3d打印材料范文

導語：如何才能寫好一篇3d打印材料，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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[關鍵詞]3d打印技術；3D打印材料；發展趨勢與現狀

中圖分類號：TP334.8 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）18-0101-01

前言：3D打印，又稱作增材制造，是快速成型技術的一種。3D打印技術將信息技術與工業制造相結合，以柔性化的生產方式來滿足不斷增強的個性化需求，實現了制造技術的革命性突破，被譽為“第三次工業革命”的核心技術。其方便快捷、能夠提高材料利用率等優勢不斷顯現，與傳統制造的結合也更加緊密，不斷推動傳統制造業的轉型升級。材料是3D打印的物質基礎，也是當前制約3D打印發展的瓶頸。目前，我國的3D打印技術在某些領域處于世界領先水平，但在產業化應用方面與國外的差距較大，除了產學研用相脫節等問題，上游原材料制約也是阻礙3D打印產業化發展的重要原因。文章綜述了3D打印材料的發展現狀，重點介紹了用于3D打印的幾類主要材料，并指出了當前3D打印材料發展所面臨的問題及其發展趨勢。

1.3D技術的概述和3D打印材料的介紹

1.1 3D技術的概述

3D打印技術最早起源于19紀末的美國，于20世紀80年代得到實現與發展。隨著智能制造的進一步發展成熟，3D打印技術在打印材料、精度、速度等方面都有了較大幅度的提高，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被廣泛應用于制造領域。與傳統的去除材料加工技術不同，3D打印技術是指通過連續的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實體的技術，又稱為快速成型技術或增材制造技術。3D打印技術可以在很大程度上提高制作效率和精密程度，可使用的材料種類非常豐富，以生物細胞為材料可打印出器官、骨骼；以沙子為材料可打印建筑；以玻璃為材料可打印玻璃制品；以金屬為材料可打印機械零件等。目前，3D打印技術主要應用于產品模型、模具制造、文化創意、航空航天、生物醫療、藝術創作以及個性化定制等領域，為創新開拓了廣闊的空間。

1.2 3D打印材料的介紹

3D打印材料是3D打印技術發展的重要物質基礎，在某種程度上，材料的發展決定著3D打印能否有更廣泛的應用。目前，3D打印材料主要包括工程塑料、光敏樹脂、橡膠類材料、金屬材料和陶瓷材料等。除此之外，彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料以及砂糖等食品材料也在3D打印領域得到了應用。3D打印所用的這些原材料都是專門針對3D打印設備和工藝而研發的，與普通的塑料、石膏、樹脂等有所區別，其形態一般有粉末狀、絲狀、層片狀、液體狀等。通常，根據打印設備的類型及操作條件的不同，所使用的粉末狀3D打印材料的粒徑為1-100μm不等，而為了使粉末保持良好的流動性，一般要求粉末要具有高球形度。工程塑料工程塑料指被用做工業零件或外殼材料的工業用塑料，是強度、耐沖擊性、耐熱性、硬度及抗老化性均優的塑料。工程塑料是當前應用最廣泛的一類3D打印材料。

2.3D打印技術的發展現狀及其發展趨勢

2.1 3D打印技術的發展現狀

相形之下，我國3D打印材料發展起步晚、底子薄，需要加大投入和研發力度，以適應國內市場發展的需要，提高其國際競爭力。追本溯源，我國自20世紀90年代開始3D打印技術的自主研發，清華大學、華中科技大學、西安交通大學、北京航空航天大學等在3D打印設備制造技術和材料技術等方面進行了積極的探索和大膽的嘗試，取得了一定的成績，部分技術甚至處于世界領先水平，

2.2 3D打印技術存在的問題

目前，我國具備生產3D打印材料能力的企業較少，大部分3D打印材料依賴進口，特別是金屬粉末材料嚴重受制于他國。這是因為3D打印對金屬材料的要求較高，而我國制造滿足這些要求的金屬材料技術還不過關。此外，與美國、德國等3D打印材料技術比較成熟的國家相比，我國3D打印材料質量不穩定、品種較為單一，部分研發的實驗材料也依賴進口。除此之外，材料成本高昂。3D打印材料制造成本高是目前存在的普遍問題。由于3D打印材料種類有限、材料專用性較強、下游應用市場還沒有完全培育起來，所以現階段3D打印材料無法實現規模化生產，生產成本居高不下。

2.3 解決3D打印技術問題的相應措施

3D打印技術的核心在于材料。如果突破材料對3D打印技術的限制，那么3D打印產業成功實現快速發展將前景可期。目前，我國3D打印材料產業雖然處于剛剛起步的階段，材料研發和應用水平與美歐等發達國家相比還有差距，但是，加大對3D打印用材料的投入和研發，走獨立自主的發展之路，對我國搶占新一輪制造業發展制高點意義重大。加強我國3D打印材料的供給保障。多樣化的材料來源和穩定的材料供給是3D打印產業發展的根本。加大材料的深度研發和產學研合作。3D打印產品的質量和特性取決于材料，不僅材料本身種類、成分、特性對3D打印產品的特性有影響，材料的制造工藝也對3D打印產品的強度、模量、彈性等功能特性起到決定性作用。推動3D打印產業上下游領域全方位的合作。3D打印材料的產業化應用必須與3D打印設備、下游3D打印產品同步進行，即加強上下游各個環節的研發生產合作，帶動3D打印材料的產業化應用，方能取得突破性的進展。建立完善3D打印材料支持政策和標準。對于處于產業化發展初期的3D打印材料產業，加強政府支持和規范行業標準是必要的。加大政府對3D打印配套的材料企業的政策和資金扶持，對研發生產3D打印材料的企業給予稅收減免或財政補貼，鼓勵企業積極進行材料研發，最終形成3D打印產業領域標準全面覆蓋的局面。

3.結語

近年來，3D打印技術得到了快速的發展，其實際應用領域逐漸增多。但3D打印材料的供給形勢卻并不樂觀，成為制約3D打印產業發展的瓶頸。目前，我國3D打印原材料缺乏相關標準，國內有能力生產3D打印材料的企業很少，特別是金屬材料主要依賴進口，價格高。這就造成了3D打印產品成本較高，影響了其產業化的進程。因此，當前的迫切任務之一是建立3D打印材料的相關標準，加大對3D打印材料研發和產業化的技術和資金支持，提高國內3D打印用材料的質量，從而促進我國3D打印產業的發展。可以預計，3D打印技術的進步一定會促進我國制造業的跨越發展，使我國從制造業大國成為制造業強國。

參考文獻

[1] 李麗，王成國，李同生，等.聚碳酸酯及聚碳酸酯合金導熱絕緣高分子材料的研究[J].材料熱處理學報，2007，28（4）：51-54.

[2] 李曉燕，，余燈廣.三維打印成形粉末配方的優化設計[J].機械科學與技術，2006，25（11）：1343-1346.

[3] 黃秋實，李良琦，高彬彬.國外金屬零部件增材制造技術發展概述[J].國防制造技術，2012（5）：26-29.

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關鍵詞：3D打印；增材制造；光固化；噴墨；材料噴射

中圖分類號：T-18 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0014-02

增材制造（Additive Manufacturing），或稱“3D打印”，在近十年得到了快速發展和應用，目前已經形成了多種建造三維原型工藝技術[1]。增材制造技術標準ASTM F2792-12中將增材制造技術劃分為七大類：粘合劑噴射、直接能量沉積、材料擠出、材料噴射、粉末床熔融、層壓和槽光聚合。其中，材料噴射技術被定義為，通過選擇性沉積造型材料微滴實現的增材制造工藝。較為成熟的材料噴射打印系統為噴墨式3D打印機，其以按需噴墨方式（drop-on-demand）打印多材料制品[2]。3D噴墨打印主要可以采用熱致相變材料和光固化材料兩類材料作為造型材料進行打印。熱致相變材料，如蠟，其加熱后相變為液態可以噴墨沉積，而在冷卻后相變為固態而成型，先于光固化材料用于3D噴墨打印，然而其存在機械性能差的缺陷。光固化材料，通過將可光固化液態組合物噴墨沉積后光照固化實現快速成型，其打印精度和材料表面平滑度，制品色彩豐富度優勢突出[3]。另外，在構建凹槽等特殊三維結構時，3D噴墨打印中除構建原型的造型材料外一般還需要支撐材料支撐成型體。在光固化3D噴墨打印中一般使用水溶性聚合物或蠟作為支撐材料，其可分別通過水洗和熱熔除去[4]。本文試通過對光固化3D噴墨打印用材料相關專利分析，對該材料專利技術發展和演變過程進行梳理，對重點專利進行解析說明。

經分析認為，最早采用材料噴射機理可見于美國德州儀器公司的專利US5260009，其中已經提出了材料噴射打印的基本工藝：a、選擇沉積第一材料（即造型材料）并固化構建原型首層；b、進一步沉積第二材料（即支撐材料）使其包覆a固化材料；c、對b步沉積層平整化；d、在平整化層上選擇沉積第一材料構建原型下一層；e、重復b-d步驟；f、選擇移去第二材料；同時也提出了除去支撐材料的兩種基本方式--即采用融化或者溶劑洗滌，以及蠟作為造型材料的選擇。

美國Solidscape公司（當時稱為“Sanders Prototype”公司，2011年被美國Stratasys收購）在其專利US5506607中對上述方案進行了改進，通過帶有控制器的裝載設備使噴墨頭等打印部件在三維方向精確移動，并于1994年推出采用蠟材料噴墨沉積的3D打印機。隨后，美國3D Systems公司也加入蠟材料噴墨打印機的研發，在其專利US6133355中提出了采用含有低收縮聚合物、石蠟、微晶蠟、強化聚合物和增塑劑構成3D噴墨打印材料，由此減少制備過程中材料由于收縮、固化等因素而導致的變形問題，同時，該公司也在1996年和1999年分別推出了沉積蠟材料噴墨打印設備Actua 2100和Thermjet。上述時期（1990-1999年）僅僅是3D噴墨打印的研究開端，其使用材料基本還局限于蠟或含蠟材料，不過研究者已經意識到對于該材料存在的機械性能不佳問題：如3D Systems公司在上述專利提出進一步加入活性成分以在成型后固化加強。延續上述思路，美國溫太克公司在其專利US6476122提出的選擇性沉積材料中加入了可光固化組分，并指出后固化后提高了機械性能。需要注意的是，雖然上述探索采用了光固化組分，但其僅作為助劑輔助增強，主材料依然是蠟材料。

進入2000年，以色列Object Geometries公司（該公司已與Stratasys公司合并）推出采用光固化材料的噴墨打印機PolyJet，其采用紫外可固化聚合物噴墨沉積后光固化實現每層打印，即其固化并不依賴蠟的相變而依靠光固化反應。其專利US6569373提出了基本的光固化噴墨組合物框架：造型材料包括反應性組分、光引發劑、表面活性劑和穩定劑；支撐材料包括非反應性和低毒化合物、表面活性劑和穩定劑，并且在室溫下具有50cps以上粘度而在噴墨溫度下具有20cps以下粘度，同時能夠在水/堿液/酸液中溶脹除去，此外還提出了在支撐材料中添加如碳酸氫鈉等可產氣組分，以在溶脹時產生氣體加速支撐材料除去。幾乎與此同時，3D Systems公司也開始了光固化材料噴墨打印探索，但其采用不同思路構建材料組合物――即，未摒棄蠟材料，而是將蠟材料作為光固化材料中相變助劑使用，如其專利US6841589中采用氨基甲酸酯蠟配合紫外可固化丙烯酸酯樹脂等組分作為紫外可固化噴墨材料，其中氨基甲酸酯蠟起到使材料在噴墨后相變為非流動態的作用，由此使得打印面平整；并在隨后另一項專利US7176253中提出采用具有50-65℃熔點和45-55℃凝固點的脂肪醇和松香酯作為相變支撐材料，其可通過熱流體（油、水）除去。

