3D打印入選863計劃：解析中國3D打印產(chǎn)業(yè)化

　　科技部近日公布《國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)、國家科技支撐計劃制造領(lǐng)域2014年度備選項目征集指南》，備受關(guān)注的3D打印產(chǎn)業(yè)首次入選。這體現(xiàn)出國家層面的重視程度，國內(nèi)的3D打印產(chǎn)業(yè)將迎來快速發(fā)展期。

　　《指南》中提到，要突破3D打印制造技術(shù)中的核心關(guān)鍵技術(shù)，研制重點裝備產(chǎn)品，并在相關(guān)領(lǐng)域開展驗證，初步具備開展全面推廣應(yīng)用的技術(shù)、裝備和產(chǎn)業(yè)化條件。設(shè)航空航天大型零件激光熔化成型裝備研制及應(yīng)用、面向復(fù)雜零部件模具制造的大型激光燒結(jié)成型裝備研制及應(yīng)用、面向材料結(jié)構(gòu)一體化復(fù)雜零部件高溫高壓擴散連接設(shè)備研制與應(yīng)用、基于3D打印制造技術(shù)的家電行業(yè)個性化定制關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用示范4個研究方向，共撥付不超過4000萬研究資金。

　　3D打印技術(shù)經(jīng)過20余年的發(fā)展，在全球范圍內(nèi)已形成一個規(guī)模16.8億美元的新興產(chǎn)業(yè)，并以年均20%-30%的速度高速成長。如今，3D打印技術(shù)入選863計劃，特別是國家撥款經(jīng)費支持產(chǎn)業(yè)的研究和發(fā)展，體現(xiàn)了國家對3D打印的重視程度。3D打印是一場制造技術(shù)的革命，是中國制造業(yè)升級的重要一環(huán)。

　　中國3D打印產(chǎn)業(yè)化分析及發(fā)展的意義

　　近期，英國《經(jīng)濟學(xué)人》雜志在《第三次工業(yè)革命》一文中，將3D打印技術(shù)作為第三次工業(yè)革命的重要標志之一，引發(fā)了世人對3D打印的關(guān)注。作為新生事物，3D打印究竟是什么含義?發(fā)展3D打印的意義又何在?

　　3D打印(3Dprinting)是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項新興技術(shù)，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。3D打印機依托多個學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，在航空航天、汽車摩托車、家電、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了一定應(yīng)用，發(fā)展前景廣泛。運用該技術(shù)進行生產(chǎn)的主要流程是：應(yīng)用計算機軟件，設(shè)計出立體的加工樣式，然后通過特定的成型設(shè)備(俗稱“3D打印機”)，用液化、粉末化、絲化的固體材料逐層“打印”出產(chǎn)品。

　　3D打印是“增材制造”(AdditiveManufacturing)的主要實現(xiàn)形式。“增材制造”的理念區(qū)別于傳統(tǒng)的“去除型”制造。傳統(tǒng)數(shù)控制造一般是在原材料基礎(chǔ)上，使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法，去除多余部分，得到零部件，再以拼裝、焊接等方法組合成最終產(chǎn)品。而“增材制造”與之截然不同，無需原胚和模具，就能直接根據(jù)計算機圖形數(shù)據(jù)，通過增加材料的方法生成任何形狀的物體，簡化產(chǎn)品的制造程序，縮短產(chǎn)品的研制周期，提高效率并降低成本。

　　主要材料和關(guān)鍵配件是原材料(粉末、樹脂、線材等)，激光發(fā)生器，控制系統(tǒng)，這三部分是附加值最高的，國內(nèi)做的3D打印，更多的是在做組裝機器和成型軟件，用量較大的粉末材料，這可以顛覆傳統(tǒng)的鑄造、機械加工;國外的主要廠商是3DSystem，STRATASYS，eos，他們是全產(chǎn)業(yè)鏈，玩轉(zhuǎn)的基因是全產(chǎn)業(yè)鏈通。

　　中美差異在于，中國的市場潛力巨大，世界第一，但是創(chuàng)新和科技實力弱，材料、信息技術(shù)、理念這些不利于3D打印的上游技術(shù)發(fā)展。3D打印發(fā)展，工業(yè)、消費品并重，短期來看，工業(yè)市場更吸引人。3D打印工藝眾多，產(chǎn)成品率按照材料和質(zhì)量要求不同而不同，3D打印與傳統(tǒng)制造的比較更多應(yīng)在效率、復(fù)雜、難度上面。

