中国3D打印产业的现状及发展思路

　　近期，英国《经济学人》杂志在《第三次工业》一文中，将3D 印技术作为第三次工业的重要标志之一，引发了世人的关注。作为新生事物，什么是技术？它与传统产品开发和生产制造有什么区别？发展的意义何在？我国发展现状如何？下一步应如何发展？

　　3D 打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业意义的制造技术”。运用该技术进行生产的主要流程是：应用计算机软件设计出立体的加工样式，然后通过特定的成型设备（俗称“3D 打印机”），用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”出产品。3D打印技术是“增材制造”的主要实现形式。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方法组合成最终产品。而“增材制造”与之不同，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。

　　3D 打印技术需要依托多个学科领域的尖端技术，主要包括以下方面：信息技术，即要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，并根据模型自动分析出打印的工序，自动控制打印器材的走向;精密机械，即 3D 打印技术以“每层的叠加”为加工方式，产品的生产要求高精度，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求;材料科学，即用于 3D 打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。客观说，目前 3D打印技术尚不成熟。作为一项多学科交叉的高新技术，还需要在各相关领域投入较大的研发力量，才能掌握完整的核心技术。

　　近年来，3D 打印技术发展迅速，在各领域都取得了长足发展，已成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等领域也占有独特地位。具体应用领域包括：工业制造。可应用于产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证。制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品：3D 打印技术制造的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世，家用器具模型也被用于企业的宣传、营销活动中;文化创意和数码娱乐：可作为形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影《阿凡达》运用 3D 打印技术塑造了部分角色和道具，3D 打印技术制造的小提琴接近了手工艺的水平;航空航天、国防军工：可对形状复杂、尺寸微细、性能特殊的零部件、机构进行直接制造;生物医疗：可应用于人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等的制作;消费品：可应用于珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意 DIY 作品的设计和制造;建筑工程：可应用于建筑模型风动实验和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模拟;教育：可应用于模型验证科学假设，用于不同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D 打印机已经被用于教学和科研;个性化定制：可提供基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定务。从市场应用份额看，3D打印技术应用在汽车及零配件领域占 37%，在消费品领域占 18.2%，应用于航空航天和国防军工占 13.7%，在商业机器领域占 11.2%，在医疗领域占 8.8%，在科研方面占 8.6%。①

　　年来，我国积极探索 3D 打印技术的研发，初步取得成效。自 20世纪 90 年代初以来，清华大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、北京航空航天大学、西北工业大学等高校，在 3D 打印设备制造技术、3D 打印材料技术、3D 设计与成型软件开发、3D 打印工业应用研究等方面，开展了积极的探索，已有部分技术处于世界先进水平。其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率先应用于航天、航空装备制造;生物细胞3D 打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物组织，为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。目前，依托高校的研究成果，对3D打印设备进行产业化运作的公司实体主要有：北京殷华（依托于清华大学）、陕西恒通智能机器（依托西安交通大学）、湖北滨湖机电（依托华中科技大学）。这些企业都已实现了一定程度的产业化，部分企业生产的便携式桌面 3D 打印机的价格已具备国际竞争力，成功进入欧美市场。一些中小企业成为国外 3D 打印设备的代理商，经销全套打印设备、成型软件和特种材料。还有一些中小企业购买了国内外各类 3D 打印设备，专门为相关企业的研发、生产提供服务。其中，广东省工业设计中心、杭州先临快速成型技术有限公司等企业，设立了 3D 打印服务中心，发挥科技人才密集的优势，向国内外客户提供服务，取得了良好的经济效益。在家用电器、汽车配件、通信技术、航天、军工等领域，3D 打印技术被越来越多应用到产品研发和生产中。在医疗领域，国内高水平的医院使用 3D 打印技术，为患者提供定制的牙齿和骨骼替代物以及具有仿生性能的体内植入物。在教育领域，我国有很多高校购买了3D打印设备，开展多个学科的教学和研究工作。目前，中国已成为美国、日本、德国之后的 3D 打印设备拥有国。3D 打印产业正成为投资热点。不少原来从事数字化技术、材料技术、精密机械技术的企业纷纷考虑投资开发 3D 打印设备生产和服务。

　　第一，缺乏宏观规划和引导。3D 打印产业上游包括材料技术、控制技术、光机电技术、软件技术，中游是立足于信息技术的数字化平台，下游涉及国防科工、航空航天、汽车摩配、家电电子、医疗卫生、文化创意等行业，其发展将会深刻影响先进制造业、工业设计业、生产性服务业、文化创意业、电子商务业及制造业信息化工程。但在我国工业转型升级、发展智能制造业的相关规划中，对 3D 打印产业的总体规划与重视不够。

　　第二，对技术研发投入不足。我国虽已有几家企业能自主制造 3D 打印设备，但企业规模普遍较小，研发力量不足。在加工流程稳定性、工件支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术等诸多环节，存在较大缺陷，难以完全满足产品制造的需求。而占据 3D 打印产业主导地位的一些美国公司，每年研发投入占销售收入的 10%左右。目前，欧美一些 3D 打印企业依托其技术优势，正加紧谋划拓展我国市场。我国对 3D 打印技术的研发投入与美国有较大差距，占销售收入的比重很少。