如前所述，Object Geometries/Stratasys和3D Systems在研究初期已經呈現出兩種不同的研發思路：前者傾向采用組分調節造型材料粘度同時采用水溶性支撐材料，后者傾向利用蠟材料控制造型材料流動性同時采用相變支撐材料。按照上述兩種思路，以上述兩公司繼續分別對其材料進行了優化。

Object Geometries/Stratasys：在造型材料組分進行優化方面，在其專利US7851122中提出選擇其聚合物Tg高于60℃（甲基）丙烯酸類單官能單體和其聚合物Tg低于40℃的（甲基）丙烯酸類多官能低聚物配合作為噴墨光固化組合物。在此基礎上，其專利US8106107提出引入納米填料以減少聚合或冷卻過程的收縮，起到例如減少熱膨脹系數，增加強度，增加耐熱性，減少成本和/或調節流變性的作用；另外，專利US8481241指出，加入丙烯酸酯化硅低聚物，能夠促使組合物固化時產生相分離，由此的相分離能夠改善材料耐沖擊強度。此外，光可固化材料在噴墨時由于加熱可能由于固化而堵塞噴頭，而陽離子聚合不能被氧抑制且會被加熱加速，因此在使用陽離子聚合的材料時如此的堵塞問題會更嚴重，為此專利申請CN104487221中提出將陽離子光聚合組分和陽離子光引發劑分別噴墨沉積的噴墨方式抑制上述問題。此外，由于需要使用水除去支撐材料，而造型材料可能在此過程中溶脹而變形，不能保證加工精度，專利申請CN103189187中提出以材料特定加權平均參數保證材料不會因吸水或吸濕溶脹變形。在支撐材料方面，該公司專注于提高支撐材料強度和易除去性，早期專利US6863859中嘗試了如聚乙二醇和聚丙二醇三嵌段聚合物，利用其隨溫度變化而產生可逆凝膠而作為支撐部分，并在凝膠點以下由凝膠轉變為液體而易于通過水除去。在隨后的專利US9138981中，篩選發現，支撐材料組合物中，以1，8-辛二醇配合聚乙二醇能夠具有更低的高溫粘度，并且易于水洗除去。在其近期專利申請WO2016/142947中提出，采用聚醚接枝硅樹脂部分替代支撐材料組合物中的聚烷基醇，在同等粘度情況下，材料的水溶速率、水溶去除速率更快，力學性能也更優。

3D Systems：在對造型材料優化中，發現打印部件在加熱或水處理工藝等工序后會變白原因在于打印部件中蠟組分向表面遷移，并且熱水加劇了遷移速率，其專利US8980406提出造型材料中均采用可以反應的蠟而不采用非反應活性蠟，由此能夠避免蠟的遷移，進而保證打印部件不會因水處理變白。另外，專利申請WO2016/085863中，為改善模型材料的斷裂伸長、拉伸強度提出造型材料中加入液體彈性體，具體采用丁二烯-丙烯腈共聚物。此外，美國施樂公司專利CN101665040提出在造型材料中加入凝膠劑，以強化造型材料在常溫和噴墨溫度時的粘度突變。并且該公司在隨后繼續對凝膠劑進行改進，以使其在更窄溫度范圍發生更顯著的粘度突變，如專利申請US2014/0213682提出二氨基甲酸酯凝膠劑、專利申請US2015/0283758采用脆性結晶小分子化合物和無定型高分子混合作為凝膠劑。

目前，Stratasys公司和3D Systems公司光固化3D噴墨打印設備已經成為市場主流產品。隨著應用需求的不斷拓展，對于其所用材料的研發還將持續，推測未來的研發方向至少包括如下幾方面：（1）加強造型材料的力學性能；（2）優化支撐材料去除速率；（3）適應未來更高精度和彩色打印要求；（4）避免材料阻塞打印噴頭。

參考文獻：

[1]封會娟，等.3D打印技術綜述[J].數字技術與應用，2014.

[2]Hongyi Yang，等.Performance evaluation of ProJet multi-material jetting 3D printer[J].Virtual and Physical Prototyping，2007.

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3D打印機不是我們爺爺一代所用的菊輪打印機，也不是爸爸一代所用的熱敏點陣打印機。事實上，3D打印機和今天用來打印文檔、照片的打印機沒有任何相似之處。所謂“物如其名”，3D打印就是用不同的材料，打印出三維立體的東西。3D打印正在成為主流，美國的主要零售商，如史泰博、百思買和家得寶都在出售3D打印機。在亞馬遜網站上，大家可以買到各種3D打印機和打印所需的材料。

盡管目前，3D打印機還只是技術嘗鮮者的玩意兒，但未來它可能會出現在企業辦公桌上、錄音室里、廚房間甚至客廳里。

什么是3D打印

首先，我們要搞清楚3D打印的概念。3D打印就是用材料逐層鋪設，以形成三維物體的制造方法。3D打印使用不同的材料和技術，但通性是將包含三位數據的數字內容，打印成真實存在的物理物體。

3D打印就是印刷嗎

3D打印就是印刷，盡管它和傳統意義上的印刷并不一樣。“印刷”的對象多是印刷品、出版物和照片，而且多數有模板。而3D打印是“從零開始”的技術，是將數字內容創造成真的東西。但從技術的角度來看，3D打印就是傳統印刷，只不過傳統印刷的材料是墨水，而且多數只有一層。3D打印的不同之處在于，需要一層一層地鋪設材料。

3D打印的原理

和傳統打印機一樣，3D打印也需要應用到多種技術。其中，最常見的就是大家都知道的熔融沉積成型（FDM），也被稱為熔融長絲制造（FFF）。這種情況下，丙烯腈、聚乳酸（PLA）或其他熱塑性材料被熔化，通過加熱的噴嘴噴射出來，按層排列就緒。1992年，Stratasys在IBM的幫助下發明了第一臺商用3D打印機，和其他面向消費者、愛好者和學校的3D打印機一樣，它使用了FDM-Stratasys公司發明的專業術語。

在以光固化技術為基礎的3D打印機中，紫外激光照射到對紫外線敏感的光致聚合物上，從而產生物體的剖面層。將每一個剖面層堆積并且粘合在一起，就能組成想要的成品。而光學處理（DLP）3D打印是將液體聚合物暴露在數字光處理投影儀的光照之下，一層層地使聚合物層變硬，直到對象物體形成，剩余的液體聚合物被排出。

多嘴噴射成型3D打印機類似噴墨式3D打印機，它將彩色、粘膠式粘合劑噴射到連續的粉末層中。這是速度最快的3D打印方法，也是少數支持多色打印的3D打印技術。

選擇性激光燒結（SLS）利用高能激光熔合塑料、金屬、陶瓷或玻璃顆粒。物品被打印出來后，剩余的材料被回收。而電子束熔煉（EBM）利用電子束熔化一層又一層的金屬粉末。這種技術下最常用的材料是鈦，用來打印醫療植入物和飛機零件。

根據不同的技術，3D打印機使用不同的材料，如金屬（不銹鋼、焊錫、鋁、鈦）、塑料和聚合物（包括塑料與金屬、木材和其他材料制成的復合材料）、陶瓷、石膏、玻璃甚至是食品如奶酪、冰塊和巧克力。

誰發明的3D打印

上世紀80年代中期，查爾斯?赫爾利用光固化技術，發明了世界上第一臺3D打印機。在當時，光固化是非常昂貴的新商業技術，基于該技術的機器成本往往在10萬美元以上。

1986年，赫爾成立3D Systems公司，該公司銷售多種3D打印機，覆蓋各種類別，包括入門級3D打印套裝和針對企業用戶的先進3D打印系統。

3D打印的優勢

在3D打印技術的幫助下，設計師能夠快讀將自己的設計打印成3D模型或原型，然后對不滿意之處進行修改。有了3D打印技術，產品制造商就可以按需生產，無需大量儲備庫存，就能減少倉儲空間、控制成本和浪費。偏遠地區的人，可以用3D打印機打印出需要但無法及時購買到的物品。

從現實的觀點來看，3D打印技術還能夠幫助節省資金和減少材料浪費，這對制造業將產生革命性影響。另外，當3D打印技術真正地成熟并普及之后，消費者只要在家中就能打印出復雜的3D對象，如電子設備。

3D打印機能做什么

最初設計師用3D打印機打印產品模型和原型，不過，現在越來越多的設計師開始用3D打印機制作最終產品，如鞋子、家居、首飾、工具、三腳架、禮物和新奇的玩具。

汽車和航空公司用3D打印機打印零部件，藝術家用3D打印機創作雕像，建筑師用3D打印機制作模型，考古學家用3D打印機修復文物，古生物學家用3D打印機復制恐龍骨骼化石。

醫生和醫療技術人員用3D打印機制作假肢、助聽器、人造牙齒、骨移植物、器官、腫瘤副本，以及病人的體內構造。最近的例子是蘇丹暴力事件受害者丹尼爾，裝上了3D打印假肢手臂和手。與此同時，3D打印人體器官（如腎臟和血管）已在研發之中。

食品制作是3D打印的另一項應用，我們也許可以用液體或糊狀材料，打印出奶酪、冰塊和巧克力。法國烹飪學院用自主開發的3D打印機制作有藝術感的美食，麻省理工學院打造了被稱為“Cornucopia”的3D打印機，MASA也在研究用3D打印機打印披薩之類的食物。目前，已有一些3D打印機制造商公布或推出了食用3D打印機。

什么是3D打印服務

沒有3D打印機也能享受3D打印服務，一些3D打印服務提供商，如Shapeways和Sculpteo，用自己的3D打印機制作禮品等小物品，然后交付到舊客戶手中，客戶向它們傳達自己的要求，它們根據這些要求進行制作。多數3D打印服務都有在線目錄，上面列舉了自己可以制作的物品。

最近，史泰博宣布在一些門店和網上推出3D打印服務，UPS也在其中一些營業點提供類似的服務。

3D打印需要怎樣的軟件

幾乎所有3D打印機都支持STL格式文件，這種格式的文件在任何CAD軟件上都能完成，比較有代表性的CAD軟件有需要付費的AutoCAD，或免費開源的谷歌SketchUp和Blender。如果不想自己制作3D打印文件，也可以到MakerBot Thingiverse之類的3D對象數據庫里下載和打印。

多數3D打印機都有與之配套的軟件套件，3D打印機制造商會附贈磁盤或提供下載，從里面可以得到想要的一切。3D打印機的配套軟件里通常包括控制打印機的軟件，用來控制打印、分層材料、分辨率等可能會影響到最終成品的因素。當然，有些打印機也支持單獨下載某一款管理程序，而非整個套件。

3D打印的未來

商用3D打印早已被應用，但尚未普及，不過這種情況在未來幾年內就會改變。不久之后，在車間里、辦公桌上、書房里甚至廚房中，都能看到3D打印機的身影。3D打印也許不會普及至每家每戶，但對那些擁有了3D打印機的人來說，它將成為不可缺少的內容。

