3D打印：推动第三次工业革命？

作者：暂无

来源：《上海信息化》 2013年第2期

文／丁博强

曾几何时，“生猪推进去，香肠滚出来”的工业生产线，给人们带给了强烈的心灵冲击；而如今，科技创意正继续挑战人类想象力的极限——用一台看似平常的打印机，可以打印出衣服、珠宝、汽车、飞机、房子，甚至真人？是的！以上场景不是科幻大片，而是3D打印的产业蓝图。随着3D打印概念风靡全球，这项被誉为“第三次工业革命”的数字化技术将会如何改变世界？

近年来，3D打印概念风靡全球，人们认为这项技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命，并深刻改变人类文明发展走向。

3D打印的学名是“快速成型技术”，也被称为“增材制造技术”，是一种不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状，根据零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术。这项技术的神奇之处在于其彻底颠覆了人们对传统制造业的固有思维，掀起了以“数字化”为核心的第三次工业革命浪潮。

2012年12月，我国工信部副部长苏波在公开场合表示，将推动“3D打印”产业化，并制定路线图和中长期发展战略，加大财税政策引导力度。而3D打印技术的发展前景如何？中国能否抓住这一技术变革带来的产业机遇，在工业制造领域赶超发达国家？

颠覆性技术革命

3D打印技术自诞生之日，便被人们定义为“一项颠覆传统生产方式的革命性技术”、 “继蒸汽机、电脑、互联网后最伟大的发明”。

正如英国《经济学人》所描述的：伟大发明所能带来的影响，在当时那个时代都是难以预测的。1750年的蒸汽机如此，1450年的印刷术如此，1950年的晶体管也是如此。而如今，人们仍然无法预测，3D打印在漫长的时光里将如何改变这个世界。

有未来学家预言，3D打印技术将对人类生活、学习和工作产生深远的影响。由于3D技术可自动、快速、准确地将产品设计直接转化为实物，因此将有效缩短产品研发周期、提高产品质量并缩减生产成本。以汽车产业为例，70—80%的复杂系统配件都可以通过3D打印机打印吐来，这为3D打印机的应用定义了广阔的市场。

3D打印还给设计师群体带来了巨大改变。那些比较复杂的设计，与人感觉相关的设计，在3D打印机中都能够较好地被制作出来。3D打印能够把设计十分微观的模具直接打印出来，而值得注意的是，传统工艺从设计到样品制作需要两三个月之久，但利用3D打印机，只需要两三天就可以了，这将给未来的设计产业带来颠覆性变革。实践证明，通过3D打印机设计出来的产品，已“神奇般”地得到了应用。

201 1年8月，英国南安普敦大学设计并试飞了世界上第一架“打印飞机”，飞行时速达100公里，其材质质地紧密程度超乎想象。同年9月，世界上第一辆“打印汽车”在加拿大亮相，单缸发动机制动功率8马力，最高时速可达112公里。

更出人意料的是，最新的第四代3D打印机除了能打印汽车和房子，还能打印珠宝、牙齿和血管，其对人类的影响力变得越来越大。这让人们从中解读出无限可能：2012年7月，美国宇航局声称正在研究“未来3D打印宇宙飞船”，此外还正在测试一种太空3D打印机，供宇航员在太空打印所需物品。这让人们隐隐感觉：3D打印时代即将来临。

风投抛出橄榄枝

3D打印机给人们的传统思维带来了强烈冲击，并在全球范围内井喷式增长。来自Wohlers Associates的数据称，2012年3D打印机的市场规模在17亿美元左右，到2015年该市场的规模将达到37亿美元。

在我国，3D打印产业同样发展迅猛。美国机械工程师学会理事长Marc Goldsmith指出：2010年中国占全球市场份额的6.5%，201 1年占8.6%，2012年更呈现一发不可收拾的增长态势。显而易见，3D打印技术已势不可挡地为制造业打开了一扇新的大门。

饱受追捧的3D打印热潮迅速燃烧到资本市场。2012年8月，美国两家3D打印机生产商股价大幅上扬，2012年12月，伴随工信部高层“推动3D打印产业化”表态，中国A股市场亦不甘寂寞，3D打印概念股连创新高。

目前，我国3D打印相关战略规划正在研究制定中，有望于两会后公布。而随着3D打印技术在桌面级机器领域逐渐成熟应用，2013年民用市场有望迅速崛起。有关专家预计，随着社会关注和投入程度的提高而加速发展，整个产业将迎来量的飞跃，并首先带动相关设备生产企业的发展。

相关资料显示，由于3D打印需运用到激光技术，东部沿海的一些生产激光晶体元器件的上市企业股价亦有不小涨幅。一些嗅觉敏锐的资本已陆续向这些企业抛出橄榄枝。据了解，目前国内几家风险投资基金正频频出手，进驻3D打印领域的相关企业。

业内专家指出，3D打印机的概念早在上世纪70年代就已提出，近年的突然爆发主要源于数字技术进入了桌面化时代，它与分布式制造挂靠，并与分布式能源结合，组成了第三次工业革命的两大车轮。

由于被搬到了桌上，3D打印的便捷化被越来越多的人所熟知。不妨想象一下3D打印机对制造业和物流业的颠覆性变革 人们坐在家里，通过淘宝向商家订购一个玩具，买家不用等待几天后快递来到楼下，叫自己下楼签收，而只需轻点鼠标，下载商家发来的CAD文件，直接在家中打印出来即可。

技术应用有“边界”

虽然3D打印市场潜力巨大，以3D打印为代表的数字化、智能化制造以及新型材料的应用将成为引领未来制造业趋势的突破口。但不得不承认，目前3D打印的效果并没有人们想象中那般“万能”。