　　第三，产业链缺乏统筹发展。3D 打印产业的发展需要完善的供应商和服务商体系和市场平台。在供应商和服务商体系中，包含工业设计机构、3D 数字化技术提供商、3D 打印机及耗材提供商、3D 打印设备经销商、3D 打印服务商。市场平台包含第三方检测验证支持、金融支持、电子商务、知识产权保护等支持。而目前国内的 3D 打印企业还处于“单打独斗”的初级发展阶段，产业整合度较低，主导的技术标准、开发平台尚未确立，技术研发和推广应用还处于无序状态。

　　第四，缺乏教育培训和社会推广。目前，我国多数制造企业尚未接受“数字化设计”、“批量个性化生产”等先进制造理念，对3D 打印这一新兴技术的战略意义认识不足。企业购置 3D 打印设备的数量非常有限，应用范围狭窄。在机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中，缺乏与 3D 打印技术相关的必修环节，还停留在部分学生的课外兴趣研究层面。

　　当前，全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮。发达国家为解决近年来制造业竞争力下降的难题，大力倡导“再工业化、再制造化”战略，提出智能机器人、人工智能、3D 打印技术是实现数字化制造的关键技术，并希望通过这三大数字化制造技术的突破，巩固和提升制造业的主导权。虽然 3D 打印等数字化制造的核心技术仍处在发展的初级阶段，产业还不成熟，但在产品设计、复杂和特殊产品生产、个性化服务等方面已显示其独特优势。所以，我们应充分认识智能制造、数字化制造对我国的深刻影响，加快3D打印产业的发展，推动我国由“工业大国”向“工业强国”转变。

　　传统的工业产品开发方法往往是先做模具，然后再做出样品，而运用 3D 打印技术，无需模具，就可以把制造时间降低为以前的 1/10 到 1/5，费用降低到1/3 以下。一些好的设计理念，无论其结构和工艺多么复杂，均可以利用 3D 打印技术短时间内制造出来，从而极大地促进产品的创新设计，能够有效克服我国工业设计能力薄弱的问题。

　　（二）发展 3D 打印产业，可生产出复杂、特殊、个性化的产品，有助于攻克技术难关 3D 打印技术可为基础科学的研究提供重要的技术支持。在航天、航空、大型武器等装备制造业，零部件种类多、性能要求高，需要进行反复测试。运用 3D 打印技术，既在研制速度上具有优势，还可以直接加工出特殊、复杂的形状，简化装备的结构设计，化解技术难题，实现关键性能的赶超。在生命科学的研究和应用中，3D打印以“细胞打印”、“仿生定制”等形式出现，把标准化、自动化的机械加工业生产方式，应用到生物工程、生物制药和临床医学等领域，已取得丰硕成果。以生物组织为原材料的制造业，有望成为高端制造业的重要组成部分。发展 3D 打印技术，将促进我国在生物能源开发利用、生物和化学药剂试验、组织和器官再造等领域取得技术进步。

　　随着 3D 打印技术的普及，“大批量的个性化定制”将成为重要的生产模式。3D 打印技术与现代服务业的紧密结合，将衍生出新的细分产业、新的商业模式，创造出新的经济增长点。如，自主创业者可通过购置或租赁低成本的 3D 打印设备（一些 3D打印设备已低于 1万元），利用电子商务等平台，为大量消费者定制生活用品、文体器具、工艺装饰品等各类中小产品，激发个性化需求，形成一个数百亿甚至数千亿元规模的文化创意制造产业，并增加社会就业。

　　建议将 3D 打印技术定位为生产性服务业、文化创意、工业设计、先进制造、电子商务及制造业信息化工程的关键技术和共性技术，将该产业纳入优先发展产业及产品目录。在财税金融政策上，鼓励企业投资、研发、生产和应用 3D 打印技术，支持 3D 打印设备的进出口。

　　积极引导工业设计企业、3D 数字化技术提供商、3D 打印机及材料研发企业和机构、3D 打印服务应用提供商组建产业联盟，利用有关学会、协会的平台加强研讨和交流，共同推动 3D 打印技术研发和行业标准制定。促进 3D 打印技术发展的市场建设，包括 3D 打印电子商务平台、3D 打印数据安全和产权保护机制、3D 打印技术及关联项目投融资机制等，促进产业可持续发展。

　　设立 3D 打印产业专项基金，重点推进数字化技术、软件控制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。在研发扶持中，要注意建立公平、公正的研发绩效评估体系，鼓励各研发主体探索不同的技术路径。加强对 3D 打印产学研合作的支持，特别对实施产业化的企业在市场销售、推广上给予政策支持。

　　将 3D 打印技术纳入相关学科建设体系，培养 3D打印技术人才。依靠行业协会、博览会、论坛等组织形式进行 3D 打印技术和应用的培训。在科技馆、文化艺术中心、青少年活动中心等公共机构进行3D打印技术的展示、宣传和推广。发展 3D 打印服务机构，推广3D打印技术应用，为发展3D打印产业积累应用经验。返回搜狐，查看更多