制造业3D打印

　　当前全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮，发达国家为应对制造业竞争力的下降，大力倡导“再工业化、再制造化”，抓手就是3D打印等先进制造技术。3D打印为代表的先进制造成为各国政府抢占的战略高地。

　　3D打印技术从单纯的技术创新成为颠覆传统生产制造方式的新生力量。然而，从传统的中心式生产到分散式生产方式的转变，是更加深远的影响。

　　当前，3D打印技术正处于发展的井喷期，3D打印的数据标准可能影响到装备和应用两个方面，对此我们应该抓紧标准的研究，掌握话语权。

　　世界经济论坛创始人兼执行主席克劳斯·施瓦布在其出版的《第四次工业革命》一书中称，建立在数字革命基础上的第四次工业革命已经到来，这些技术正给我们的经济、商业、社会和个人带来前所未有的改变，3D打印是这些技术中的典型代表。中国工程院院士、西安交通大学机械工程学院院长卢秉恒接受记者采访时表示，3D打印技术是颠覆性的技术，近几年发展迅速，它重构了社会生产生活方式，我们将迎来它发展的井喷期。

　　颠覆性技术受追捧

　　6月16日，两条新闻再次将3D打印推进人们的视野。北京大学第三医院成功实施世界首个3D打印人工椎体植入人体手术，人工椎体诞生并获国家食品药品监督管理总局注册批准；美国亚利桑那州的3D打印汽车公司Local Motors推出了一辆3D打印的自动驾驶电动公交车Olli，而且这辆车的一部分是可回收的。

　　3D打印又名增材制造，根据数字3D图像或模型，一层一层地打印出实物，1986年由美国最早提出，已经出现二十多年了。传统的加工制造是在原材料基础上，使用切削、磨削、腐蚀、熔融等办法，不断把没用的削掉，进而得到零部件，这叫“减法”；3D打印无须原胚和模具，它把材料一层一层摞上去，生产产品的机器就像打印机一样，用叠加、层叠的办法形成产品，这叫作“加法”。

　　几十年前的技术为何在今天再度“发烧”呢？专家认为，一方面，3D打印在高性能加工金属大型关键构件上取得突破，成为革命性技术；另一方面，当前全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮，发达国家为应对制造业竞争力的下降，大力倡导“再工业化、再制造化”，抓手就是3D打印等先进制造技术。3D打印为代表的先进制造成为各国政府抢占的战略高地。

　　3D打印是一项颠覆性的创新技术，被美国自然科学基金会称为20世纪最重要的制造技术创新。麦卡锡报告列出了对人类生活有颠覆性影响的12项技术，3D打印排在第九位，在新材料和页岩气之前。麦卡锡报告预测在2030年3D打印将在全世界达到1万亿美元左右的效益。2015年麦卡锡报告又将这一进程前移，认为增材制造2020年可达到5500亿美元的效益。

　　在卢秉恒看来，3D打印之所以被称为颠覆性技术还在于它对人们的生产生活的影响。他认为，3D打印改变人们的生活和工作模式，人们以后可以不在商场挑商品，可以自己设计自己需要的商品，把自己的需求发布到网上，很多创客进行设计，然后分包组织生产，再进行物理配送。如此一来，它使社会生产模式发生了变化，给创新带来更大的空间。

　　“人们不再受单位的约束，设计师可能就是自由职业者，这使得社会生产的组织模式、社会生活的模式发生很大变化。今天你可以设计飞机，明天可以设计时装。个人的创新能力可以最大程度地得到发挥，形成一个真正创新型社会。”卢秉恒表示，随着个性化消费时代的到来，大批量的生产如果设计出现偏差，产销不对路，就卖不出去造成浪费。现在海尔跟用户一起设计，体现用户需求，这个产品肯定是用户需求的。个性化、定制化变成可能，是因为信息化提供了个性化设计制造的平台。

　　卢秉恒说，3D打印已经成为创客最欢迎的工具之一。它可为可穿戴电子、家居用品、文化产业、服装设计等行业提供个性化定制生产模式，有望引领生产从大批量制造走向个性化定制的第三次工业革命，有力促进大众创新，万众创业。

　　《零边际成本社会》作者杰里米·里夫金先生为我们描绘了3D打印的美好未来，它从单纯的技术创新成为颠覆传统生产制造方式的新生力量。然而，从传统的中心式生产到分散式生产方式的转变，是更加深远的影响。

　　3D打印引爆技术革命

　　卢秉恒表示，3D打印可以带来很多颠覆性的变革，例如，在航空航天领域，可以使材料利用率由5％提升至90％以上，制造周期由数月压缩为几天；概念飞机的设计可以减轻质量的60％；生产新能源汽车，可以把2万个零件集成为40个零件，6天打印完成且减重1/3。

　　与规模化生产的商品不同，3D打印产品可以很容易地进行量身定制。目前这一技术已广泛应用于制造业、人类健康、消费品等领域。

　　《第四次工业革命》一书认为，在制造业方面，3D打印的引爆点是第一辆3D打印汽车的问世，该书的调查显示，84%的受访者认为引爆点会在2025年之前出现。

　　美国《财富》杂志最近报道了3D打印技术应用于制造业的一个案例：通用电气公司生产的leaP喷气式发动机不仅是该公司的明星产品，还即将配置完全由增材制造技术制造的燃油喷嘴。6月16日，美国亚利桑那州的3D打印汽车公司Local Motors推出了一辆3D打印的自动驾驶电动公交车Olli，而且这辆车的一部分是可回收的。