　　目前3D打印工業(yè)機的價格在30萬美元-150萬美元，而國內(nèi)的機床價格普遍在10萬美元以下，3D打印機是機器，這個產(chǎn)業(yè)要替代傳統(tǒng)需要等到鋼材價格、人工成本、能源價格大幅上漲，信息化社會形成的時候才可以談競爭;目前來講，醫(yī)療、教育、航空航天、軍工、汽車等應(yīng)用發(fā)展趨勢較好。

　　一些中小企業(yè)成為國外3D打印設(shè)備的代理商，經(jīng)銷全套打印設(shè)備、成型軟件和特種材料。還有一些中小企業(yè)購買了國內(nèi)外各類3D打印設(shè)備，專門為相關(guān)企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)提供服務(wù)。其中，廣東省工業(yè)設(shè)計中心、杭州先臨快速成型技術(shù)有限公司等企業(yè)，設(shè)立了3D打印服務(wù)中心，發(fā)揮科技人才密集的優(yōu)勢，向國內(nèi)外客戶提供服務(wù)，取得了良好的經(jīng)濟效益。

　　目前，我國已有部分技術(shù)處于世界先進水平。其中，激光直接加工金屬技術(shù)發(fā)展較快，已基本滿足特種零部件的機械性能要求，率先應(yīng)用于航天、航空裝備制造;同時，生物細胞3D打印技術(shù)取得顯著進展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尖端科學(xué)研究提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

　　專家方面，清華大學(xué)的顏永年，華科大的史玉升，西交大的盧秉恒，北航的王華明，湖南華曙的許小曙，技術(shù)不一樣，排名沒有價值。目前王華明、顏永年參與了上市公司產(chǎn)業(yè)化，華科大曾經(jīng)有深圳創(chuàng)投介入，西交大資本化較弱。

　　從國內(nèi)整個產(chǎn)業(yè)鏈來講，技術(shù)基本是看了國外的，在國內(nèi)高校研發(fā)，進行產(chǎn)業(yè)化，SLMSLSSLAFDM技術(shù)在國外都有競爭力，但是材料、激光器需要進口，利潤較薄，高端機器和材料上還是國外壟斷，國內(nèi)市場在全球份額在8-10%。

　　一、3D打印需要依托多個學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，至少包括以下方面：

　　信息技術(shù)：要有先進的設(shè)計軟件及數(shù)字化工具，輔助設(shè)計人員制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，并且根據(jù)模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向。

　　精密機械：3D打印以“每層的疊加”為加工方式。要生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品，必須對打印設(shè)備的精準程度、穩(wěn)定性有較高的要求。

　　材料科學(xué)：用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結(jié)合起來，并具有合格的物理、化學(xué)性質(zhì)。

　　二、3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域：

　　1.工業(yè)制造：產(chǎn)品概念設(shè)計、原型制作、產(chǎn)品評審、功能驗證;制作模具原型或直接打印模具，直接打印產(chǎn)品。3D打印的小型無人飛機、小型汽車等概念產(chǎn)品已問世。3D打印的家用器具模型，也被用于企業(yè)的宣傳、營銷活動中。

　　2.文化創(chuàng)意和數(shù)碼娛樂：形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊的藝術(shù)表達載體?？苹妙愲娪啊栋⒎策_》運用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工藝的水平。

　　3.航空航天、國防軍工：復(fù)雜形狀、尺寸微細、特殊性能的零部件、機構(gòu)的直接制造。

　　4.生物醫(yī)療：人造骨骼、牙齒、助聽器、假肢等。

　　5.消費品：珠寶、服飾、鞋類、玩具、創(chuàng)意DIY作品的設(shè)計和制造。

　　6.建筑工程：建筑模型風(fēng)動試驗和效果展示，建筑工程和施工(AEC)模擬。

　　7.教育：模型驗證科學(xué)假設(shè)，用于不同學(xué)科實驗、教學(xué)。在北美的一些中學(xué)、普通高校和軍事院校，3D打印機已經(jīng)被用于教學(xué)和科研。

　　8.個性化定制：基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)下載、電子商務(wù)的個性化打印定制服務(wù)。國內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及問題