現在，3D打印機只能用簡單的材料打印出簡單的東西。慢慢地，我們會看到用多種材料、復合材料打印出來的復雜物品。今天，遙控器沒電了可以換電池。明天，遙控器沒了直接打印一個就行。

另外，正如大家所料，3D打印技術在航空航天領域也會有更多的應用。美國航空航天局（NASA）正在國際空間站上試驗3D打印機。最終，宇航員將能用3D打印機打印出自己在火星或其他星球上的棲息地。為了拯救阿波羅13號，宇航員死于一氧化碳窒息。美國宇航局也許需要找到能自制工具的方法。如果有了3D打印機，就有可能在幾分鐘內輕易解決這個問題。同樣，南極基地的工作人員再也不需要等待6個月后的下一次補給，就能用3D打印機打印出需要的東西。還有3D打印假肢，3D打印助聽器，3D打印牙套，等等。

3D打印技術也許還處于起步階段，但對這一新技術的應用，已經呈現出爆炸式增長，就像20世紀70年代末的PC一樣。而科技的發展總有出人意料之處，今天我們推測3D打印將在這些領域有所作為，未來3D打印或許會拓展出更廣闊的發展空間。就像當初，誰能想到PC竟能發展成今天這個水平呢？當然，3D打印對人類社會的影響也許不會如PC那般深遠，但它確實具備改造制造行業甚至是消費方式的潛力。

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【關鍵詞】3D打印 分布式智造 電力應用

2015年2月28日，工信部、發改委、財政部聯合《國家增材制造產業發展推進計劃（2015-2016年）》，從政策層面為國內3D打印發展指明方向。2015年“兩會”期間總理在政府工作報告當中提出了要實施《中國制造2025》，堅持創新驅動、智能轉型、強化基礎、綠色發展，加快從制造大國轉向制造強國。而《中國制造2025》的核心就是信息技術與制造業融合，以推進智能制造為主攻方向。而“互聯網+3D打印”的的應用與結合是為實現智能制造、產業轉型、萬眾創新提供的最佳服務平臺。3D打印在電力行業的應用受限于材料、建模、打印機各方面，尤其是行業標準的缺失，良好的應用模式和平臺，將促進行業標準的制定。

1 電力3D智造云平臺

所謂“得平臺者得天下”。我們身邊的電子商務，開放平臺，就是平臺化模式的有利證明，在已然成型的新型商業生態系統中占得一席之地，將來必能掌握核心控制力。基于互聯平臺，平臺提供方將會掌控控制權。產品本身會隨著時間而變得不是那么很總要，但是基于契約性質的互聯3D打印平臺將會促使按需制造產品的有效商業化，在3D打印中最具價值的設計就是3D圖紙，因為他是電子版的，易于分享，而且在逆向工程中，3D掃描設施將能夠掃描產品獲取其設計信息。在這個平臺上，這個圖紙可以被修改，原材料提供方通過此平臺跟蹤和購買相關產品，客戶可以通過這個平臺下達訂單。同樣，如果作為平臺控制者，我可以將打印任務和設計任務外包給平臺之外的人員，所有的活動，都是圍繞這個平臺來進行交易。那么，針對這個平臺的所有者，可以通過控制或者重定向“交易流”來影響價格，故擬提出“平臺化3D打印服務”的應用模式。

3D打印的核心要素就是3D設計，打印材料（包括支撐材料），打印設備，對于電網應用而言，我們很少能夠涉及到打印材料（包括支撐材料），打印設備等方向。我們的關注點應該放在3D設計以及3D打印服務上，才能高效的應用3D打印技術。3D打印產業環節較少，這也是其有別于傳統制造業的地方。打印原材料和打印設備是最重要的產業鏈環節，為3D打印提供基礎設備和產品成型原料，這兩項是決定產品的重要因素；方案提供商是3D打印流程的實現者，提供設計到成型全程的運營服務。

1.1 電力企業上下游

這種模式體現為，每個設備提供商都可以往這個平臺提供設備的設計文件，電網公司可以在這個平臺上參與評審選擇適合自己生產環境的設計，然后將設備打印出來。我們不能說是電網企業在其中能顛覆整個電力設備制造行業，但是能影響并起主導作用。平臺化3D打印服務在其中扮演的角色就是一個“設備商”的角色，但是他并不是去具體的物理設備，而是要物理設備的“電子藍圖”。

同時，他也扮演著“設備制造商”的角色，通過“電子藍圖”商采購到的設計，這個平臺可以制造出具體的物理設備，而且這個設備是最適合電網企業生產環境的。

1.2 電網企業內部

應用行業能關注的3D打印的核心要素就是設計和打印設備。對應用行業而言，快速的設計需要專業的設計人員，培養這一批專業的設計人員需要耗費的成本不是小數目。同樣的，目前的3D打印設備成本較高，還不是消費級的能適用于工業級的階段，因此集中的3D打印設備采購和維護能較大的較低電網企業的成本。因此，在電網企業內部，平臺化3D打印服務扮演的不僅僅是一個簡單的“互聯平臺”，更多的是成本的控制臺。這里的設計人員可以是電網企業下屬（分）公司的專業人員（可以使用3D掃描儀），也可以是這個平臺的維護人員和設計人員，也就是說，這種模式體現為一種設計人員的集中。

另外，我們知道，3D打印離不開打印材料，那么，3D打印材料的采購也是我們需要重點關注的問題，因此打印材料首先要滿足工業生產需要，其次要滿足成本效益比。因此，平臺化3D打印服務扮演的另外一個非常重要的角色就是“材料采購”。材料采購是一個復雜的過程，從材料的特性分析，到材料供應商對比，最后到材料的下單采購，都需要精確控制。在這個平臺化服務上，你可以找到你想要的3D打印材料的特性分析，你也可以找到相關的供應商，甚至于，這個采購流程也是電網公司相關的采購流程的一部分，可以和現有系統融合在一起，從選型到采購，滿足一站式服務。

2 3D智造云平臺功能概覽

從上面的分析，我們可以基本上囊括了，3D智能云平臺的整個業務流程，圖1是對上面分析的概覽。

整體上來看，3D智造云平臺主要是搭建具有雙重性質的3D打印服務平臺，主要是打造3D打印云工廠和對3D打印設計者資源的整合。3D打印云工廠是指整合3D打印設備和服務資源為平臺用戶提供打印服務，設備生產或服務商入住智造云平臺，通過平臺直接接受用戶服務需求進行“生產”。在整合設計師資源方面，智造云平臺配備專業的設計師團隊和模型庫，從用戶的自身設計、個人的創意想法及具體的實際情況出發，進行深度的切合用戶的需求，協助用戶找到最適合實用的模型，為用戶和設計師提供一個可行的個性化定制平臺；提供模型資源的愛好者也可以從平臺獲得積分或者其他獎勵。利用優秀的平臺簽約設計師的帶動作用，可以啟動在線教育模塊和在線交流社區的不同細分板塊，啟動在線設計培訓課程及設計師粉絲團的組建。同時，平臺應建立品牌設備銷售的電商和服務平臺，通過電商平臺，實現客戶服務模塊有效對接，客戶資源共享，做好售前售中和售后的跟蹤服務。

3 結論

3D打印在企業級的應用受限于打印材料和3D打印機的綁定，同時在行業中沒有形成標準，不同于3D打印用于個性化制造和驗證型的應用，在行業應用中，需要從材料、設計、打印、后期加工處理都要符合行業標準，因此，3D智造云平臺能推動相關行業標準的制定，同時3D打印目前在成本、性能、效率上還不能與傳統制造相比，因此，文中提出的分布式3D智造云平臺，在成本和效率上能為行業引入3D打印提供有力支持。

作者單位

篇5

如果評選近一段時間最受關注的科技熱詞的話， 3D打印無疑就是其中之一。這個被英國《經濟學人》雜志稱為“將帶來第三次工業革命”的數字化制造技術，既可以打印出飛機零件、賽車、手槍，又可以打印巧克力、食品和人體器官等。這一切似乎都在表明，3D打印改變傳統制造業和我們的生活只是時間問題了。然而，事實果真如此嗎？

就像蠶吐絲結繭

對于3D打印機的工作原理，有一個形象的比喻──吐絲結繭。

3D打印機，顧名思義，用它打印出來的物品并非平面的紙張，而是一個立體固態物體。首先將一項設計物品通過3DCAD（3D計算機輔助設計）軟件轉化為3D數據，然后再根據這些數據進行逐層分切打印。在打印過程中，層層打印出來的切片會不斷疊加，最終形成一個完整的立體物品。簡單說來，3D打印就相當于做“加法”。

對于3D打印機的工作原理，有一個形象的比喻——吐絲結繭。蠶吐出很細的絲，一層一層把自己包裹起來，就形成了一個“立體”的繭。雖然目前材料和工藝不一樣，但3D打印的基本原理都是根據要打印的物體形狀，通過一層層地堆積而成。比如塑料材質，就是將塑料加熱后，形成塑料絲，然后將塑料絲一層一層地堆起來，就形成了三維物品；還有一種是用激光照射光敏樹脂或者金屬粉末，形成固體后堆積起來變成三維物品。

清華大學教授、中國3D打印技術產業聯盟首席顧問顏永年指出，傳統的工業制造方法多是減材制造，即在整塊材料的基礎上去除多余部分，將剩下的部分制成產品。而作為“增材制造”的3D打印技術，則是按照設計圖，精確制出每一層平面后再進行累加，所以在生產過程幾乎不會產生任何廢棄物。

“增材制造”，是與傳統制造業的“減材制造”對應的，這種技術依據物體的三維模型數據，通過成型設備以材料累加的方式，制成實物模型。“這就像蓋房子，一層層往上壘磚砌墻，只不過用的不是方磚水泥，而是工程塑料、粉末、尼龍、光敏樹脂甚至是金屬、陶瓷等不同的材料。” 顏永年說。

顏永年介紹，3D打印技術主要包括4種類型：微滴噴射（FDM）、激光固化（SL）、激光燒結（SLS）和激光熔化（SLM）。其中，微滴噴射主要適用于生物制造；激光燒結因為能夠打印飛機等高端產品上的關鍵金屬零件為國防做出貢獻，而在1999年被美國評為“最具創造力的技術”，它和激光熔化的主要優勢在于快速成型較高強度的金屬模具。“后來又衍生的很多技術都是在這四大類技術基礎上發展起來的，基本工作原理都是逐層增加材料，最終形成物件，因此，這些技術都被通俗地稱作3D打印。”

這不是一個新概念

雖然時下3D打印被人們炒得不亦樂乎，但它卻并非什么新概念。

雖然時下3D打印被人們炒得不亦樂乎，但它卻并非什么新概念。3D打印誕生于上世紀80年代，被稱為“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場”，迄今已有20多年的歷史。早在1986年，美國科學家Charles Hull就發明出世界上第一臺3D打印機。20世紀90年代初，美國麻省理工學院（MIT）獲3D印刷技術專利，很快MIT和3D系統公司就各自開發了三維打印系統，隨后ZCorp、Objet Geometries和Stratasys 也把以疊層制造技術為基礎的3D打印產品推向了市場。如今，MIT和3D系統在3D打印領域依然保持著領導者地位。

