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當前全球正在興起新一輪數字化制造浪潮，發(fā)達國家為應對制造業(yè)競爭力的下降，大力倡導“再工業(yè)化、再制造化”，抓手就是3D打印等先進(jìn)制造技術(shù)。3D打印為代表的先進(jìn)制造成為各國政府搶占的戰略高地。
3D打印技術(shù)從單純的技術(shù)創(chuàng )新成為顛覆傳統生產(chǎn)制造方式的新生力量。然而，從傳統的中心式生產(chǎn)到分散式生產(chǎn)方式的轉變，是更加深遠的影響。
當前，3D打印技術(shù)正處于發(fā)展的井噴期，3D打印的數據標準可能影響到裝備和應用兩個(gè)方面，對此我們應該抓緊標準的研究，掌握話(huà)語(yǔ)權。
世界經(jīng)濟論壇創(chuàng )始人兼執行主席克勞斯?施瓦布在其出版的《第四次工業(yè)革命》一書(shū)中稱(chēng)，建立在數字革命基礎上的第四次工業(yè)革命已經(jīng)到來(lái)，這些技術(shù)正給我們的經(jīng)濟、商業(yè)、社會(huì )和個(gè)人帶來(lái)前所未有的改變，3D打印是這些技術(shù)中的典型代表。中國工程院院士、西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院院長(cháng)盧秉恒接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示，3D打印技術(shù)是顛覆性的技術(shù)，近幾年發(fā)展迅速，它重構了社會(huì )生產(chǎn)生活方式，我們將迎來(lái)它發(fā)展的井噴期。
顛覆性技術(shù)受追捧
6月16日，兩條新聞再次將3D打印推進(jìn)人們的視野。北京大學(xué)第三醫院成功實(shí)施世界首個(gè)3D打印人工椎體植入人體手術(shù)，人工椎體誕生并獲國家食品藥品監督管理總局注冊批準；美國亞利桑那州的3D打印汽車(chē)公司Local Motors推出了一輛3D打印的自動(dòng)駕駛電動(dòng)公交車(chē)Olli，而且這輛車(chē)的一部分是可回收的。
3D打印又名增材制造，根據數字3D圖像或模型，一層一層地打印出實(shí)物，1986年由美國最早提出，已經(jīng)出現二十多年了。傳統的加工制造是在原材料基礎上，使用切削、磨削、腐蝕、熔融等辦法，不斷把沒(méi)用的削掉，進(jìn)而得到零部件，這叫“減法”；3D打印無(wú)須原胚和模具，它把材料一層一層摞上去，生產(chǎn)產(chǎn)品的機器就像打印機一樣，用疊加、層疊的辦法形成產(chǎn)品，這叫作“加法”。
幾十年前的技術(shù)為何在今天再度“發(fā)燒”呢？專(zhuān)家認為，一方面，3D打印在高性能加工金屬大型關(guān)鍵構件上取得突破，成為革命性技術(shù)；另一方面，當前全球正在興起新一輪數字化制造浪潮，發(fā)達國家為應對制造業(yè)競爭力的下降，大力倡導“再工業(yè)化、再制造化”，抓手就是3D打印等先進(jìn)制造技術(shù)。3D打印為代表的先進(jìn)制造成為各國政府搶占的戰略高地。
3D打印是一項顛覆性的創(chuàng )新技術(shù)，被美國自然科學(xué)基金會(huì )稱(chēng)為20世紀最重要的制造技術(shù)創(chuàng )新。麥卡錫報告列出了對人類(lèi)生活有顛覆性影響的12項技術(shù)，3D打印排在第九位，在新材料和頁(yè)巖氣之前。麥卡錫報告預測在2030年3D打印將在全世界達到1萬(wàn)億美元左右的效益。2015年麥卡錫報告又將這一進(jìn)程前移，認為增材制造2020年可達到5500億美元的效益。