　　三、3D打印機雖然發(fā)展迅速，但仍面臨一系列問題：

　　1.缺乏宏觀規(guī)劃和引導(dǎo)

　　3D打印產(chǎn)業(yè)上游包括材料技術(shù)、控制技術(shù)、光機電技術(shù)、軟件技術(shù)，中游是立足于信息技術(shù)的數(shù)字化平臺，下游涉及國防科工、航空航天、汽車摩配、家電電子、醫(yī)療衛(wèi)生、文化創(chuàng)意等行業(yè)，其發(fā)展將會深刻影響先進制造業(yè)、工業(yè)設(shè)計業(yè)、生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)、文化創(chuàng)意業(yè)、電子商務(wù)業(yè)及制造業(yè)信息化工程。但在我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級、發(fā)展智能制造業(yè)的相關(guān)規(guī)劃中，此前對3D打印這一交叉學(xué)科的技術(shù)總體規(guī)劃與重視不夠。如今，將3D打印技術(shù)列入863計劃中，這種情況將逐步改善。

　　2.企業(yè)對技術(shù)研發(fā)投入不足

　　我國雖已有幾家企業(yè)能自主制造3D打印設(shè)備，但企業(yè)規(guī)模普遍較小，研發(fā)力量不足。在加工流程穩(wěn)定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術(shù)等諸多具體環(huán)節(jié)，存在較大缺陷，難以完全滿足產(chǎn)品制造的需求。

　　而占據(jù)3D打印產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)地位的美國3Dsystems、stratasys等公司，每年都投入1000多萬美元研發(fā)新技術(shù)，研發(fā)投入占銷售收入的10%左右。兩家公司不僅研發(fā)設(shè)備、材料和軟件，而且以簽約開發(fā)、直接購買等方式，獲得大量來自企業(yè)外部的相關(guān)細分技術(shù)、專利，已掌握一批關(guān)鍵核心技術(shù)。

　　3.產(chǎn)業(yè)鏈缺乏統(tǒng)籌發(fā)展

　　3D打印行業(yè)的發(fā)展需要完善的供應(yīng)商和服務(wù)商體系、市場平臺。供應(yīng)商和服務(wù)商體系中，包含工業(yè)設(shè)計機構(gòu)、3D數(shù)字化技術(shù)提供商、3D打印機及耗材提供商、3D打印設(shè)備經(jīng)銷商、3D打印服務(wù)商。市場平臺包含第三方檢測驗證支持、金融支持、電子商務(wù)、知識產(chǎn)權(quán)保護等支持。而目前國內(nèi)的3D打印企業(yè)還處于“單打獨斗”的初步發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)整合度較低，主導(dǎo)的技術(shù)標準、開發(fā)平臺尚未確立，技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用還處于無序狀態(tài)。

　　4.缺乏教育培訓(xùn)和社會推廣

　　目前，企業(yè)購置3D打印設(shè)備的數(shù)量非常有限，應(yīng)用范圍狹窄。在機械、材料、信息技術(shù)等工程學(xué)科的教學(xué)課程體系中，缺乏與3D打印相關(guān)的必修環(huán)節(jié)，3D打印停留在部分學(xué)生的課外興趣研究層面。

　　四、我國發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)的重要戰(zhàn)略意義：

　　發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以在提升我國工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平的同時有助于攻克技術(shù)難關(guān)，并且易形成新的經(jīng)濟增長點，促進就業(yè)。

　　當前，全球正在興起新一輪數(shù)字化制造浪潮。發(fā)達國家面對近年來制造業(yè)競爭力的下降，大力倡導(dǎo)“再工業(yè)化、再制造化”戰(zhàn)略，提出智能機器人、人工智能、3D打印是實現(xiàn)數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)，并希望通過這三大數(shù)字化制造技術(shù)的突破，鞏固和提升制造業(yè)的主導(dǎo)權(quán)，加快3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動我國由“工業(yè)大國”向“工業(yè)強國”的轉(zhuǎn)變。

　　發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以提升我國工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平，提高工業(yè)設(shè)計能力

　　傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)方法，往往是先開磨具，然后再做出樣品，而運用3D打印技術(shù)，無需開磨具，可以把制造時間降低為以前的1/10到1/5，費用降低到1/3以下。一些好的設(shè)計理念，無論其結(jié)構(gòu)和工藝多么復(fù)雜，均可利用3D打印技術(shù)，短時間內(nèi)制造出來，從而極大地促進了產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計，有效克服我國工業(yè)設(shè)計能力薄弱的問題。