過去20多年間，3D打印技術已廣泛應用于多個行業領域，如汽車、航空、電子、醫療設備、牙科器械、玩具、家具制造、建筑、藝術和時尚等。

英國埃克塞特大學研究人員制作了一款以巧克力為原料的3D打印機，可以用來打造屬于自己獨一無二的個性巧克力；中國杭州的雕塑家李慶華利用3D打印技術，復原了在時光侵蝕中變得破敗不堪的山西天龍山石窟造像群；荷蘭設計師艾瑞斯·凡·赫龐將3D打印技術與手工制作完美結合，使用錦綸打造出了傳統制造方式難以實現的復雜藝術品；而在醫療方面，除了3D打印的機械手臂，還有患者在荷蘭接受了世界上首例由3D打印技術制作的人工下頜骨移植手術。

讓“紙上畫餅”成真的3D打印鮮肉技術也并非異想天開：雖然研究人員早就掌握了實驗室培育人造肉的技術，但只是在營養成分上接近肉，真實外觀和口感還相差甚遠。有了3D打印技術的幫助，用微小的人造血管構造一塊肉的立體框架，再在血管之間填充脂肪、蛋白質，形成肌纖維和肌肉組織。電腦提前設計好打印程序后，由技術人員按照真正肉類所含的營養元素往里添加原料，采用水基溶膠凝膠法，再配合特殊的糖分子結構，做成的鮮肉特別有彈性，而且烹飪后肉質松散有嚼頭，絲毫不遜于真正的肉。

由美國Organovo公司研制的3D生物打印機如今已經可以制造動脈，開發者稱由這種設備“打印”的動脈最早有望在5年內用于心臟搭橋手術。而心臟、牙齒和骨骼等更為復雜的器官則應該可以在10年內被“打印”出來。

在未來的航天事業中，由于攜帶備用零件會增加飛船的體積和質量以及受到宇宙中失重環境的影響，一旦飛船上面的某個零部件壞了，想要換新是十分困難的，如果利用裝在飛船中的3D打印機按需打印零部件，問題便可迎刃而解。發明了以沙石為原料打印建筑物的設計師恩里科·迪尼甚至宣稱，希望有一天，可以使用月球塵埃，在月球上輕松地建筑起一個基地。

據Wohlers Associates統計，2011年，美國市場共售出超過23000套3D打印設備。而2007全年，這一數字僅為66套，4年增長了近350倍。3D打印設備的市場前景十分樂觀。據介紹，2011年全球3D打印產品與服務的銷售額為17億美元，預計到2019年，該行業的收入將達69億美元。

可以說，3D打印機幾乎已經被運用到各個行業中，將原本難以實現的設想一一轉化成現實。無怪乎3DSystems公司負責全球市場營銷的副總裁凱西·劉易斯曾在采訪中自信滿滿地說：“有了3D打印，一切不再復雜。3D打印機幾乎可以創造任何東西。”

我們準備好了嗎？

雖然3D打印技術在中國尚未普及，但產業鏈正在形成，發展異常迅速，近兩年增長尤其快，年增速均在50%以上。

有專家表示，3D打印概念之所以在2012年引人矚目，除了其技術不斷成熟和應用范圍不斷擴大的原因之外，美國政府對3D打印高度重視所產生的示范效應也不可忽視。2012年3月，為重振美國經濟和美國制造，美國總統奧巴馬提出建設全美制造業創新網絡，并將3D打印確定為方向之一，引發世界其他國家紛紛效仿。中國也成立了3D打印技術產業聯盟，以促進相關技術和產業的發展。

“中國在3D打印技術研究方面，并不落后。”工信部部長苗圩此前接受媒體采訪時就曾表示，北京航空航天大學在國際上率先研發的飛機鈦合金大型復雜整體構件激光成型技術，就是在3D打印領域的重大突破。

從上世紀90年代起，我國開始研發3D打印技術，目前包括西安交通大學、華中科技大學、清華大學和北京航空航天大學等高校在這一技術領域已取得了不俗成績，基本與西方發達國家處于同一水平，研發出光固化、金屬熔敷、陶瓷成形、激光燒結、金屬燒結和生物制造等類型的3D打印裝備及材料。

清華大學、西安交通大學、華中科技大學、華南理工大學、北京航天航空大學、西北工業大學及北京隆源自動成型系統有限公司等高校和企業，率先在3D打印設備制造、3D打印材料、3D設計與成型軟件開發和3D打印工業應用研究等方面，開展了積極探索。目前，我國部分3D打印技術已處于國際領先水平。

此外，近年來，部分優勢科研單位加快開展3D打印制造技術的研究。其中北京航空航天大學王華明教授、西北工業大學黃衛東教授已實現了大型飛機結構件激光沉積直接制造；華南理工大學楊永強教授開發了激光選區熔化金屬粉末工藝及設備；清華大學林峰教授開發了電子束選區熔化金屬粉末工藝及設備和激光微熔覆沉積制造技術等；華中科技大學史玉升教授科研團隊研發世界最大激光快速制造裝備（3D打印機），采用基于粉末床的激光快速制造技術，入選2011年中國十大科技進展；同濟大學開發了3D打印成形系統。此外，清華大學利用快速成形技術的基本原理，針對再生醫學和組織工程的需求，開發了低溫沉積成形技術和細胞三維受控組裝技術，形成了生物制造的核心技術。

雖然3D打印技術在中國尚未普及，但產業鏈正在形成，發展異常迅速，近兩年增長尤其快，年增速均在50%以上。一些家用電器、通訊技術、航天、航空和汽車等領域企業對3D打印機的需求較多，應用于制造高端零部件產品，此外，醫療行業、食品行業、建筑行業和文化創意產業等對3D打印的需求也日益增強。

2012年，被稱為“3D打印機元年”，是3D打印機市場從萌芽期進入成長期的轉折點。資料顯示，在美國，3D打印技術已經初步產業化。2012年，美國和以色列兩大3D打印公司宣布合并，聯姻后公司市值達30億美元。美國一家3D打印服務企業已擁有15萬個會員及超過6000個用戶，已為顧客打印過上百萬件產品。

在我國，2012年也是3D打印機公司日益增多的一年。北京上拓科技有限公司已經批量化生產3D打印機，一些3D打印機公司已將自己的產品放到淘寶商城上出售。

3D打印電子商務叁迪網（）于2012年成功上線運行，以汽車設計、3C產品、裝備制造、動漫設計和個性化需求等為主要用戶，提供在線3D打印服務，這是國內首家在線3D打印電子商務服務平臺。

2012年11月，為加大行業整合力度，促進產業鏈協同創新，加強各環節合作，推動北京數字化制造領域全產業鏈協同發展與快速成長，“北京數字化制造產業技術創新聯盟”正式組建。

2012年底，工信部宣布，將加強頂層設計和統籌規劃，推動3D打印產業化，并組織制定發展路線圖和中長期發展戰略，完善3D打印技術規范與標準制定。

冷靜看待3D打印熱潮

相比倫理道德方面的掙扎和社會安全隱憂，3D打印技術在將來所面臨的最大障礙或許來自各個利益方的博弈和制衡。

盡管3D打印在技術上存在著無限的想象力和應用空間，但是其未來之路真的會一帆風順嗎？一些潛在的問題使得這種情況看起來并沒有那么樂觀。

之前，所有人對干細胞技術在醫學上的前景和潛力也都懷有同樣甚至更強的期待，然而，由于這項技術在倫理道德方面存在著過大的爭議，不僅引起了外界的強烈爭議，同時，在研究者內部也掀起了質疑，科學技術和倫理之間的爭端、分歧從來沒有這樣嚴重過。

最終，美國法院禁止政府資助任何和干細胞研究相關的科研項目，歐盟全面禁止干細胞技術申請專利，在我國，對干細胞的應用也同樣做出了嚴格的規定。

這恐怕也是能打出嬰兒模型以及腎臟的3D打印技術必須同樣面對的困境，如何才能保證3D打印技術既能在醫學上造福大眾，同時又避免在倫理上引起大眾的質疑，這不僅僅是一個簡單的技術問題，同時涉及到人類社會、宗教、法律等諸多方面，對這樣一項尚處于成長期的技術而言，來自外部的壓力往往有可能是阻止其進步成長的罪魁禍首。

如果說3D打印倫理方面還只是引起人們對未來的隱憂的話，那么它在社會安全方面已經切實引起人們的擔心。

就在不久前，美國有男子利用3D打印技術自造了一支自動步槍，在進行200發子彈以上的試射后，本來這件事從某種意義上凸顯了3D打印技術的強大實力，在其他任何時間節點上出現都不會有太多的人注意。但是，不幸的是，就在這條消息前一周左右，卻發生了造成12人死亡的TDKR影院槍擊事件，3D打印技術也不可避免地被推倒風口浪尖。

隨著3D技術的進步和改進，引發的相關安全風險還會越來越大。最后擺在人們面前的難題將是，如何保證3D打印技術不被犯罪分子和利用來為非作歹？又如何建立一套行之有效的監管機制來防止其這項技術被濫用？

但是，相比倫理道德方面的掙扎和社會安全隱憂，3D打印技術在將來所面臨的最大障礙或許來自各個利益方的博弈和制衡。

上世紀90年代中期，通用公司推出了電動汽車EV1，如果電動汽車技術能夠成熟并發展起來的話，能源枯竭難題、環境污染和能耗浪費等問題都將得到改善。然而，到了2000年，通用公司不僅宣布停止生產EV1，同時對其進行集中召回，最終在沙漠地區進行了徹底銷毀。

根本的原因就在于圍繞EV1所產生的利益糾紛，如果電動汽車技術一旦成熟，石油公司將成為最大的犧牲品。于是，這些資源寡頭設局伙同政府當局對這項技術進行了打壓，最終迫使EV1退出市場。

現在，大家對3D打印技術的前景希望越大，它所侵犯的那些寡頭的利益也就越大。如果它能制造牛肉，那么畜牧業將受到影響，如果它能制造工業零件，將不同程度地波及到制造業相關部門，3D打印對零售業、人們的生活方式以及現有的商業模式都有可能是史無前例的沖擊和影響。

那么，如今的這些寡頭和既得利益者會輕易容忍它嗎？3D打印會不會落得一個和EV1相似的結局呢？在利益面前，沒有人知道資本和市場會做出怎樣的選擇——究竟是以技術和未來為重？還是斤斤計較于現下和局部的利益。

并非無所不能

現在如果有人說，3D打印可以在一臺打印機上一次性打印出一架能用的飛機，我敢說他是在亂說。

“3D打印技術在我國的應用領域十分廣泛，目前主要集中在高端應用、中端工業應用和民用領域。”北京隆源自動成型系統有限公司總經理馮濤，有著多年的從業經歷、被業界公認為3D打印行業專家。他說，中端工業應用領域，例如企業新產品研發，在其開發設計階段，3D打印可以在沒有模具的情況下，直接進行樣品原型制造，這就大大降低了設計與制造的復雜度，縮短了新品研制周期，降低了開發成本和風險。

不過，目前的3D打印并不適合批量生產。“它的優勢在于傳統制造業生產不出來，或者即使能生產但成本較高、研發周期較長的產品。”亞洲制造業協會首席執行官、3D打印技術產業聯盟副理事長羅軍說。

