最近几年,3D打印的曝(pù)光度越来越(yuè)高,3D打印房屋、3D打印(yìn)汽车等3D打印产品的横空出现,不(bú)仅(jǐn)引起民众的广泛关注,更是使得3D打印成为(wéi)投资(zī)资金的新宠,银邦股份、中航(háng)重机、华中数控(kòng)等3D打印概念(niàn)股表现大好(hǎo)。实际上,3D打印并非新鲜事物,早在(zài)20世纪80年(nián)代就有专门的研(yán)究机(jī)构和(hé)企业从事3D打印设备(bèi)、材料、产(chǎn)品的研发与生产制造。经过几十年的发展,3D打印已在工业造型(xíng)、机(jī)械制(zhì)造、军事、建(jiàn)筑、影视、家电轻工、医(yī)学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等(děng)领(lǐng)域(yù)取得技术突破并得到(dào)初(chū)步(bù)应用。虽然目前全球3D打(dǎ)印市场份额(é)只占整个制(zhì)造业(yè)的0.02%,但是(shì)随着3D打(dǎ)印技术和材料的发展,其应用(yòng)领(lǐng)域必将不断拓展,应用(yòng)规模将不断扩大(dà)。2012年,全球3D打印设备市场规模为22.04亿美元(yuán),同比(bǐ)增长28.6%,预计到2017年(nián)将达(dá)到50亿美元,到2020年将(jiāng)达到108亿(yì)美元。
工(gōng)业4.0背(bèi)景下3D打印必(bì)受政策热捧
3D打(dǎ)印技术完美(měi)地(dì)契合了工(gōng)业(yè)4.0制造智能化(huà)、资(zī)源(yuán)效率化和产品人(rén)性化的(de)理念,因此成为广(guǎng)大国家(jiā)发(fā)展(zhǎn)的重点。2012年,奥巴马针对美(měi)国制造(zào)业(yè)提出(chū)了(le)一系列发展(zhǎn)方案(àn),将3D打(dǎ)印列为11项重要技术之一,并联合研发机(jī)构、高等院校、制造(zào)商(shāng),建立了国家3D打印研究所。3D打印是一(yī)场制造技术的(de)革命,对中国制造业升(shēng)级至关重要。我国从20世纪90年代起(qǐ)研发3D打印技术,目前,清(qīng)华大(dà)学(xué)、北京航空航天(tiān)大学、西安交通大学(xué)、华中科技(jì)大学(xué)、北京(jīng)隆源公(gōng)司等研(yán)究机(jī)构与企业,已经在3D打印设备和材(cái)料(liào)领(lǐng)域取(qǔ)得一定研究成(chéng)果(guǒ)。2012年10月,中国3D打印(yìn)技术(shù)产(chǎn)业联盟(méng)成立,2013年,中国3D打印技术产业创新中(zhōng)心(xīn)(南京、潍坊、珠海)相继成立。2013年,3D打印入选国家“863”计划,国家将提供4000万人民币作(zuò)为研究(jiū)基金来(lái)支持(chí)3D打印核心技术的发展,北京将投(tóu)入15亿人民(mín)币(bì)支(zhī)持3D打印(yìn)技术。2015年2月,工信部下发《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》,对(duì)3D产业的发展(zhǎn)做出了整体计(jì)划(huá),未来相关产业政策的出台在预料之中。
定制化生产制造是3D打印主要发展(zhǎn)方向
基于(yú)3D打印低(dī)成本定制(zhì)化(huà)的优势,航空工业、生物医(yī)学(xué)和个人消费是其最具(jù)潜力的应用领域(yù)。“十(shí)三五(wǔ)”期间,我国3D打印将率(lǜ)先(xiān)在航空工业领域获得广泛应用。2013年1月(yuè),“飞机钛合金大(dà)型复(fù)杂整体构(gòu)件激光成形技术”获国家技术发明奖一等(děng)奖,我国成为世界上(shàng)第二(èr)个掌握飞机钛合金结(jié)构件激(jī)光(guāng)快速成形及(jí)技(jì)术的国家、世界上唯一掌握激光成形钛(tài)合金大(dà)型主承力构件制造且付诸(zhū)实用的国家,航空部门(mén)和汽车制造等工业领域是(shì)该(gāi)类(lèi)3D打印技术最能发挥优势的领域(yù),未来几年其应用将步入快速成长期(qī)。
3D打印在生(shēng)物医(yī)学(xué)领域的应用初步显现,目前正(zhèng)在(zài)探索(suǒ)的应用主要有假(jiǎ)牙和假肢,当3D打印技术与医学影像建模(mó)、仿真技术结合之后,还能(néng)够(gòu)在(zài)人工(gōng)假体、植入体、人工组织器官的制造方面得到广泛应用。随着打印设备和打印材料技术的进一步突破、成(chéng)本的进一步下降,3D打印(yìn)在(zài)个人消费(fèi)领域(yù)(食品、艺术品、个性(xìng)化物品等)也将得到(dào)进一步发展。“十三五(wǔ)”期间,3D打印(yìn)将(jiāng)深刻影响制造企业(yè)的生产方式,引(yǐn)领制造业从标准化和精益化生产步入定制(zhì)化(huà)生产。经过(guò)“十三五”的夯实发展,到(dào)“十四五(wǔ)”期间(jiān),借助网(wǎng)络(luò)和信息技术,我国(guó)有望初(chū)步形成以“个体(tǐ)创意+社区共建(jiàn)+云制造”为(wéi)代(dài)表的(de)新的(de)制造(zào)业模(mó)式。
3D打印产业化发展(zhǎn)尚需突破四大瓶颈
从中长期看来,3D打(dǎ)印产业具(jù)有较为广阔(kuò)的发(fā)展(zhǎn)前景,但(dàn)目前产(chǎn)业距离成熟阶段尚有较(jiào)大距离(lí),理想很丰满,现实(shí)很骨感(gǎn),短期内对于(yú)3D打印(yìn)的发展不宜过分高估。3D打(dǎ)印欲(yù)实(shí)现产业化发展,需要突破技术成本(běn)、打印(yìn)材料、产(chǎn)品质量、社会风(fēng)险等四大瓶(píng)颈。技术成本方面,以3D打印机为例,其(qí)造价(jià)昂(áng)贵,大多桌面级3D打印机售价2万元人民币左右(yòu),国内的仿制品价格可(kě)以低到6000元以(yǐ)下,但质量难以保证。打印材(cái)料方面(miàn),3D打印(yìn)材料多(duō)采用化学聚合物,选择的局限性较(jiào)大,成(chéng)型品的物理特性较差,而且安(ān)全(quán)方面也(yě)存在隐(yǐn)患,另外材料(liào)的价格也偏(piān)高,亟需(xū)丰(fēng)富材料(liào)品种、降低材料价格。产品(pǐn)质量方面(miàn),许多3D打印产品精度还不(bú)尽(jìn)人意,打(dǎ)印效率还远不适应产(chǎn)业化需(xū)求,而且受工(gōng)作(zuò)原(yuán)理的限制,打印精度(dù)与速度之(zhī)间存在严重冲突。社会风险方面(miàn),3D打(dǎ)印的技术优势使得假(jiǎ)冒、仿造变得更加容易,不(bú)在知识产权等方面(miàn)提前做好应对,3D打印技术的泛滥将(jiāng)会带(dài)来严(yán)重的社会风险。