目前，3D打印技术正在欧美掀起如火如茶的产业化发展热潮，但在我国仍处于初级发展阶段，尚存在不少问题。

首先，核心技术跟不上。目前3D打印机有诸多技术上的问题没有解决，最明显的是材料局限性。以粉末材料为例，目前能加工成零件的主要为塑料、树脂、陶瓷、金属等，品种较为有限，其中陶瓷、金属加工所需的温度非常高，技术并不成熟。

最为关键的是，当前不同材料不能混在一起打，只能一次“打印”一种材料。换言之，现有的3D打印技术只能生产由一种材料组成的零件，再组装成成品，距离一次性生产汽车、飞机的设想，还有相当一段距离。

此外，3D打印机最核心的部件是喷嘴。目前喷嘴有几种：用胶漆喷的、铺粉后再用激光融化后进行打印的（后者做金属类的东西）、金属和非金属兼容的。后者一般要同时用到两个喷头，目前国内还没有此类技术，即便在国外，也无法轻易解决。

技术上的屏障，使3D打印机性能有待进一步提升。由于3D打印机采用层层叠加工艺，层和层之间的粘结再紧密，也无法和传统模具整体浇铸的零件相媲美；同时，每一层的厚度再薄，也是一层一个坎，外表面仍需打磨才能满足精度要求。

相比海外，国产机在高端品种上更是存在差距。譬如国产打印机喷出的“丝”不如国外干净，材料不够光滑，打印出来的产品看上去就没那么漂亮。

所以综上所述，3D打印机可以做很多事情，但并非无所不能。当前网络上有很多针对新技术的描述，也有很多异想天开的构想，但产业界需要注意的是：不能盲目地向公众作不负责任的承诺，譬如当前技术可以打印很多汽车零件，但不能打印出一整辆车；可以打印许多人体器官，但不是所有；受伤的士兵可以借助3D技术恢复得更好，但无法在数小时内痊愈……

此外，3D打印带来的困惑，除了“能不能”做之外，还有“该不该”做。当手枪被证实可以打印后，有家网站向全球所有3D打印商发问：如果我要求打印枪支零件，你是否会接单？此类原则伦理问题，尚有待市场论证。

最后一公里

3D打印不仅与制造业相关，也与普通人越走越近。许多人希望拥有个人特质明显的商品，欧美一些提供3D打印业务的网店广受追捧。日本一家公司推出了“Baby复原服务”：只需提供婴儿在母亲肚子里的X光照片，便可打印出一个“肚子里的婴儿”模型作为纪念。

但在产业界人士看来，3D打印在医疗领域更能大显身手。譬如在连体婴儿分离手术之前，可通过X光扫描后打印婴儿模型，连体器官一目了然；罕见的心脏疾病外科手术前，可扫描病人心脏并打印出来，针对病源进行诊断，从而提高手术成功率。

值得注意的是，价格因素是3D打印机发展的瓶颈。目前市场上3D打印机价格差距悬殊，低端家用型机器价格低至数千元，高端机价格则高达数百万元。

不仅如此，打印所需原料价格同样差距甚大。低端原料国内已能自产，价格比较便宜，但高端原料只能从国外进口，价格昂贵，成本高启，导致成品价格居高不下。以飞机零件为例，打印这类部件的金属粉末原料，一公斤售价8万元，一枚零件“3D打印”出来后至少卖到2万元，价格之高令人乍舌。

当前，虽然3D打印能够打印出各种新奇设计，但无法应用于工业化大批量生产。如果新研发一种新产品，单件小批量生产，3D打印肯定比传统开模生产要快。但如果进入批量生产阶段，3D打印显然还不适合。这点与普通打印如出一辙一打印几张纸很快，如果印书，还是到印刷厂制版印刷效率更高。

也正因此，前几代3D打印只能打印纸质、塑料模型，打印时间长，打印成本高，打印过程中还会产生污染，不够环保。但随着各类科研攻关、新技术涌现，国内已出现不少3D打印机生产商，在上海、杭州等城市陆续尝试创新发展。

企业需练“内功”

作为3D打印行业先驱，Materialise公司一直在3D打印技术领域处于先进位置，现在，该公司已成为世界上最先进的3D打印技术研发公司之一。

走进Materialise公司机房，20多台大型打印机嗡嗡作响，有些物件刚开始喷涂底座，有的则已初显形状。这些大多是客户定制的模型，说不准很快将成为产品问世。因为打印过程全部由电脑程序控制，这些机器只需两个人即可实时监控。

3D打印是否会带来第三次工业革命7业界至今难下定论。但潜在的商机已经让一些企业行动起来。诸多中国企业研制自己的打印机，也有人提供打印服务，但专门从事材料和软件研发的企业可谓凤毛麟角。

中国企业在急切想跑赢这场技术竞赛的同时，应专注于做出高质量的产品，这不仅要求有顶尖的设备，还需有相应的材料科技、软件研发以及出色的设计，诸多要素缺一不可。劣质产品只会让人觉得3D打印是美丽泡沫。

随着3D打印在中国市场迅速发展，不少专家也隐隐担忧：核心技术掌握在外国企业手中，中国3D打印的出路在哪里？目前，最理想的方式是利用该领域的开源趋势，把国外的图纸、控制器引进到国内，使我国企业与国际公司站在同一起跑线。那么即便未来行业由开放走向封闭，我们还可根据之前的积累继续发展。当然，要想真正解决技术难题，需要投入大量的时间和精力，需要政府持续进行支持。否则，核心技术的缺失将导致3D打印的未来发展难以为继。在这方面，前几年新能源产业由朝阳产业迅速沦落的经历，或已为人们敲响警钟。