羅軍介紹，現實生活中有許多用量不大、非常規設計的產品需要制造，比如高端應用中的航空和航天領域，符合流體力學規律的部件往往都不符合零件的生產條件，傳統的工藝制造難度很大，同時許多產品內部復雜的設計構造在實際操作中根本就無法開模。“再如，傳統飛機制造成本高，切削加工要去除95%以上的材料，3D打印技術則利用金屬粉末只打印必須的部分，不浪費一點兒金屬，節省了原材料。”

在專家們看來，媒體的報道令人興奮，但現實中的3D打印，并非無所不能。

全國政協委員、江蘇省社會科學院院長劉志彪曾在2013年兩會上提出《新興成長產業要避免衰退做法，加快發展以3D打印機為代表的戰略性新興產業的新對策》。他指出，當前全球3D打印產業尚處于發展的初級階段，對其過分追捧是不明智的。為了實現產業化，亟待解決的關鍵問題主要有以下3個方面。

首先是產業市場需求的培育。市場需求是產業發展的原動力。目前，全球3D打印產業的市場規模只有區區幾十億美元，占全球制造業的比重僅為0.02%。因此，如何培育和迅速擴大市場對3D打印產業的需求是當前需要解決的首要關鍵問題。

其次是產業核心技術的革新。當前，3D打印遠非成熟技術，在打印技術、控制軟件、材料開發等核心領域的技術研發還存在明顯不足。如在打印技術方面，目前快速成型零件的精度及表面質量大多不能作為功能性部件，只能做原型使用。在材料開發技術方面，目前3D打印耗材非常有限，僅有石膏、無機粉料、光敏樹脂、塑料、陶瓷等10多種材料，顯然無法滿足生產對材料多樣性的需求。

再次是產業低成本和高效率生產的突破。與標準化、規模化的流水線生產方式相比，當前3D打印技術的優勢在“成形”而非“制造”。因生產的利潤源于低時間成本，而當前3D打印一個單件就需好幾個小時，故目前3D打印技術的生產效率比傳統制造業更低。

“現在如果有人說，3D打印可以在一臺打印機上一次性打印出一架能用的飛機，我敢說他是在亂說。”羅軍對一些媒體并不準確的報道表示擔憂，他認為這無助于公眾正確認識3D打印。

“一架飛機由成千上萬不同材質的零部件組成，不可能在一臺打印機上實現。其實嚴格來講，3D打印制造的只是飛機的外殼和部分金屬零部件，而飛機中的精密儀器和復雜的集成電路，目前還是不能通過3D技術打印出來的。”羅軍解釋說。

“3D打印為我們描繪了非常美麗的前景，但其發展同樣面臨著多重制約。”羅軍說，3D打印的核心技術有兩個，一個是激光噴嘴，另一個就是打印材料，前者關系產品的精度和硬度，后者關系產品的實用性。在他看來，目前材料是3D打印發展亟待突破的瓶頸。因為任何一件產品都有其功能性，“我們不只是要打印一雙像鞋子的‘鞋子’，而是能穿的鞋子。否則3D打印是沒有意義的。”

顏永年坦言，效率、成本、性能等方面的不足也制約著3D打印的發展。例如，打印一個大的零件通常要好幾天，一個很小的螺母也要十幾分鐘，而傳統制造方法可能只要一秒鐘。

選材受限影響前進步伐

材料的限制“綁”住了用戶的使用熱情，也“綁”住了3D打印設備廠商闊步向前的步伐。

“連機器帶物料差不多兩萬元錢，用了整整4個小時才打印出一個小小的手環。”一位購買了3D打印機的用戶徐天舒在微博上抱怨。

在他看來，3D打印機目前只能小規模打印一些復雜的物件，除了對個人用戶來說成本太高，有限的材料選擇也是很大的問題。“打印來打印去，不管是打印玩偶還是模型，都是固定的一種材料，時間長了新鮮感也就沒了。”

除了個人用戶對打印體驗豐富性的要求，對工業級用戶而言，材料的稀缺也讓3D打印機是暫時只能用于小規模試制的“奢侈品”。一家已采用3D打印的醫療器械公司負責人向記者透露，工業級3D打印機使用的材質幾乎不能通過淘寶等電商平臺買到，很多只能匹配生產廠家提供的耗材，大多是國外進口，價格非常昂貴。

材料的限制“綁”住了用戶的使用熱情，也“綁”住了3D打印設備廠商闊步向前的步伐。

10多年前，馮濤任教于清華大學高分子材料研究所。他曾嘗試一邊做3D打印設備，一邊研發3D打印材料。然而，巨額的投資需求和短期內極小的市場回報，使他和團隊不得不暫緩了工程塑料等材料的研制。

而今，情況依然沒有好轉。

雖然國際上先進的3D打印企業已能實現工程塑料、尼龍、樹脂、石膏粉等10多種3D打印材料的打印，但是在國內，3D打印材料嚴重受限的“缺鈣”現象絲毫沒有好轉——自主研發的3D打印機大多只能打印金屬、ABS這區區兩種材料，并且每一臺機器只能打印一種材料，無法實現打印材料的自由切換。

“即便美國最先進的廠家有10多種打印材料，要想讓3D打印進入大眾消費領域，他們這個數量也遠遠不夠。”馮濤說。

王華明，北京航空航天大學材料學院教授，憑借飛機鈦合金大型復雜整體構件激光成形技術獲得2012年度國家技術發明一等獎。他說，之所以材料如此稀缺，是因為3D打印所用的材料是一套與傳統材料學不同，需結合精密儀器、3D打印工藝和材料本身的相對獨立的研發系統。在可應用的材料方面，所有的3D打印設備廠家都是白手起家。對于絕大多數企業來說，3D打印市場培育尚處初期，投資研發新材料的動力嚴重不足。

3D打印能打印人耳、肝臟等人體器官的消息頻見報端，王華明則認為，“真正能打印出人體器官，那一定是生物組織工程的突破，而絕非3D打印機的功勞。”

標準太低、太粗糙

現有標準定得太低、太粗糙，幾乎任何一家3D打印企業都能輕易達標。

假如材料問題解決了，成本也降下來了，能夠幫人們隨時隨地實現個性打印，3D打印機是不是就能暢通無阻地“飛入尋常百姓家”呢？

答案依然是否定的，事情遠非這么簡單。

“打印精度是否達到廠家宣稱的標準、噴頭是不是容易堵，這些產品特性都沒有官方的評價機制，只能上網查查、憑網友和同行的口碑推薦了。”一位想要購買一臺桌面3D打印機的首飾設計師表達了她的困惑。

她的擔心絕非個例。記者調查發現，市場上專業3D打印設備公司的桌面3D打印機售價1萬～3萬元不等。然而，在一些硬件社區，只需花6000元就能買到一臺DIY的3D打印機。

相差1到5倍的價格，質量上的差別，買家卻很難從權威機構的質量認證標準上獲得辨別。

事實上，中國機械工程學會特種加工分會此前已牽頭制定了3D打印技術相關的安全標準、產品標準，但是對于這一標準，馮濤認為，“現有標準定得太低、太粗糙，幾乎任何一家3D打印企業都能輕易達標。對維護行業健康競爭發展，對消費者權益也更為重要的具體的產品檢測方法、檢測標準，這些都沒有明確的規定。”

馮濤認為，當3D打印機像手機、電視這種成熟的產品或電子儀器一樣，由第三方機構都可對其產品達標情況進行檢驗時，3D打印機才有可能真正地“飛入尋常百姓家”。

掀起第三次工業革命？

與其過于樂觀地說3D打印技術將引領“第三次工業革命”，還不如說有助于推動產業升級更為實際。

英國《經濟學人》雜志曾指出，在3D打印技術得到廣泛應用的情況下，制造業也許不再運用工廠這種將人力、資金、設備等生產要素大規模集中化的生產方式，而是轉變為一種以3D打印機為基礎、更加靈活、所需投入更少的生產方式。《經濟學人》將這種趨勢稱之為“社會化制造”，并認為這種新型的生產方式，有望促成第三次工業革命。

然而，對于3D打印技術是否會就此帶來“第三次工業革命”的問題，柏林工業大學3D實驗室主任哈特穆特·施萬特教授卻給出了否定的答案。他說：“盡管3D打印技術對于科學和經濟已有一個重要的作用，并且贏得一個非常有活力的發展，設備和軟件被不斷研發更新，有了越來越多的應用領域。但我認為現在這個階段就說3D打印將帶來‘第三次工業革命’是夸張的，目前還沒有人可以做這樣的斷言。”

施萬特解釋說：“目前為止，3D打印技術仍然是一個非常昂貴的技術。設備購置、材料成本以及技術維護都還非常昂貴。在3D打印機市場上雖然可以有多種不同的技術，但是每種技術只有一個制造商，他們仍然試圖維持較高的價格，因此一般的中小型企業在經濟上難以支撐這樣的應用。還有一個更大的問題，3D打印任務不可能點擊一個按鈕就自動產生。大部分的工作在于密集的數據準備。這需要大量的時間并要求大部分員工有長期的經驗和專門技能，這樣的人現在數量還非常少，這也不是一個中小企業所負擔得起的。”

在劉志彪看來，與其過于樂觀地說3D打印技術將引領“第三次工業革命”，還不如說有助于推動產業升級更為實際。3D打印技術雖然會重整發達國家制造業競爭力，但是短期內難以顛覆整個傳統制造業模式。

“首先，3D打印只是新的精密技術與信息化技術的融合，相比于機器大生產不是替代關系而是平行關系；其次，3D打印原材料種類有限，決定了絕大多數產品打印不出來；第三，個性化打印成本極高，而只有規模化才能降低成本。” 劉志彪指出，3D打印的“革命性”或許只有在漫長的發展過程中才能慢慢顯露，但短期內難以成為“革命性”的現實。

對制造業產生沖擊？

3D打印和傳統制造都有各自的優勢，兩者不可互相取代，在今后很長一段時間內，3D打印與傳統制造工藝將不可分割地共存。

3D打印的興起，會對中國制造業造成哪些沖擊？劉志彪表示，在個性化需求逐漸占據主導地位的消費時代，3D打印產業化顯然會對中國這樣的制造業大國產生巨大的影響。一是由于其超強的設計能力，可能帶動我國制造業的轉型升級；二是由于其精密化的“打印”，可能取代低附加值產業成為高附加值的精益制造業；三是給新材料提供發展機遇；四是使研發和設計等“非實體性活動”成為產業鏈高端，從而推動制造業價值鏈的攀升和制造服務化。

王華明說，3D打印是一匹千里馬，確有用武之地。但是，至少從目前來看，3D打印和傳統制造都有各自的優勢，兩者不可互相取代，在今后很長一段時間內，3D打印與傳統制造工藝將不可分割地共存。

很多從事3D打印研究的專家與王華明的觀點一致， 3D打印機不會徹底取代車床、鉆頭、沖壓機、制模機等傳統工具，傳統的標準化生產方式仍然會是主流。3D打印不會把中國制造“逼上梁山”，反而會成為傳統生產方式的“好哥們”。

市場培育的過程雖然漫長，卻極少有人否認3D打印機的發展前景。“20年前機器人剛剛興起時，發展也極其緩慢，但隨著這一兩年富士康等制造企業大規模啟用工業機器人，工業機器人的發展拐點已經到來。同樣是制造業變革的一部分，3D打印機肯定會與機器人一樣，也會迎來這一天。”馮濤說。

