近年來(lái)，以3D打印技術(shù)為代表的數字化制造模式在全球持續升溫、熱潮頻襲。3D打印與傳統制造方式不同的特性及其理論上“無(wú)孔不入”的打印可能，觸動(dòng)了科技界、產(chǎn)業(yè)界的敏感神經(jīng)。

  然而，3D打印技術(shù)是否真如設想中那么美好？我國與世界先進(jìn)水平有多大差距？產(chǎn)業(yè)前景又在哪里？  

  市場(chǎng)應用領(lǐng)域有限

   3D打印上世紀80年代誕生于美國，學(xué)名是“增材制造”，是將材料一次性熔聚成型的制造方式，與傳統對原材料進(jìn)行切削等“減材制造”方法相反。

  “與蓋樓過(guò)程一樣，3D打印也是從地基建起，通過(guò)打印材料的層層疊加，最終形成一個(gè)完整的立體物品。”華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授史玉升說(shuō)，理論上，塑料、金屬、陶瓷、沙子等材料做成粉狀物后都可以用作3D打印的“墨水”。

  新產(chǎn)品在實(shí)際制造成型后可能與原設計有出入，因此量產(chǎn)前常常需要樣品驗證，3D打印正好發(fā)揮了其在單件或小批量生產(chǎn)上的優(yōu)勢。另外，3D打印在高端尤其是復雜零件加工上有較大潛力。傳統制造方法需要經(jīng)過(guò)開(kāi)模具、鑄造或鍛造以及精加工，費時(shí)費料。而3D打印的一次成型技術(shù)能夠打印出設計好的復雜結構，節約了材料，降低了零部件的研制周期和成本。

  “有一家鑄造企業(yè)用選擇性激光燒結3D打印機，將復雜鑄件的交貨期由傳統的3個(gè)月縮短到了10天左右，”史玉升舉例說(shuō)，“還有某發(fā)動(dòng)機制造商采用這種設備，把大型六缸柴油發(fā)動(dòng)機缸蓋砂芯的研制周期由過(guò)去的5個(gè)月縮短至1周左右。”

  速度快、省材料、能輕松應對結構復雜的產(chǎn)品……既然身兼種種特長(cháng)，3D打印技術(shù)已誕生30多年，為什么一直沒(méi)發(fā)展起來(lái)？

  中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書(shū)長(cháng)羅軍認為，關(guān)鍵在于3D打印技術(shù)對傳統制造技術(shù)的替代作用不強。雖然在部分產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)和模具生產(chǎn)上頗有優(yōu)勢，但在大批量生產(chǎn)上，3D打印的速度和成本都比不過(guò)傳統制造方式。打印材料品種的單一和昂貴的成本，使其局限于對價(jià)格敏感度不高的產(chǎn)品，市場(chǎng)應用領(lǐng)域有限。

  “3D打印技術(shù)只是傳統制造業(yè)的補充。”史玉升表示。羅軍也認為，3D打印技術(shù)是擅長(cháng)解決個(gè)性化、復雜化、高難度問(wèn)題的生產(chǎn)技術(shù)，而傳統制造業(yè)擅長(cháng)批量化、規?；途婊纳a(chǎn)，兩者是互補關(guān)系，“不是誰(shuí)替代誰(shuí)的問(wèn)題”。

  在羅軍看來(lái)，3D打印技術(shù)沒(méi)得到大發(fā)展的另一個(gè)原因在于，國內3D打印行業(yè)“小而散”的局面影響了產(chǎn)業(yè)的推廣。因此，去年10月成立了由國內40多家從事3D打印的企業(yè)和科研單位組成的中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，希望通過(guò)聯(lián)盟形成合力，以行業(yè)“抱團”發(fā)展模式逐步打開(kāi)市場(chǎng)。

  活體組織打印是未來(lái)重要方向

  發(fā)展3D打印技術(shù)，中國其實(shí)起步并不晚。這方面的研究在上世紀80年代末就已開(kāi)始，研究力量集中在西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)和清華大學(xué)等高校。

  目前，這3所高校仍是我國3D打印技術(shù)的研究重地，其中西安交通大學(xué)側重研究光固化技術(shù)，華中科技大學(xué)的優(yōu)勢在于激光粉末燒結技術(shù)，而清華大學(xué)則側重塑料堆積技術(shù)。

  史玉升表示，我國生產(chǎn)的3D打印機裝備功能已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平，兩者的差距主要體現在裝備的可靠性和材料研發(fā)上。“部分3D打印機的關(guān)鍵器件需從國外進(jìn)口，而用國產(chǎn)零件生產(chǎn)的打印機穩定性不夠。”此外，我國在材料質(zhì)量和品種上遠不如美國、德國豐富，許多研發(fā)的實(shí)驗材料也需要進(jìn)口。