在盧秉恒看來(lái)，3D打印之所以被稱(chēng)為顛覆性技術(shù)還在于它對人們的生產(chǎn)生活的影響。他認為，3D打印改變人們的生活和工作模式，人們以后可以不在商場(chǎng)挑商品，可以自己設計自己需要的商品，把自己的需求發(fā)布到網(wǎng)上，很多創(chuàng )客進(jìn)行設計，然后分包組織生產(chǎn)，再進(jìn)行物理配送。如此一來(lái)，它使社會(huì )生產(chǎn)模式發(fā)生了變化，給創(chuàng )新帶來(lái)更大的空間。
“人們不再受單位的約束，設計師可能就是自由職業(yè)者，這使得社會(huì )生產(chǎn)的組織模式、社會(huì )生活的模式發(fā)生很大變化。今天你可以設計飛機，明天可以設計時(shí)裝。個(gè)人的創(chuàng )新能力可以最大程度地得到發(fā)揮，形成一個(gè)真正創(chuàng )新型社會(huì )。”盧秉恒表示，隨著(zhù)個(gè)性化消費時(shí)代的到來(lái)，大批量的生產(chǎn)如果設計出現偏差，產(chǎn)銷(xiāo)不對路，就賣(mài)不出去造成浪費?，F在海爾跟用戶(hù)一起設計，體現用戶(hù)需求，這個(gè)產(chǎn)品肯定是用戶(hù)需求的。個(gè)性化、定制化變成可能，是因為信息化提供了個(gè)性化設計制造的平臺。盧秉恒說(shuō)，3D打印已經(jīng)成為創(chuàng )客最歡迎的工具之一。它可為可穿戴電子、家居用品、文化產(chǎn)業(yè)、服裝設計等行業(yè)提供個(gè)性化定制生產(chǎn)模式，有望引領(lǐng)生產(chǎn)從大批量制造走向個(gè)性化定制的第三次工業(yè)革命，有力促進(jìn)大眾創(chuàng )新，萬(wàn)眾創(chuàng )業(yè)。
《零邊際成本社會(huì )》作者杰里米?里夫金先生為我們描繪了3D打印的美好未來(lái)，它從單純的技術(shù)創(chuàng )新成為顛覆傳統生產(chǎn)制造方式的新生力量。然而，從傳統的中心式生產(chǎn)到分散式生產(chǎn)方式的轉變，是更加深遠的影響。
打印引爆技術(shù)革命
盧秉恒表示，3D打印可以帶來(lái)很多顛覆性的變革，例如，在航空航天領(lǐng)域，可以使材料利用率由5％提升至90％以上，制造周期由數月壓縮為幾天；概念飛機的設計可以減輕質(zhì)量的60％；生產(chǎn)新能源汽車(chē)，可以把2萬(wàn)個(gè)零件集成為40個(gè)零件，6天打印完成且減重1/3。與規?；a(chǎn)的商品不同，3D打印產(chǎn)品可以很容易地進(jìn)行量身定制。目前這一技術(shù)已廣泛應用于制造業(yè)、人類(lèi)健康、消費品等領(lǐng)域。
《第四次工業(yè)革命》一書(shū)認為，在制造業(yè)方面，3D打印的引爆點(diǎn)是第一輛3D打印汽車(chē)的問(wèn)世，該書(shū)的調查顯示，84%的受訪(fǎng)者認為引爆點(diǎn)會(huì )在2025年之前出現。美國《財富》雜志最近報道了3D打印技術(shù)應用于制造業(yè)的一個(gè)案例：通用電氣公司生產(chǎn)的leaP噴氣式發(fā)動(dòng)機不僅是該公司的明星產(chǎn)品，還即將配置完全由增材制造技術(shù)制造的燃油噴嘴。6月16日，美國亞利桑那州的3D打印汽車(chē)公司Local Motors推出了一輛3D打印的自動(dòng)駕駛電動(dòng)公交車(chē)Olli，而且這輛車(chē)的一部分是可回收的。
