能在空間發(fā)展的3D打印技術(shù)和可能的應(yīng)用方向，2020年~2025年重點(diǎn)研究月球表面3D打印技術(shù)，2030年~2040年發(fā)展火星表面3D打印技術(shù)。

美國(guó)擁有全世界最先進(jìn)的創(chuàng)新體系， 但仍然希望通過(guò)建立更優(yōu)越的“國(guó)家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)”來(lái)強(qiáng)化其制造業(yè)創(chuàng)新能力。這個(gè)創(chuàng)新體系，除了政府的引導(dǎo)外，科技界、工業(yè)界和社會(huì)公眾本身都有強(qiáng)烈的創(chuàng)新愿望，這是美國(guó)目前顯著優(yōu)越于中國(guó)的地方。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀與世界工業(yè)強(qiáng)國(guó)相比，我國(guó)3D打印設(shè)備的增長(zhǎng)很快。增材制造設(shè)備的數(shù)量比例在一定程度上反映了一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)活力與創(chuàng)新能力。從1988年到2011年的24年里，中國(guó)的增材制造設(shè)備臺(tái)數(shù)由占世界總量的6.5%增長(zhǎng)到8.6%，目前暫居在日本、德國(guó)之后，處于世界第4位。而同期，美國(guó)則由41.1%降至38.3%。

雖然中國(guó)的總量仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)，但是卻是處在一個(gè)上升的態(tài)勢(shì)，而且這個(gè)勢(shì)頭還會(huì)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。

但是，我國(guó)本土的3D打印設(shè)備制造企業(yè)基本以高校的校辦企業(yè)、高新技術(shù)小企業(yè)為主，滾動(dòng)發(fā)展緩慢，設(shè)備總產(chǎn)量?jī)H為國(guó)際著名的3DSystem公司的2%~3%。而且企業(yè)的運(yùn)營(yíng)負(fù)擔(dān)較大，創(chuàng)新能力普遍薄弱。

更令人擔(dān)心的是，雖然現(xiàn)在處于一個(gè)3D打印迅猛發(fā)展的機(jī)遇期，但是還有一些部門(mén)對(duì)此形勢(shì)認(rèn)知不夠，在制訂一些政策時(shí)顯得猶豫不決。有些人士還把這個(gè)大發(fā)展期誤判為是“過(guò)熱”，竟然主張應(yīng)該“降溫”，令人啼笑皆非。

我國(guó)增材制造路線圖

有鑒于此，盧秉恒院士草擬了一份《中國(guó)增材制造的路線圖》(見(jiàn)表1)，并以呈報(bào)國(guó)家有關(guān)部門(mén)。這份路線圖分為5年計(jì)劃和10計(jì)劃兩個(gè)階段。其要點(diǎn)如下。

5年內(nèi)，能形成這個(gè)直接產(chǎn)值100億元到300億元，制造業(yè)的擴(kuò)展效益能達(dá)到1500億元，基本形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，樹(shù)脂類、金屬類裝備的國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到60%~80%。3D打印的軟件行業(yè)的開(kāi)始形成，軟件是非常重要的，但是中國(guó)老是重硬件輕軟件。另外希望對(duì)各個(gè)制造領(lǐng)域都產(chǎn)生示范的效應(yīng)，這是一些把3D打印作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一個(gè)必要手段，這是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的周期或費(fèi)用都降低一半。

10年內(nèi)，直接產(chǎn)值達(dá)到1000億至1500億元，擴(kuò)展產(chǎn)值能達(dá)到6000到1萬(wàn)億元，打印材料基本能自給，價(jià)值大的元器件能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。

我國(guó)現(xiàn)在任務(wù)就是逐步從制造大國(guó)走向制造強(qiáng)國(guó)。中國(guó)工程院所做的《中國(guó)制造技術(shù)三步路線圖》指出，2025年中國(guó)制造能夠進(jìn)入世界制造的第二方陣，2035年能夠成為第二方陣的前列，2045年后能夠擠進(jìn)第一方陣。目前排在第一方陣的就是美國(guó)，第二方陣前列的就有德國(guó)、日本等。制約中國(guó)由制造大國(guó)走向制造強(qiáng)國(guó)的短板就是高端制造裝備。

而3D打印技術(shù)的普及與發(fā)展有望培養(yǎng)并增加全社會(huì)的創(chuàng)新能力，有利于我國(guó)升級(jí)制造模式，進(jìn)而補(bǔ)足我們中國(guó)制造的短板。

我國(guó)正在處于工業(yè)化信息化融合發(fā)展的機(jī)遇期，希望全社會(huì)都能夠重視3D打印技術(shù)，很好地發(fā)揮它在兩化深度融合中的作用，來(lái)助推我國(guó)制造業(yè)的成功轉(zhuǎn)型升級(jí)并在新常態(tài)下持續(xù)向好。