3D打印：“挑戰”無限可能

3D打印技術的誕生依托了多個學科領域的技術，是新時代信息科技發展的最新成果。有業內人士將2012年稱為“3D打印元年”，這一年，美國總統奧巴馬提出建設全美制造業創新網絡計劃，并將3D打印確定為方向之一；英國《經濟學人》刊登了一篇文章，認為3D打印將“與其他數字化生產模式一起推動實現第三次工業革命”，并稱這是“制造業未來的趨勢”；中國于2012年10月成立了中國3D打印技術產業聯盟……似乎就是從那時起，全球迅速形成了3D打印技術熱潮。

  3D打印是什么？

  3D打印的基本原理是斷層掃描的逆過程。斷層掃描是把某個東西“切”成無數疊加的片，而3D打印則是通過連續的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術，因此3D打印又被稱為“增材制造技術”。

同傳統加工方法相比，3D打印有其自身的優勢，克服了傳統制造業的些許弊端。①增量制造。3D打印具有材料利用率高、加工成型速度快、時間短、成型產品密度更均勻等優勢，其中最大的優勢在于不再受制于產品結構。②易于控制成本。運用3D打印，無需開模，從而減少制造時間，降低成本費用。③制作方法簡單。3D打印將多維制造變為簡單的由下至上的二維疊加，這種工藝方法實現了設計制造一體化，使最終固結成型的產品為整體成型制造、自然無縫連接，從而完成傳統制造方法難以或無法加工的任意復雜結構。④ 降低小批量生產的成本。3D打印機能夠輕易制造短缺及個性化零部件，迎合了時下個性化的發展趨勢。正是基于上述的各種優勢，加之多年的發展令其形成了一套體系，所以3D打印可應用的領域也逐漸擴大。包括產品設計領域、建筑設計領域、機械制造領域、醫學領域、家電領域，以及個性化市場，等等。

   3D打印市場發展如何？

   作為新時代下的先鋒技術，3D打印受到了發達國家的格外重視。在美國，3D打印被高度重視并積極推廣。目前，在全球3D打印機市場中，美國3D Systems、Stratasys兩家公司的產品占據了絕大多數的市場份額。而3D打印這個領域也已經開始吸引風險資本的注意。在德國，德國聯邦教研部（BMBF）早在20年前就針對3D打印技術提出了長期的發展計劃，柏林工業大學3D實驗室在3D打印的研究應用方面也取得了一系列的顯著成績。在歐美發達國家，3D打印技術已經初步形成了成功的商用模式，且自2009年以來，3D打印市場在北美和歐洲急劇增長。國際快速制造行業權威報告《Wohlers Report 2011》發布的調查結果顯示，全球3D打印產業產值在1988年到2010年保持著26.2%的年均增長速度。報告預期，到2016年，包含設備制造和服務在內的3D打印產業總產值將達到31億美元，2020年將達到52億美元，成為下一個具有寬廣前景的朝陽產業。

   我國于近幾年才真正開始介入3D打印市場，目前企業對3D打印的認可度并不高。一方面在于企業還不能完全擺脫傳統制造業的思維方式，另一方面則是由于加工成本較高，不宜進行批量生產。為了扭轉這種局面，我國工信部已開始組織研究制定3D打印技術路線圖以及中長期發展戰略等政策。

   實則，我國在3D打印方面已然取得一些成績。華中科技大學、西安交通大學、清華大學等高校和科研機構相繼研發出多款3D打印機，部分技術已達到世界領先水平。其中，華中科技大學科研團隊經過十多年努力，已研發出全球最大的3D打印機，該設備可加工零件長寬最大尺寸均達到1.2米，從理論上說，只要長寬尺寸小于1.2米的零件（高度無需限制），都可通過這部機器“打印”出來。

   3D打印的未來在哪里？

   當前3D打印技術正朝著以下幾個方向發展。

   1. 開放性、易操作。3D打印需要廣泛運用計算機輔助設計工具。對于專業市場，源代碼開放式架構控制器和可重構設備模塊將使制造和研究更靈活；對于非專業性市場，基于網絡的新設計工具可能允許非專業人員創造性地設計滿足個人需求的產品。

   2. 層次更高。隨著智能制造的進一步發展，新的信息技術、控制技術、材料技術等將不斷被應用到制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術的發展將體現出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。

   3. 應用范圍不斷擴展。3D打印機將朝著體積小型化、桌面化，成本低廉化，操作更簡便的方向發展，滿足分布化生產、設計與制造一體化的需求以及家庭日常應用的需求。此外，軟件要集成化，實現CAD/CAPP/RP的一體化，使設計軟件和生產控制軟件能夠無縫對接，實現設計者可直接聯網遠程控制在線制造。