　　發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以生產(chǎn)出復(fù)雜、特殊、個性化產(chǎn)品，有助于攻克技術(shù)難關(guān)

　　3D打印可以為基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)的研究提供重要的技術(shù)支持。在航天、航空、大型武器等裝備制造業(yè)，零部件種類多、性能要求高，需要進行反復(fù)測試。運用3D打印，除了在研制速度上具有優(yōu)勢外，還可以直接加工出特殊、復(fù)雜的形狀，簡化裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計，化解技術(shù)難題，實現(xiàn)關(guān)鍵性能的趕超。

　　發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以形成新的經(jīng)濟增長點，促進就業(yè)

　　隨著3D打印的普及，“大批量的個性化定制”將成為重要的生產(chǎn)模式。3D打印與現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的緊密結(jié)合，將衍生出新的細分產(chǎn)業(yè)、新的商業(yè)模式，創(chuàng)造出新的經(jīng)濟增長點。

　　如自主創(chuàng)業(yè)者可以通過購置或者租賃低成本的3D打印設(shè)備(一些3D打印設(shè)備已低于1萬元)，利用電子商務(wù)等平臺提供服務(wù)，為大量消費者定制生活用品、文體器具、工藝裝飾品等各類中小產(chǎn)品，激發(fā)個性化需求，形成一個數(shù)百億甚至數(shù)千億元規(guī)模的文化創(chuàng)意制造產(chǎn)業(yè)，并增加社會就業(yè)。

　　五、支持我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策建議：

　　采取財稅金融政策上積極支持、積極引導(dǎo)建立行業(yè)協(xié)會，鼓勵研發(fā)，加強教育培訓(xùn)等措施，進一步促進3D打印社會化推廣。

　　制定數(shù)字化制造規(guī)劃，促進3D產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)展

　　建議將3D打印技術(shù)定位為生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)、文化創(chuàng)意、工業(yè)設(shè)計、先進制造、電子商務(wù)及制造業(yè)信息化工程的關(guān)鍵技術(shù)和共性技術(shù)，將該產(chǎn)業(yè)納入優(yōu)先發(fā)展產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品目錄。在財稅金融政策上，鼓勵企業(yè)投資、研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用3D打印，支持3D打印設(shè)備的進出口。

　　加強產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、行業(yè)協(xié)會建設(shè)，推動3D產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展

　　積極引導(dǎo)工業(yè)設(shè)計企業(yè)、3D數(shù)字化技術(shù)提供商、3D打印機及材料研發(fā)企業(yè)和機構(gòu)、3D打印服務(wù)應(yīng)用提供商組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，利用有關(guān)學(xué)會、協(xié)會的平臺加強研討和交流，共同推動3D打印技術(shù)研發(fā)和行業(yè)標準制定。促進3D打印技術(shù)發(fā)展的市場平臺建設(shè)，包括3D打印電子商務(wù)平臺、3D打印數(shù)據(jù)安全和產(chǎn)權(quán)保護機制、3D打印及周邊項目投融資機制等，促進產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

　　加大科技扶持力度，提升3D打印技術(shù)水平

　　設(shè)立專項基金，重點推進數(shù)字化技術(shù)、軟件控制、打印裝置、材料技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。在研發(fā)扶持中，要注意建立公平、公正的研發(fā)績效評估體系，鼓勵各研發(fā)主體探索不同的技術(shù)路徑。加強對3D打印產(chǎn)學(xué)研合作的支持，特別對實施產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)在市場銷售、社會推廣上給予政策支持。

　　加強教育培訓(xùn)，促進3D打印社會化推廣

　　將3D打印技術(shù)納入相關(guān)學(xué)科建設(shè)體系，培養(yǎng)3D打印技術(shù)人才。依靠行業(yè)協(xié)會、博覽會、論壇等組織形式進行3D打印技術(shù)和周邊應(yīng)用的培訓(xùn)。在科技館、文化藝術(shù)中心、青少年活動中心等公共機構(gòu)進行3D打印技術(shù)的展示、宣傳和推廣。發(fā)展3D打印服務(wù)中心，推廣3D打印技術(shù)應(yīng)用，為發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)積累應(yīng)用經(jīng)驗。