在人類(lèi)健康領(lǐng)域，《第四次工業(yè)革命》稱(chēng)，技術(shù)的引爆點(diǎn)是進(jìn)行首例3D打印肝臟的移植技術(shù)，調查顯示，76%的受訪(fǎng)者認為引爆點(diǎn)會(huì )在此2025年之前出現。在未來(lái)，3D打印機不僅能夠打印物品，還能夠制造人體器官——這一過(guò)程被稱(chēng)為“生物打印”。器官與普通物品的打印過(guò)程大致相同，只是對材料有特殊要求，例如制造骨骼需要鈦粉。3D打印在滿(mǎn)足顧客的定制化需求方面具有巨大潛力，而沒(méi)有什么比人體更加需要定制了。“未來(lái)，人們可以打印自己身體需要的‘零件’，哪里壞了換哪里?，F在有科技人員在研究運用可降解材料，建造一個(gè)和人體需要的臟器差不多的支架，在其中附著(zhù)上干細胞生長(cháng)因子，營(yíng)造出一個(gè)臟器生長(cháng)環(huán)境。等降解材料逐漸降解、生長(cháng)出細胞，從而打印出最終需要的器官。”盧秉恒表示。
2015年8月，南京市兒童醫院在全國率先將3D打印應用于兒童先天性心臟病的治療過(guò)程——該院心外科專(zhuān)家使用3D打印技術(shù)，以1：1的比例打印出一個(gè)嬰兒的心臟模型，并將其應用于手術(shù)中，成功地對一名出生僅3個(gè)月的復雜先心病嬰兒進(jìn)行了心臟修復。今年6月16日，北京大學(xué)第三醫院宣布成功實(shí)施世界首個(gè)3D打印人工椎體植入人體手術(shù)，人工椎體誕生并獲國家食品藥品監督管理總局注冊批準。
在消費品領(lǐng)域，《第四次工業(yè)革命》稱(chēng)，3D打印的引爆點(diǎn)是3D打印的消費品占到總量的5%，該書(shū)的調查顯示，81%的受訪(fǎng)者認為引爆點(diǎn)會(huì )在2025年之前出現。只要擁有一臺3D打印設備，任何人都能輕松進(jìn)行3D打印。這一技術(shù)能使某些傳統消費品根據需求進(jìn)行本地化打印，顧客就不必特意前往商店購買(mǎi)。3D打印機有望成為辦公室甚至是家庭中必不可少的設備。統計數據顯示，2014年，全球3D打印機的出貨量達到13.3萬(wàn)臺，比2013年增長(cháng)了68%。其中大多數打印機的售價(jià)不超過(guò)1萬(wàn)美元，該售價(jià)適用于實(shí)驗室、學(xué)校和小型制造企業(yè)。
3D打印技術(shù)已經(jīng)成為各國競爭的戰略高地。美國奧巴馬政府斥資7000萬(wàn)美元建立國家增材制造創(chuàng )新研究院。新加坡政府在未來(lái)制造計劃方面投資5億美元，重點(diǎn)用于提高工人和工程師的技術(shù)水平以及建立一個(gè)新的3D打印行業(yè)生態(tài)系統。
為應對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，我國制定《中國制造2025》，堅持創(chuàng )新驅動(dòng)、智能轉型、強化基礎、綠色發(fā)展，加快從制造大國轉向制造強國。去年8月底，國務(wù)院總理李克強主持國務(wù)院專(zhuān)題講座，討論加快發(fā)展先進(jìn)制造與3D打印等問(wèn)題。這是本屆政府首次舉辦專(zhuān)題講座，3D打印作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)，首次出現在本屆國務(wù)院的專(zhuān)題講座中。據記者了解，我國有關(guān)部門(mén)也對重點(diǎn)研發(fā)項目增材制造立項，該項目計劃用三年的時(shí)間，投入20億元研發(fā)3D打印主流技術(shù)和主流裝備，并對重點(diǎn)應用領(lǐng)域研發(fā)做出示范。
未來(lái)幾年3D打印將迎來(lái)井噴期
近年來(lái)，3D打印產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)呈現爆發(fā)式增長(cháng)。2015年全球增材制造和3D打印市場(chǎng)銷(xiāo)售額達51.65億美元，比2014年增長(cháng)了25.9%。根據預測，2016年全球總銷(xiāo)售額將增加至73億美元，2018年這個(gè)數字將是127億美元，到2020年市場(chǎng)預計將達到212億美元。