   4. 逐漸由線上轉移到線下。3D打印技術將使得普通用戶擁有獨立設計與制造工業產品的能力，讓單品制造幾乎與大規模生產一樣便宜。到那時，工廠可能會因此發生重組，中國的制造業結構也將發生變化。

   5. 更加普及。隨著3D打印的普及以及技術的進展，到2020年，企業級的3D打印機的價格將會降到2000美元。彼時，3D打印會從小生態市場發展成被普遍接受，每一個人的不同需求，都能通過3D打印得到滿足。

   當我們可以預見3D打印的美好未來時，卻也不能忽視其目前存在的些許問題。

   1. 3D打印產業正處于產業化初期階段，面臨諸多宏觀挑戰。主要表現在：①產業規模化程度不高，企業規模普遍較小；②技術創新體系不健全；③產業政策體系尚未完善，缺乏前瞻性、一致性、系統性的產業政策體系，包括發展規劃和財稅支持政策等；④行業管理亟待加強；⑤教育和培訓制度急需加強。

   2. 材料的限制。3D打印通常使用的材料包括石膏、無機料粉、光敏樹脂、塑料等，制造精度、復雜性、強度等難以達到較高要求，一般只能應用于模型、玩具等產品領域。工業級應用的金屬粉末僅有鈦、不銹鋼、金銀等寥寥數種，材料種類亟需擴展。

   3. 成本的限制。價格成本的制約導致設備需求量難有爆發性增長。當前3D打印機價格較高，昂貴的設備只能提供有限的價值。而即使3D打印機成本能夠降下來，單個商品制造成本高的問題短期內依然得不到解決。使用3D打印機制造商品，其成本要遠高于大型企業規模化生產后均攤到每一件商品的成本，而后者批量生產的速度也比3D打印產品的制造速度要快得多。

   4. 整個行業還沒有形成標準。研發成本和供貨風險都很大，難以形成產業鏈。

   針對以上問題，很多業內人士也總結出了些許提升3D打印市場成熟度的建議。

   1. 加強頂層設計和統籌規劃。充分認識到3D打印產業鏈發展的復雜性、艱巨性和長期性，積極穩步推進3D產業發展；統籌處理好管理與服務之間、政府投入與利用社會資源之間的關系，并在發展中不斷調整和完善規劃，建立健全3D打印產業鏈相關立法；強化頂層設計，在規劃基礎上，從全局出發，整合各方面的資源，凝聚各方面的智慧，研究推進3D打印產業鏈發展的整體框架體系，并結合實際不斷完善，創造新的消費需求，促進消費升級；根據不同地區、不同領域的3D打印發展現狀和需求，分類型、分步驟有序推進3D打印產業發展。

   2. 建立用于研究和教育的公共平臺基地。由于目前的3D打印設備價格高昂，有關專家建議成立一個國家實驗平臺中心，保證每臺設備的充分利用。如此，還有助于聯合高校、企業和政府部門的力量，投資于 發展尖端科技和培養技能人才，推進產業化發展。

   3. 建立相關的技術標準。隨著3D打印產業化應用的日臻成熟，可重復的系統將會越來越多，健全的標準對未來3D打印技術的發展具有重要意義。具體而言，符合國際公認標準的產品、工藝與材料認證將會極大地促進3D打印技術的推廣應用。

   4. 通過加大與3D打印相關的材料研究力度來推動產業化發展。設備、軟件、材料是推動3D打印產業化不可或缺的關鍵環節，現在業界主要研究的是設備和軟件，而材料和維護成本被視作推廣3D打印技術的一大障礙。研發單位應加強對智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質材料及復合材料等的研究與應用。

   5. 加強對3D打印的宣傳。向普通群眾普及3D打印技術應用方面的知識，為其產業化發展營造良好的社會輿論環境。

   3D打印，開啟了印刷的新領域。其將傳統的印刷定義重新“包裝”后，擁有了新的生命力。從中長期發展來看，3D打印產業具有較為廣闊的發展前景，但目前國內3D打印產業距離成熟階段尚有較大距離，所以對于3D打印市場規模的短期發展不宜過分高估。筆者認為，對于希冀向3D打印轉型的印刷企業而言，現階段對3D打印領域的投入應以加強創新研發、技術引進和儲備為主。如受到概念炒作影響，在技術尚未充分完善的現階段大規模投入產能，那么投資回報可能將面臨著較大的風險。