　　在人类健康领域，《第四次工业革命》称，技术的引爆点是进行首例3D打印肝脏的移植技术，调查显示，76%的受访者认为引爆点会在此2025年之前出现。在未来，3D打印机不仅能够打印物品，还能够制造人体器官——这一过程被称为“生物打印”。器官与普通物品的打印过程大致相同，只是对材料有特殊要求，例如制造骨骼需要钛粉。3D打印在满足顾客的定制化需求方面具有巨大潜力，而没有什么比人体更加需要定制了。

　　“未来，人们可以打印自己身体需要的‘零件’，哪里坏了换哪里。现在有科技人员在研究运用可降解材料，建造一个和人体需要的脏器差不多的支架，在其中附着上干细胞生长因子，营造出一个脏器生长环境。等降解材料逐渐降解、生长出细胞，从而打印出最终需要的器官。”卢秉恒表示。

　　2015年8月，南京市儿童医院在全国率先将3D打印应用于儿童先天性心脏病的治疗过程——该院心外科专家使用3D打印技术，以1：1 的比例打印出一个婴儿的心脏模型，并将其应用于手术中，成功地对一名出生仅3个月的复杂先心病婴儿进行了心脏修复。今年6月16日，北京大学第三医院宣布成功实施世界首个3D打印人工椎体植入人体手术，人工椎体诞生并获国家食品药品监督管理总局注册批准。

　　在消费品领域，《第四次工业革命》称，3D打印的引爆点是3D打印的消费品占到总量的5%，该书的调查显示，81%的受访者认为引爆点会在2025年之前出现。只要拥有一台3D打印设备，任何人都能轻松进行3D打印。这一技术能使某些传统消费品根据需求进行本地化打印，顾客就不必特意前往商店购买。3D打印机有望成为办公室甚至是家庭中必不可少的设备。统计数据显示，2014年，全球3D打印机的出货量达到13.3万台，比2013年增长了68%。其中大多数打印机的售价不超过1万美元，该售价适用于实验室、学校和小型制造企业。

　　3D打印技术已经成为各国竞争的战略高地。美国奥巴马政府斥资7000万美元建立国家增材制造创新研究院。新加坡政府在未来制造计划方面投资5亿美元，重点用于提高工人和工程师的技术水平以及建立一个新的3D打印行业生态系统。

　　为应对新一轮科技革命和产业变革，我国制定《中国制造2025》，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国。去年8月底，国务院总理李克强主持国务院专题讲座，讨论加快发展先进制造与3D打印等问题。这是本届政府首次举办专题讲座，3D打印作为一种先进的制造技术，首次出现在本届国务院的专题讲座中。据记者了解，我国有关部门也对重点研发项目增材制造立项，该项目计划用三年的时间，投入20亿元研发3D打印主流技术和主流装备，并对重点应用领域研发做出示范。

　　未来几年3D打印将迎来井喷期

　　近年来，3D打印产业和市场呈现爆发式增长。2015年全球增材制造和3D打印市场销售额达51.65亿美元，比2014年增长了25.9%。

　　根据预测，2016年全球总销售额将增加至73亿美元，2018年这个数字将是127亿美元，到2020年市场预计将达到212亿美元。

　　西南证券(7.640, 0.08, 1.06%)研究报告指出，国内二级市场对于3D打印仍处于主题投资为主的阶段，设计材料类、设备类和应用服务类个股整体受益。未来几年中国3D打印市场仍将保持40%左右的增长速度，到2018年有望突破200亿元。面对百亿级市场，珠海、青岛、武汉、成都等城市也已经开始兴建3D打印产业园，并在资金、土地、配套政策上给予支持。

　　卢秉恒表示，我国3D打印研究工作做得不错，排在世界前列，3D打印专利的数量在世界上排名第二。3D打印在某些方面的研究处于全球领先地位，北京航空航天大学教授王华明打印出飞机起落架，现在已批量列装。2001年，西安交大做个性化的下颌骨修复，直到2012年欧洲才做第一例。

　　卢秉恒同时指出，我国3D打印产业的发展距离美国仍有较大差距。比如没有形成产业链、工业环境不配套等等。此外，在一些核心技术和关键器件上，如3D打印机中的激光器，仍然对国外依赖较大。目前，我国3D打印的大部分应用仍然集中在军工领域的开发与模具制造上。而从设备数量上看，美国目前各种3D打印设备的数量占全世界40%，而中国只有8%左右。

　　未来进一步发展还面临哪些瓶颈？卢秉恒表示，3D打印技术要突破的瓶颈第一个是产业化的规模，产业化规模要上去首先要解决标准化的问题。没有标准就没法解决准入的问题，无法准入就没办法推广应用。“我们2001年突破颌面骨修复技术，成果早就很成熟，申报认证有六七年了，由于缺乏国家标准，一直没有批复下来，没有标准就不能发证，就不能大规模应用。用于航空也很难，也没有标准，无法衡量是否符合适航标准，就不能大规模应用。而这两个行业应用前景广阔。”

　　第二就是原创技术的问题，我们现在自己原创的不多，核心器件的开发不够。3D打印还有很多创新的空间，所以我们应该发扬学科交叉去发展原创技术。

　　卢秉恒表示，当前，3D打印技术正处于发展的井喷期，3D打印的数据标准可能影响到装备和应用两个方面，对此我们应该抓紧标准的研究，掌握话语权。在航空件和高端医疗器械方面，要积极研究面对3D打印个性化制造产品准入的标准，以利于新技术的应用。要加强基础研究，发展原创技术，在3D打印的新材料研发、显著提升打印件的质量和打印效率等方面实现创新；建立创新体系，为企业提供核心技术和共性技术；攻克关键核心器件，打造产业链；美国的微软、苹果和亚马逊都加入了3D打印的行业，我们要助推我国的3D打印企业做大做强，形成若干个具备国际竞争规模的企业。

[时间：2016-06-21  来源：经济参考报]