  “更大的差距體現在應用上。” 史玉升表示，在國外，3D打印技術(shù)已經(jīng)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生物醫療、航空航天、影視教育創(chuàng )意等方面有較多應用，而我國還主要局限于模具打印、文化創(chuàng )意產(chǎn)品等少數領(lǐng)域。

  此外，在西方國家，3D打印技術(shù)還可以打印出個(gè)性化的假牙、假肢，在醫療健康領(lǐng)域已經(jīng)取得成效。“未來(lái)3D打印技術(shù)一個(gè)前沿方向是研究如何打印‘活’的人體‘零件’。”史玉升說(shuō)，只要能找出與人體相容的材料，打印出網(wǎng)狀物，再把人體的細胞放上去培養，就能制造出真正的人體組織。

  不過(guò)，當前打印人體器官還只是一種科學(xué)愿景，有賴(lài)于打印材料和技術(shù)上的突破，并需要開(kāi)展生物、醫學(xué)、計算機等多學(xué)科交叉研究。

  雖然還有不小差距，但3D打印技術(shù)已經(jīng)算是我國制造業(yè)與國外先進(jìn)水平差距很小的技術(shù)之一，部分領(lǐng)域幾乎同步，在某些方面還具有自身特色和一定的優(yōu)勢。北京航空航天大學(xué)教授王華明曾打印出世界上最大的鈦合金復雜構件，產(chǎn)品整體性能遠超鍛件。

  史玉升表示，中國要從制造業(yè)大國走向制造業(yè)強國，依靠當前加工型的、技術(shù)含量低的生產(chǎn)手段難有根本改觀(guān)，國家應加強對3D打印技術(shù)研究的支持。

  據了解，我國已于去年年底啟動(dòng)了中國工程院增材制造咨詢(xún)項目，為未來(lái)中國3D打印技術(shù)發(fā)展獻計獻策。

  工業(yè)級打印將成主要市場(chǎng)

  “現在只是3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化初級階段，未來(lái)3-5年將是3D打印技術(shù)最為關(guān)鍵的發(fā)展機遇期。”羅軍表示。

  羅軍估計，中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立后，國內3D打印行業(yè)統一了“抱團”發(fā)展的思想，未來(lái)3年內有望達到百億元產(chǎn)值。而市場(chǎng)缺口打開(kāi)后，國內3D打印技術(shù)市場(chǎng)規模將保持至少一倍以上的增長(cháng)速度，有望成為世界3D打印的中心。

  美國沃勒斯合伙公司不久前發(fā)布的最新報告顯示，2012年3D打印全球市場(chǎng)規模為22億美元，同比增長(cháng)29%；3D打印機的銷(xiāo)售量同比上升了25%，其中38%產(chǎn)自美國，8.5%產(chǎn)自中國。

  報告還顯示，低端、愛(ài)好者級別的3D打印機銷(xiāo)售增速明顯放緩，工業(yè)級3D打印份額擴大，制造商開(kāi)始使用3D打印技術(shù)直接生產(chǎn)成品零件。

  低端、愛(ài)好者級別的3D打印機常被稱(chēng)為“桌面級3D打印機”，在美國售價(jià)通常在5000美元以下，可以用來(lái)打印文化創(chuàng )意小產(chǎn)品，缺點(diǎn)是精度不高。沃勒斯合伙公司主席兼首席顧問(wèn)特里•沃勒斯解釋?zhuān)糠钟脩?hù)因為好奇嘗試購買(mǎi)桌面級別的3D打印機，但現在這一市場(chǎng)已經(jīng)逐漸接近飽和，3D打印行業(yè)的未來(lái)在工業(yè)級市場(chǎng)。目前美國有上百家桌面級3D打印機生產(chǎn)企業(yè)，未來(lái)均可能面臨倒閉的危險。由于3D打印使用的塑料和金屬材料都很昂貴，產(chǎn)品精度也有限，他并不看好文化創(chuàng )意產(chǎn)品服務(wù)這一商業(yè)模式。

  英國增材制造聯(lián)盟主席格瑞漢姆•卓曼表示，能推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的是工業(yè)級應用，而中國以中心工業(yè)城市集聚帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)、依靠政府支持是目前比較好的一種發(fā)展途徑，有利于工業(yè)級3D打印技術(shù)的發(fā)展和應用推廣。

  而羅軍認為，3D打印技術(shù)要得到社會(huì )和用戶(hù)的認可，就不能夠光停留在工業(yè)級的高技術(shù)含量的領(lǐng)域。“哪怕一個(gè)3D打印照相館、一間提供定制服務(wù)的工作室，也是對3D打印技術(shù)很好的推廣。”羅軍說(shuō)，讓公眾真正了解3D打印技術(shù)，能為其今后大規模的應用提供基礎。