“生物制造是今后3D打印的一個最新發展方向，基于3D打印技術的細胞三維受控組裝工藝，是生物制造中最為核心的技術，其目標為具有新陳代謝特征的生命體的成型和制造，”顏永年透露，這個產業在美國已經興起，并達到了40億美元的規模，“20年后，我相信3D打印人體全功能內臟器官完全有可能實現。”

對3D打印的前景，羅軍也十分看好。他說，未來3D打印將呈現與傳統制造業并駕齊驅、互相補充的發展態勢。3D打印技術的發展離不開傳統制造業的支撐，“而3D打印技術將為傳統制造業的轉型升級提供技術支持”。

篇6

無獨有偶，3D打印技術同樣應用在其他方面。一群狂熱的民間火箭愛好者在不久前利用3D打印技術打造了一支微縮版火箭，能夠沖上2萬米高空，成本也僅有6000英鎊。日本也在最近宣布將利用3D打印技術制作專為盲人設計的地圖。

從這些例子來看，3D打印技術似乎已經進入社會生活的方方面面，不過，3D打印技術想要得到廣泛應用，要走的路卻還很長，原因在何？頭條前瞻的沖鋒耗認為，可能有以下幾個方面。

材料限制——3D打印技術需要的材料在目前看來，是十分有限的，這些材料必須同時具備柔韌性跟穩固性，既能夠被3D打印機碾碎成粉末或者油墨狀使用，同時在成型時保持堅固，以人類現在的技術而言，只有寥寥數種材料滿足條件，材料的限制使得3D打印技術的發展舉步維艱。

盡管人們相信在未來還會發現更多廉價而充足的打印材料，但是就目前而言，3D打印仍然只是一種昂貴的玩具。

知識產權——如果人類有一天解決了3D打印技術的材料跟費用問題，3D打印進入千家萬戶，那么知識產權問題可能就會成為十分頭疼的問題。因為3D打印只需要有模版就可以，互聯網時代想要找到一個免費的模版是很容易的事情，如果用戶私下利用3D打印了一個物品，并進行無限復制，那么擁有這個物品知識產權的個人或者團體，又該如何維護自己的利益呢？ 道德底線——3D打印，可能帶來最嚴重的社會問題就是，利用3D打印技術及可能的材料，人類完全可以打印出與身體器官功能一致的活體組織，而且可能比原本的器官功能更加完善。器官更換、3D打印器官買賣，這完全是可以預見到的未來，到時候又該如何解決？利用3D打印技術人為延長壽命，這無疑是在挑戰大自然。

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【關鍵詞】3D打印；關鍵技術；產業化

1 3D打印的概述

近年來，3D打印技術受到國內外新聞媒體和社會公眾的熱切關注和追捧，被認為是最近20年來世界制造技術領域的一次重大突破，英國《經濟學人》雜志認為它將與其他數字化生產模式一起推動實現新的工業革命3D打印技術，又稱”三維打印技術”，即快速成型技術的一種，是指通過可以”打印”出真實物體的3D打印機，采用分層加工、疊加成形的方式逐層增加材料來生成3D實體。快速成型技術誕生于20世紀 80年代后期，是基于材料堆積法的一種高新制造技術。目前，3D打印技術已在醫學、電子、機械和軍事等眾多領域進行了應用[2]，其市場份額：建筑類，3%；消費電子產品，20.3%；車輛，19.5%；醫療/口腔醫學，15.1%；飛行器，12.1%，工業/商用機器，10.8%；學術研究，8%；行政/軍事，6%；其他：5.2%.

2 3D打印的關鍵技術

3D打印技術需要依托多個學科領域的尖端技術，主要包括以下方面[3]：

1）信息技術，即要有先進的設計軟件及數字化工具，輔助設計人員制作出產品的三維數字模型，并根據模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向；

2）精密機械，即 3D 打印技術以材料的層層疊加為加工方式，產品的生產要求高精度，必須對打印設備的精準程度和穩定性有較高的要求；

3）材料科學，即用于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合起來，并具有合格的物理/化學性質。

客觀說，目前 3D 打印技術尚不成熟，存在缺乏宏觀規劃和引導、技術研發投入不足、產業鏈缺乏統籌發展及缺乏教育培訓和社會推廣等問題。它作為一項多學科交叉的高新技術，還需要在各相關領域投入較大的研發力量，才能掌握完整的核心技術"。

3 發展3D打印的建議

針對當前3D產業存在的不足，為發展3D打印產業提出以下建議[3]：

1）制定3D打印產業發展規劃，優先發展3D打印產業。

建議將3D打印技術定位為生產業、文化創意、工業設計、先進制造、電子商務及制造業信息化工程的關鍵技術和共性技術，將該產業納入優先發展產業及產品目錄。

2）加強3D打印產業聯盟，行業協會建設，推動產業協同發展。

積極引導工業設計企業、3D數字化技術提供商、3D打印機及材料研發企業和機構、3D打印服務應用提供商組建產業聯盟，利用有關學會、協會的平臺加強研討和交流，共同推動3D打印技術研發和行業標準制定。促進3D打印技術發展的市場建設，包括3D打印電子商務平臺、3D打印數據安全和產權保護機制、3D打印技術及關聯項目投融資機制等，促進產業可持續發展。

3）加大科技扶持力度，提升3D打印技術水平。

設立3D打印產業專項基金，重點推進數字化技術、軟件控制、打印裝置、材料技術等關鍵技術的研發。在研發扶持中，要注意建立公平、公正的研發績效評估體系，鼓勵各研發主體探索不同的技術路徑。加強對3D打印產學研合作的支持，特別對實施產業化的企業在市場銷售、推廣上給予政策支持。

4）加強教育培訓，促進3D打印社會化發展。

將3D打印技術納入相關學科建設體系，培養3D打印技術人才。依靠行業協會、博覽會、論壇等組織形式進行3D打印技術和應用的培訓。在科技館、文化藝術中心、青少年活動中心等公共機構進行3D打印技術的展示、宣傳和推廣。發展3D打印服務機構，推廣3D打印技術應用，為發展3D打印產業積累應用經驗。

【參考文獻】

[1]劉紅光，等.國內外3D 打印快速成型技術的專利情報分析[J].情報雜志， 2013，12（6）：40-46.

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什么會成為第三次工業革命的象征尚無定論，而呼聲最高的熱門技術非“3D打印”莫屬。堆積制造又稱3D打印，指的是基于數字模型制作三維物體的過程。

要成為工業革命的驅動，必須滿足“是科學技術上的重大突破，使國民經濟的產業結構發生重大變化，進而使經濟、社會等各方面出現嶄新面貌”這個苛刻的定義，3D打印何德何能？

是顛覆也是互補

國人偏好“3D打印”這種說法。通俗地說，3D打印與激光打印的過程頗有異曲同工之妙：分層加工，疊加成形，逐層增加材料生成打印結果。外觀上，3D 打印機和普通打印機并無天上地下的區別。3D打印機獲取物品的3D 數據信息后，逐層分切打印。當然，3D 打印機采用的是特殊材料而非紙張。原材料一層層地被特殊的膠水粘合，按照不同的橫截面圖案固化，并一層層迭加，像做蛋糕那樣創建三維實體。

對比傳統制造和基于3D打印的制造，可以發現這兩者之間的思維方式是顛倒的：傳統制造技術的本質是“減法型”，一般做法是，取一塊原材料，使用切割工具削成想要的產品；3D打印則是“加法型”，從零開始，噴射流質的原材料，然后一層一層加固成型。

3D打印機的分層疊加方式決定了它還具有多個令人嘆服的優勢：它制造出的混合材料擁有多重屬性，它還能使制造出的部件擁有物體不同部分使用不同材料的屬性。

巧婦難為無米之炊，3D打印機的“耗材”直接決定了3D打印機的能力邊界。目前支持3D打印的材料很多。不同公司生產的3D打印機支持不同的材料，樹脂、尼龍、石膏、塑料這些材料已被普遍使用。而隨著研發水平的不斷進步，支持鈦、不銹鋼或鋁、鐵金屬材料的打印機也已經出現——“只有想不到，沒有打不出”不會是一句空口號。

和任何一個新興技術一樣，3D打印機目前的成本還過于高昂，但規模化效應將使得3D打印機徹底平民化，或許哪天你就穿著自己打印出來的、獨一無二的漂亮裙子逛街去了——這一直是工業界的終極夢想：徹底的個性化生產，每一件產品都可以不一樣。

正在改變制造業

美國《時代》周刊毫不吝嗇地將3D打印列為“美國十大增長最快的工業之一”，英國《經濟學人》雜志則認為它將“與其他數字化生產模式一起推動第三次工業革命的實現”。

3D打印將重塑全球制造業格局已是共識，因此無論是不是原本的制造業大國，許多國家都在冥思苦想如何搭上3D打印這艘順風船。

調查顯示，已有近40%的美國企業準備把分散在世界各地的工廠遷回美國，歐盟也正制定相關政策迎接相關企業的回流。企業的回流，并非簡單的搬遷，而是要借機進行生產技術的更新換代。3D打印契合了這些需求，它能夠大幅縮短制造工期，降低成本，可在光學、機電、精密機械、模具等領域應用。

美國和歐洲在3D打印領域均已有所建樹，初步打通了從科研到生產的鏈條。

全球有兩家3D打印機巨頭，兩者都已在納斯達克上市，成為資本市場的寵兒：一家是Stratasys公司，不久前收購了以色列一家名為Objet的3D打印機公司；另一巨頭是3D Systems公司，它在2012年初通過收購另兩家3D打印機品牌Z Corporation和Vidar Systems牢牢地奠定了江湖地位。

Stratasys和3D Systems都坐擁著每年近兩億美元的市場營收。前者的客戶不乏寶馬、戴爾、英特爾、耐克等多個世界500強企業。

中國制造直面挑戰

如果說微博讓每個人都成為了記者，3D打印就讓每個人成為了生產者。中國沒來得及趕上第一次和第二次工業革命，這次可得好好把握住。

美國沃勒斯同仁咨詢公司數據顯示，2011年全球3D打印產品與服務的銷售額為17億美元，該公司預測到2019年，該行業的收入將達69億美元，其中零部件制造將占80%。

毫無疑問，制造業受到來自3D打印的沖擊最大，而中國又是制造業大國。因此，對中國制造業來說，3D打印是挑戰更是機遇。

篇9

大型激光器是3D打印機的核心部件之一，以孫建民所在的北京隆源自動成型系統有限公司（下稱北京隆源）為例，大型激光器占據了北京隆源3D打印整機產品成本的40%。

讓身為公司副總經理的孫建民坐不住的，是北京隆源的大型激光器全部依賴進口。盡管這家1994年就誕生了的老牌3D打印企業已經有200多家設備客戶及500多家加工服務客戶，但仍不能改變自己的卡住咽喉被外國核心零部件企業卡住的命運。“如果沒有外國大型激光器，我們會立刻死掉。”

孫建民不想坐著等死，幾年來，北京隆源一直不放過任何可以跟一些激光所和光學所進行合作研發的機會。但北京隆源的這些努力并沒有獲得相應的回報，孫建民需要的這種以壽命長、功率穩定為標志的連續射頻二氧化碳激光器，是目前國內技術難以量產化的。

值得注意的是，“由于技術落后而依賴進口”并不是中國3D打印市場受制于國外的唯一理由。

“國內可以大量生產的零部件，國內3D打印企業也樂于進口外國品牌的。”在紫金立德總經理連寧看來，具有諷刺意味的是，這些打著外國品牌而被國內3D打印企業進口的產品，實質上多為國內制造的貼牌產品。