西南證券研究報告指出，國內二級市場(chǎng)對于3D打印仍處于主題投資為主的階段，設計材料類(lèi)、設備類(lèi)和應用服務(wù)類(lèi)個(gè)股整體受益。未來(lái)幾年中國3D打印市場(chǎng)仍將保持40%左右的增長(cháng)速度，到2018年有望突破200億元。面對百億級市場(chǎng)，珠海、青島、武漢、成都等城市也已經(jīng)開(kāi)始興建3D打印產(chǎn)業(yè)園，并在資金、土地、配套政策上給予支持。
盧秉恒表示，我國3D打印研究工作做得不錯，排在世界前列，3D打印專(zhuān)利的數量在世界上排名第二。3D打印在某些方面的研究處于全球領(lǐng)先地位，北京航空航天大學(xué)教授王華明打印出飛機起落架，現在已批量列裝。2001年，西安交大做個(gè)性化的下頜骨修復，直到2012年歐洲才做第一例。
盧秉恒同時(shí)指出，我國3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展距離美國仍有較大差距。比如沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)鏈、工業(yè)環(huán)境不配套等等。此外，在一些核心技術(shù)和關(guān)鍵器件上，如3D打印機中的激光器，仍然對國外依賴(lài)較大。目前，我國3D打印的大部分應用仍然集中在軍工領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)與模具制造上。而從設備數量上看，美國目前各種3D打印設備的數量占全世界40%，而中國只有8%左右。
未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展還面臨哪些瓶頸？盧秉恒表示，3D打印技術(shù)要突破的瓶頸第一個(gè)是產(chǎn)業(yè)化的規模，產(chǎn)業(yè)化規模要上去首先要解決標準化的問(wèn)題。沒(méi)有標準就沒(méi)法解決準入的問(wèn)題，無(wú)法準入就沒(méi)辦法推廣應用。“我們2001年突破頜面骨修復技術(shù)，成果早就很成熟，申報認證有六七年了，由于缺乏國家標準，一直沒(méi)有批復下來(lái)，沒(méi)有標準就不能發(fā)證，就不能大規模應用。用于航空也很難，也沒(méi)有標準，無(wú)法衡量是否符合適航標準，就不能大規模應用。而這兩個(gè)行業(yè)應用前景廣闊。”第二就是原創(chuàng )技術(shù)的問(wèn)題，我們現在自己原創(chuàng )的不多，核心器件的開(kāi)發(fā)不夠。3D打印還有很多創(chuàng )新的空間，所以我們應該發(fā)揚學(xué)科交叉去發(fā)展原創(chuàng )技術(shù)。
盧秉恒表示，當前，3D打印技術(shù)正處于發(fā)展的井噴期，3D打印的數據標準可能影響到裝備和應用兩個(gè)方面，對此我們應該抓緊標準的研究，掌握話(huà)語(yǔ)權。在航空件和高端醫療器械方面，要積極研究面對3D打印個(gè)性化制造產(chǎn)品準入的標準，以利于新技術(shù)的應用。要加強基礎研究，發(fā)展原創(chuàng )技術(shù)，在3D打印的新材料研發(fā)、顯著(zhù)提升打印件的質(zhì)量和打印效率等方面實(shí)現創(chuàng )新；建立創(chuàng )新體系，為企業(yè)提供核心技術(shù)和共性技術(shù)；攻克關(guān)鍵核心器件，打造產(chǎn)業(yè)鏈；美國的微軟、蘋(píng)果和亞馬遜都加入了3D打印的行業(yè)，我們要助推我國的3D打印企業(yè)做大做強，形成若干個(gè)具備國際競爭規模的企業(yè)。
