最近几(jǐ)年,3D打印的曝光度(dù)越来越高,3D打印房屋、3D打印汽车等3D打印(yìn)产品的横空出现,不(bú)仅引起民众的广(guǎng)泛关注(zhù),更是使(shǐ)得3D打印成为投资资(zī)金的新宠(chǒng),银(yín)邦股份、中(zhōng)航重(chóng)机、华中数控等3D打(dǎ)印概(gài)念股表现(xiàn)大好。实际上,3D打印并非新鲜事物,早在20世纪80年代就有专门(mén)的研(yán)究机构和(hé)企业从事3D打印(yìn)设备、材料、产品的(de)研(yán)发与生产制造(zào)。经过几(jǐ)十年的(de)发(fā)展(zhǎn),3D打印已在工(gōng)业造型、机械制造(zào)、军事、建筑、影视、家电轻工、医学、考古、文化艺术、雕(diāo)刻(kè)、首饰等领域取得技术突破并得到初(chū)步应用。虽(suī)然目前全(quán)球3D打印(yìn)市场份额只占整(zhěng)个制造业的(de)0.02%,但(dàn)是随着(zhe)3D打(dǎ)印(yìn)技术和材料的发(fā)展,其(qí)应用领域必将不断拓展,应用规模将不断(duàn)扩大(dà)。2012年,全(quán)球3D打印设备市(shì)场规模(mó)为22.04亿美元,同比(bǐ)增长28.6%,预(yù)计到2017年将达到50亿美(měi)元,到2020年将达到108亿美元。
工业4.0背(bèi)景下(xià)3D打印必受政策(cè)热捧(pěng)
3D打印技术完(wán)美地契合了工业4.0制(zhì)造智能化(huà)、资源效(xiào)率化和产品(pǐn)人性(xìng)化(huà)的理念,因此成为广大国(guó)家发展的重点。2012年,奥巴马(mǎ)针对美国制造(zào)业提出了一系(xì)列发展方案,将3D打印(yìn)列为(wéi)11项重要(yào)技(jì)术之(zhī)一,并联(lián)合研发机构、高等院校、制造商,建立了国家3D打印研究所(suǒ)。3D打印是一场(chǎng)制造技术的革(gé)命,对中国制造业升级至(zhì)关(guān)重要。我(wǒ)国(guó)从(cóng)20世纪90年代起研发3D打印(yìn)技术(shù),目前,清(qīng)华大学、北京航(háng)空航(háng)天大学、西(xī)安交通大学、华中(zhōng)科技大学、北京隆(lóng)源(yuán)公司等研究机构与企业,已经(jīng)在3D打印设(shè)备(bèi)和(hé)材料领域取得一定研(yán)究成果。2012年10月,中(zhōng)国3D打印技术产业联盟成立,2013年,中(zhōng)国3D打(dǎ)印技(jì)术产业(yè)创(chuàng)新中(zhōng)心(南(nán)京、潍坊、珠海)相继成立。2013年,3D打(dǎ)印(yìn)入选国家(jiā)“863”计划,国家将提供4000万(wàn)人民币(bì)作(zuò)为研究基(jī)金来支持3D打印(yìn)核心技术的发展(zhǎn),北京(jīng)将投入15亿人民币(bì)支(zhī)持3D打印技(jì)术。2015年2月(yuè),工信部下发(fā)《国家(jiā)增材制造(zào)产业发展(zhǎn)推(tuī)进计划(2015-2016年)》,对3D产业的发展做出了整体计划,未来相关产业政策的(de)出台在预(yù)料之中。
定制化生(shēng)产制造是3D打印主要(yào)发展方向
基(jī)于3D打印低成本定制化(huà)的优势,航(háng)空工业(yè)、生物医学和个人消(xiāo)费是其(qí)最具潜力的应用领域。“十三五”期(qī)间,我(wǒ)国3D打印将率先在航空工业领域获(huò)得广泛应用。2013年1月,“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”获国家技术发明奖一等奖,我国成为世界上第二个掌握飞机钛合金结构(gòu)件激光快(kuài)速成形及技(jì)术的国家、世界上唯(wéi)一掌握激光(guāng)成形钛(tài)合(hé)金(jīn)大型主承力构件制造且付诸(zhū)实用的国家,航空(kōng)部门和汽车制造等工业(yè)领域是该类(lèi)3D打印技术最能(néng)发(fā)挥优势的领域,未来几年其应用将步入快速成(chéng)长期。
3D打(dǎ)印在生物医学领域的应用初步显现,目前正在探索的应用主要有假牙和假肢,当3D打印(yìn)技术与医(yī)学影像建模、仿真技术结合之(zhī)后(hòu),还(hái)能够在人工假体、植入体、人工组织器官的制造(zào)方(fāng)面得到广泛应用。随着(zhe)打印设备和打印(yìn)材料技术的进一步突破、成本的进一步下降(jiàng),3D打印在个人消费领域(yù)(食品、艺术品、个性化物品等)也将得到进(jìn)一(yī)步发展(zhǎn)。“十三五”期间,3D打印将深刻影响制造企业(yè)的生产方式,引领制造业从(cóng)标准化(huà)和精益化生产步入定(dìng)制化生产(chǎn)。经(jīng)过“十三五”的夯实发展,到“十四(sì)五(wǔ)”期间,借助网络和信息技术,我国有望(wàng)初步(bù)形成以“个体创意+社(shè)区共建+云制(zhì)造”为代表的新的制造业模式。
3D打印产业化发展尚(shàng)需突破四大瓶颈
从中(zhōng)长期看来,3D打印产业具(jù)有较(jiào)为广阔的发展前景,但目前产(chǎn)业距离成熟阶(jiē)段尚有较大距离(lí),理想很丰满,现实很骨感,短期内对于3D打印的(de)发展不(bú)宜(yí)过(guò)分高估。3D打印欲实现产业化(huà)发展,需(xū)要突破技术(shù)成本、打(dǎ)印材料、产品质量(liàng)、社(shè)会风险等四大瓶颈。技(jì)术(shù)成本(běn)方面,以3D打印机为(wéi)例(lì),其造价昂贵,大多桌面级3D打(dǎ)印(yìn)机售价2万元人民(mín)币左右,国(guó)内(nèi)的仿制品价(jià)格可以低到6000元以下,但质量难以保证。打印材料方面,3D打印(yìn)材料多采用化学聚合物(wù),选择(zé)的局(jú)限性较大,成型品的物理特(tè)性较差,而且安全方(fāng)面(miàn)也存在(zài)隐患,另外材料的价格也偏高,亟(jí)需丰富材料品种、降低材料(liào)价格(gé)。产品质量方面,许(xǔ)多(duō)3D打印产品精度还(hái)不尽(jìn)人(rén)意(yì),打印效率还远不适(shì)应产业化需求,而且受工作(zuò)原理的限制,打印(yìn)精(jīng)度与速度(dù)之间存在严重冲突。社会风险方面,3D打(dǎ)印的技术优(yōu)势使得(dé)假冒、仿造(zào)变得更(gèng)加(jiā)容易(yì),不在知识产权等方(fāng)面(miàn)提前做好应对,3D打印技术(shù)的泛(fàn)滥将会带(dài)来(lái)严重的(de)社(shè)会风险。