據連寧透露，這些國內制造的零部件，通過“留洋鍍金”價格立馬可以升高三分之一。其價格背后的邏輯是，這些零部件企業本身也有相同款產品不經國外貼牌環節便直接在國內銷售。“這些產品和同一工廠產的貼牌產品在管理和質量控制等方面有不小差距。”據悉，這些廠家生產出來的產品會根據品質分為三六九等，一等產品送往國外，貼好國外的品牌再銷售到中國，二等產品則直接在國內銷售。

在這樣的現實下，國內3D打印整機企業便面臨著，選擇廉價零部件則達不到質量要求，購買貼牌進口貨則只能默默吞下三分之一溢價的啞巴虧。

陷入進口漩渦不僅僅是3D打印機的生產企業，同時還有打印機的使用方。

山東凡域三維打印信息科技有限公司（下稱山東凡域）總經理楊凡最近正在跟一個國外的企業洽談購買3D打印機器的相關事宜，這已經是去年1月份剛剛成立的山東凡域所購買的第二臺國外設備。

2012年8月，楊凡和同樣留學歸國的李金呈打起了做3D打印生意的主意，在獲得500萬元的啟動資金后，兩人通過多次探討，最終將切入點放到了人體模型上面。楊凡認為涉及生活領域的3D打印產品更容易被市場接受。

然而，他們采購機器和材料的時候遇到了這樣一個問題：這種能夠打印彩色人體模型的機器和材料在國內根本找不到供貨方，如果只從國內廠商進貨，那么楊凡幾乎買不到可用的機器和材料。最后，楊凡只能從掃描儀、打印機到材料整套設備都從國外采購，而這樣一整套設備花掉了他200萬元，這相當于楊凡全部啟動資金的40%。

機器昂貴還可以接受，畢竟可以重復使用，但高額的制作材料已經成為了楊凡的心頭大患。“材料價格過高導致的成本過高會影響到最終產品的市場推廣。”楊凡沒有想到，自己當初美好的創業藍圖竟然會被材料難題困住。

楊凡使用的這種彩色的材料來自于美國，價格是按照克數來計算。最直觀的一個例子是，一個高十公分左右的人體模型，售價在幾百元甚至上千元，但這個價錢對成本而言也只是在賠本賺吆喝。

楊凡產品的大部分成本都花費在了進口材料上面。更重要的一點是，想要訂購這種材料，往往要提前半個月預約，即便是這樣，如果美國方面材料臨時斷貨，那么楊凡也只能選擇將自己3D打印機的電源拔下，因為他沒有可以供選擇的其他供貨商。

3D打印覓食難

最近，連寧正在常州為自己的公司“覓食”。

最早的連寧和楊凡一樣，都面臨3D打印制作材料受制國外的問題。2009年，連寧明顯地感覺到，如果再依賴外國進口原材料，那么紫金立德可能一兩年內就會因為巨大的成本壓力而關門大吉。

于是連寧開始不斷接觸國內的塑料薄膜生產企業，他希望這些企業能夠成為紫金立德新的原材料供貨方。但從一開始，就注定連寧的“覓食”之旅不會一路順風。

中國是世界上做塑料薄膜最大的國家，正因如此，這些生產塑料薄膜的工廠往往都以一天十噸為單位來計算產量，而一個3D打印機器打印一件東西通常是按克計量，全年的材料用量可能都不會超過2噸，換言之，3D打印企業的訂單對塑料薄膜企業而言是如同雞肋一樣的存在。當紫金立德找到這些大型塑料薄膜企業時，苦苦游說最終換來的永遠都是婉言回絕。直到2011年，有一家塑料薄膜企業勉強愿意提供一個樣本，這讓紫金立德看到了一絲曙光。然而，當再次找到這家薄膜企業談合作時，紫金立德卻再次吃了閉門羹。

遭遇連連折戟之后，紫金立德開始嘗試用這樣的說辭打動塑料薄膜廠商：3D打印是未來的主流趨勢，如果不先抓住這樣的機會，等將來3D打印真正打開市場以后，晚下手的塑料薄膜生產企業可能就會被市場淘汰。

時值2013年前后，3D打印開始在國內越來越熱，在這樣的環境和說辭下紫金立德終于拿下了常州百佳的一紙合同，也為紫金立德尋找3D打印材料的辛酸長路畫上句號。

“很長的一段時間我們是求爺爺拜奶奶，但就是沒有人肯與我們合作開發材料。”連寧回憶稱紫金立德在和材料商談判時。“對方開什么價我們認什么價，都不敢還價。”

其實國內的塑料薄膜企業也有自己的苦衷，就以最近連寧與常州百佳的合作為例。紫金立德這次向常州百佳下的訂單是一個一噸的單子，對于紫金立德來說，一噸已經是一個比較大的數目，大概能夠滿足紫金立德一到兩個季度的原材料用量。而一噸的訂單對常州百佳而言卻意味著要做出極大的犧牲，作為日吞吐量在十噸左右的世界五百強企業，為生產這一噸的3D打印材料，前后洗設備大約就需要兩噸的物料。

北京航空航天大學材料學院教授王華明認為，之所以材料如此稀缺，是因為3D打印所用的材料是一套與傳統材料學不同，需結合精密儀器、3D打印工藝和材料本身的相對獨立的研發系統。在可應用的材料方面，所有的3D打印設備廠家都是白手起家。對于絕大多數企業來說，3D打印市場培育尚處初期，投資研發新材料的動力嚴重不足。

國內3D打印技術面臨材料難題的主要原因在于，對一些材料的配比國內企業未能掌握，這導致中國3D打印領域甚至連試驗用打印材料都需要從國外進口。目前，雖然國際上先進的3D打印企業已能實現工程塑料、尼龍、樹脂、石膏粉等十多種3D打印材料的打印，但是在國內，3D打印材料嚴重受限的現象絲毫沒有好轉，自主研發的3D打印機大多只能打印金屬、ABS這區區兩種材料，并且每一臺機器只能打印一種材料，無法實現打印材料的自由切換。

在3D打印產業中，打印機決定的是工藝和性能，而材料則決定了應用。在應用層面，如果缺少材料，打印機再先進，也只能是華而不實的空殼。

作為3D打印的配套產品，材料的缺失無疑成為市場推廣的極大阻力，但中國3D打印產業缺失的不僅僅是材料。

3D打印產業本質上是高度智能的信息化生產過程，在這個生產過程中，系統軟件與打印設備等硬件扮演著同樣重要的角色。以切片軟件為例，目前大部分企業用的也是國外的產品，國內軟件企業編的算法無法滿足需求。

軟件的缺失讓3D打印企業非常頭痛，為了避開進口軟件高額的使用費用，目前大部分企業傾向于自己編寫軟件，但對于那些自己編不了的軟件則只能依賴進口。

2013年，已經兼做3D打印軟件多年的北京隆源收到了數碼大方的合作邀請，雙方希望能夠在軟件方面達成合作。對于北京隆源來說，將軟件外包出去可以將更多的精力和人力節省下來攻克一些打印機工藝和技術方面的難題，而對于已經在三維平面設計方面十分成熟的數碼大方，投入到越來越熱的3D打印軟件設計，不僅可以獲得一些政策層面的優待，也日益成為其不愿意喪失的領地。然而可惜的是，這種雙贏性質的合作談判卻在幾次溝通之后戛然而止，主要原因還是3D打印軟件目前的市場狀況不足以打動傳統軟件企業傾心投入。

目前專門做3D打印軟件的企業國內幾乎沒有，大部分都是傳統軟件企業半路出家。在孫建民看來，數碼大方之前做的是三維設計軟件，其用戶量是很大的，雖然現在3D打印很熱，但是沒有形成很大的用戶量，數碼大方也就不想投入太多力量專門研究這個軟件。

逼出來的胖子

“每一家企業都是從頭做到尾，這樣就造成一種低水平的重復，這對整個產業來說沒有任何好處。”在被問到如何看待當前中國3D打印企業的發展狀況時，中國工程院院士盧秉恒對《中國經濟和信息化》記者說道。

與歐美等國3D打印發展模式不同，中國的3D打印企業正朝著“大而不精”的方向走去。相比外國3D打印產業鏈的精細化分工，中國的3D打印產業鏈是這樣一種現狀：在產業鏈最下游的整機組裝和設備應用環節囤積了大量企業，而在零部件、原材料生產、系統軟件開發等上游和周邊環節卻面臨無人問津的難題。

以北京隆源為例，這家有40多位研究員的公司內，其一半的研究人員既負責設備研發也負責軟件編寫。這并不是北京隆源一種自發的多元化發展，而是面對中國3D打印產業鏈空洞而不得不進行的“進化”。“上下游空洞使得產業鏈顯得殘破不全。”一位從事3D打印研究多年的人士分析稱。“我們一直希望能夠形成一個產業鏈，拿軟件來說，這么多年國內就從來沒有人開發過。”孫建民抱怨稱。在孫建民看來，是產業環境讓北京隆源變成了一個什么都做的企業。“軟件我們自己編，材料我們自己開發，設備我們自己生產，工藝我們自己搞，按說我們的主營業務應該就是做裝備，因為我們是一個設備制造企業。”

這正是目前3D打印產業的真實寫照，任何一家3D打印企業都疲于奔走于一些非主營業務的其他相關業務范疇里，而這些工作，卻是3D打印企業不得已而為之。

3D打印產業包括上游的打印材料、中游的打印設備、相關外設及其設計軟件，以及下游的打印終端產品和工業設計服務等三大環節。根據調研結果顯示：在國外，激光器、軟件和材料等各個環節都相對獨立，有一個細致的分工。也就是說，做3D打印機器制造的廠商根本不用為材料和軟件發愁，因為所有上下游配套設施都有專門的企業去做，幾乎每一種配套設施都已經形成一個比較成熟的產業。

而在國內，3D打印行業長期以來呈現“小而散”局面，相互之間各自為政，設備、軟件、材料、工藝等都需要自己研究，沒有形成明確的分工。

在中國3D打印產業廣闊的市場前景以及政策支持下，3D打印產業成為推動中國產業結構轉型、升級的支柱力量似乎是理所當然的。但如何打通3D產業鏈上下游各個環節，形成暢通、完整的3D產業鏈體系，是當前產業轉型升級與新興戰略產業培育發展的關鍵。

濱湖機電董事長史玉升認為，政府應當對3D打印配套的材料企業進行更為有力的資金扶持，對研發3D打印材料的企業進行補貼。“政府應當出面解決因成本高而無人問津，最終導致3D打印材料斷檔的問題，以提升3D打印產業化的速度。”

其實，另一個值得注意的問題是，現在從事3D打印技術研究的基本上都是大學的教授和科研單位的專家，而他們的研究成果有時與市場需求形成一定的斷層，最終研究成果有時并沒有被投放到市場中去。

篇10

關鍵詞：3D打印產業；數字化制造；發展思路

中圖分類號：F49 文獻標識碼：A

文章編號：1007-7685（2013）01-0090-04

近期，英國《經濟學人》雜志在《第三次工業革命》一文中，將3D打印技術作為第三次工業革命的重要標志之一，引發了世人的關注。作為新生事物，什么是3D打印技術？它與傳統產品開發和生產制造有什么區別？發展的意義何在？我國發展現狀如何？下一步應如何發展？

一、3D打印概況

（一）3D打印的概念

3D打印技術是制造業領域正在迅速發展的一項新興技術，被稱為“具有工業革命意義的制造技術”。運用該技術進行生產的主要流程是：應用計算機軟件設計出立體的加工樣式，然后通過特定的成型設備（俗稱“3D打印機”），用液化、粉末化、絲化的固體材料逐層“打印”出產品。3D打印技術是“增材制造”的主要實現形式。“增材制造”的理念區別于傳統的“去除型”制造。傳統數控制造一般是在原材料基礎上，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品。而“增材制造”與之不同，無需原胚和模具，就能直接根據計算機圖形數據，通過增加材料的方法生成任何形狀的物體，簡化產品的制造程序，縮短產品的研制周期，提高效率并降低成本。

（二）3D打印技術所依托的關鍵技術

3D打印技術需要依托多個學科領域的尖端技術，主要包括以下方面：信息技術，即要有先進的設計軟件及數字化工具，輔助設計人員制作出產品的三維數字模型，并根據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，即3D打印技術以“每層的疊加”為加工方式，產品的生產要求高精度，必須對打印設備的精準程度、穩定性有較高的要求；材料科學，即用于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合起來，并具有合格的物理、化學性質。客觀說，目前3D打印技術尚不成熟。作為一項多學科交叉的高新技術，還需要在各相關領域投入較大的研發力量，才能掌握完整的核心技術。

（三）3D打印技術的應用領域

近年來，3D打印技術發展迅速，在各領域都取得了長足發展，已成為現代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、汽車摩托車、家電、生物醫學等領域得到了一定應用，在工程和教學研究等領域也占有獨特地位。

具體應用領域包括：工業制造。可應用于產品概念設計、原型制作、產品評審、功能驗證。制作模具原型或直接打印模具，直接打印產品：3D打印技術制造的小型無人飛機、小型汽車等概念產品已問世，家用器具模型也被用于企業的宣傳、營銷活動中；文化創意和數碼娛樂：可作為形狀和結構復雜、材料特殊的藝術表達載體。科幻類電影《阿凡達》運用3D打印技術塑造了部分角色和道具，3D打印技術制造的小提琴接近了手工藝的水平；航空航天、國防軍工：可對形狀復雜、尺寸微細、性能特殊的零部件、機構進行直接制造；生物醫療：可應用于人造骨骼、牙齒、助聽器、假肢等的制作；消費品：可應用于珠寶、服飾、鞋類、玩具、創意DIY作品的設計和制造；建筑工程：可應用于建筑模型風動實驗和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模擬；教育：可應用于模型驗證科學假設，用于不同學科實驗、教學。在北美的一些中學、普通高校和軍事院校，3D打印機已經被用于教學和科研；個性化定制：可提供基于網絡的數據下載、電子商務的個性化打印定制服務。

從市場應用份額看，3D打印技術應用在汽車及零配件領域占37%，在消費品領域占18.2%，應用于航空航天和國防軍工占13.7%，在商業機器領域占11.2%，在醫療領域占8.8%，在科研方面占8.6%。

二、我國3D打印產業發展現狀及面臨的問題

近年來，我國積極探索3D打印技術的研發，初步取得成效。自20世紀90年代初以來，清華大學、西安交通大學、華中科技大學、華南理工大學、北京航空航天大學、西北工業大學等高校，在3D打印設備制造技術、3D打印材料技術、3D設計與成型軟件開發、3D打印工業應用研究等方面，開展了積極的探索，已有部分技術處于世界先進水平。其中，激光直接加工金屬技術發展較快，已基本滿足特種零部件的機械性能要求，有望率先應用于航天、航空裝備制造；生物細胞3D打印技術取得顯著進展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國生物、醫學領域尖端科學研究提供了關鍵的技術支撐。目前，依托高校的研究成果，對3D打印設備進行產業化運作的公司實體主要有：北京殷華（依托于清華大學）、陜西恒通智能機器（依托西安交通大學）、湖北濱湖機電（依托華中科技大學）。這些企業都已實現了一定程度的產業化，部分企業生產的便攜式桌面3D打印機的價格已具備國際競爭力，成功進入歐美市場。

一些中小企業成為國外3D打印設備的商，經銷全套打印設備、成型軟件和特種材料。還有一些中小企業購買了國內外各類3D打印設備，專門為相關企業的研發、生產提供服務。其中，廣東省工業設計中心、杭州先臨快速成型技術有限公司等企業，設立了3D打印服務中心，發揮科技人才密集的優勢，向國內外客戶提供服務，取得了良好的經濟效益。

在家用電器、汽車配件、通信技術、航天、軍工等領域，3D打印技術被越來越多應用到產品研發和生產中。在醫療領域，國內高水平的醫院使用3D打印技術，為患者提供定制的牙齒和骨骼替代物以及具有仿生性能的體內植入物。在教育領域，我國有很多高校購買了3D打印設備，開展多個學科的教學和研究工作。目前，中國已成為美國、日本、德國之后的3D打印設備擁有國。

3D打印產業正成為投資熱點。不少原來從事數字化技術、材料技術、精密機械技術的企業紛紛考慮投資開發3D打印設備生產和服務。

資料來源：《3D打印技術將掀起“第三次工業革命”？》，載自《科學研究動態監測快報》，中國科學院國家科學圖書館，2012年10月1日。

目前，我國3D打印產業處于起步階段，存在一系列影響3D打印產業快速發展的問題。

第一，缺乏宏觀規劃和引導。3D打印產業上游包括材料技術、控制技術、光機電技術、軟件技術，中游是立足于信息技術的數字化平臺，下游涉及國防科工、航空航天、汽車摩配、家電電子、醫療衛生、文化創意等行業，其發展將會深刻影響先進制造業、工業設計業、生產業、文化創意業、電子商務業及制造業信息化工程。但在我國工業轉型升級、發展智能制造業的相關規劃中，對3D打印產業的總體規劃與重視不夠。

第二，對技術研發投入不足。我國雖已有幾家企業能自主制造3D打印設備，但企業規模普遍較小，研發力量不足。在加工流程穩定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術等諸多環節，存在較大缺陷，難以完全滿足產品制造的需求。而占據3D打印產業主導地位的一些美國公司，每年研發投入占銷售收入的10%左右。目前，歐美一些3D打印企業依托其技術優勢，正加緊謀劃拓展我國市場。我國對3D打印技術的研發投入與美國有較大差距，占銷售收入的比重很少。

第三，產業鏈缺乏統籌發展。3D打印產業的發展需要完善的供應商和服務商體系和市場平臺。在供應商和服務商體系中，包含工業設計機構、3D數字化技術提供商、3D打印機及耗材提供商、3D打印設備經銷商、3D打印服務商。市場平臺包含第三方檢測驗證支持、金融支持、電子商務、知識產權保護等支持。而目前國內的3D打印企業還處于“單打獨斗”的初級發展階段，產業整合度較低，主導的技術標準、開發平臺尚未確立，技術研發和推廣應用還處于無序狀態。

第四，缺乏教育培訓和社會推廣。目前，我國多數制造企業尚未接受“數字化設計”、“批量個性化生產”等先進制造理念，對3D打印這一新興技術的戰略意義認識不足。企業購置3D打印設備的數量非常有限，應用范圍狹窄。在機械、材料、信息技術等工程學科的教學課程體系中，缺乏與3D打印技術相關的必修環節，還停留在部分學生的課外興趣研究層面。

三、我國發展3D打印產業具有重要的戰略意義

當前，全球正在興起新一輪數字化制造浪潮。發達國家為解決近年來制造業競爭力下降的難題，大力倡導“再工業化、再制造化”戰略，提出智能機器人、人工智能、3D打印技術是實現數字化制造的關鍵技術，并希望通過這三大數字化制造技術的突破，鞏固和提升制造業的主導權。雖然3D打印等數字化制造的核心技術仍處在發展的初級階段，產業還不成熟，但在產品設計、復雜和特殊產品生產、個性化服務等方面已顯示其獨特優勢。所以，我們應充分認識智能制造、數字化制造對我國的深刻影響，加快3D打印產業的發展，推動我國由“工業大國”向“工業強國”轉變。

（一）發展3D打印產業，可提升我國工業領域的產品開發水平，提高工業設計能力

傳統的工業產品開發方法往往是先做模具，然后再做出樣品，而運用3D打印技術，無需模具，就可以把制造時間降低為以前的1/10到l/5，費用降低到1/3以下。一些好的設計理念，無論其結構和工藝多么復雜，均可以利用3D打印技術短時間內制造出來，從而極大地促進產品的創新設計，能夠有效克服我國工業設計能力薄弱的問題。

（二）發展3D打印產業，可生產出復雜、特殊、個性化的產品，有助于攻克技術難關

3D打印技術可為基礎科學的研究提供重要的技術支持。在航天、航空、大型武器等裝備制造業，零部件種類多、性能要求高，需要進行反復測試。運用3D打印技術，既在研制速度上具有優勢，還可以直接加工出特殊、復雜的形狀，簡化裝備的結構設計，化解技術難題，實現關鍵性能的趕超。在生命科學的研究和應用中，3D打印以“細胞打印”、“仿生定制”等形式出現，把標準化、自動化的機械加工業生產方式，應用到生物工程、生物制藥和臨床醫學等領域，已取得豐碩成果。以生物組織為原材料的制造業，有望成為高端制造業的重要組成部分。發展3D打印技術，將促進我國在生物能源開發利用、生物和化學藥劑試驗、人體組織和器官再造等領域取得技術進步。

（三）發展3D打印產業，可形成新的經濟增長點，促進就業

隨著3D打印技術的普及，“大批量的個性化定制”將成為重要的生產模式。3D打印技術與現代服務業的緊密結合，將衍生出新的細分產業、新的商業模式，創造出新的經濟增長點。如，自主創業者可通過購置或租賃低成本的3D打印設備（一些3D打印設備已低于1萬元），利用電子商務等平臺，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品，激發個性化需求，形成一個數百億甚至數千億元規模的文化創意制造產業，并增加社會就業。

四、我國3D打印產業發展的政策建議

（一）制定3D打印產業發展規劃，促進其優先發展

建議將3D打印技術定位為生產業、文化創意、工業設計、先進制造、電子商務及制造業信息化工程的關鍵技術和共性技術，將該產業納入優先發展產業及產品目錄。在財稅金融政策上，鼓勵企業投資、研發、生產和應用3D打印技術，支持3D打印設備的進出口。

（二）加強3D打印產業聯盟、行業協會建設，推動產業協同發展

積極引導工業設計企業、3D數字化技術提供商、3D打印機及材料研發企業和機構、3D打印服務應用提供商組建產業聯盟，利用有關學會、協會的平臺加強研討和交流，共同推動3D打印技術研發和行業標準制定。促進3D打印技術發展的市場建設，包括3D打印電子商務平臺、3D打印數據安全和產權保護機制、3D打印技術及關聯項目投融資機制等，促進產業可持續發展。

（三）加大科技扶持力度，提升3D打印技術水平

設立3D打印產業專項基金，重點推進數字化技術、軟件控制、打印裝置、材料技術等關鍵技術的研發。在研發扶持中，要注意建立公平、公正的研發績效評估體系，鼓勵各研發主體探索不同的技術路徑。加強對3D打印產學研合作的支持，特別對實施產業化的企業在市場銷售、推廣上給予政策支持。