3D打印會摧毀中國制造嗎？

劉戈

2012年5月6日，美國支持3D打印槍械的非營利團體“分布式防御”稱，世界第一柄3D打印手槍已測試成功。這把塑料手槍在靶場內(nèi)射出了真子彈。盡管沒打兩槍就被震壞，但引發(fā)了人們對槍支威脅進一步泛濫且更容易躲過檢測設(shè)備的擔(dān)憂，同時也把3D打印這一新的制造技術(shù)推到了大眾眼前。很多從來不知道螺絲釘是怎么制造出來的人，開始熱議這一時髦話題。

3D打印有多好？

到底什么是3D打印？

其實，“3D打印”是“增材制造”技術(shù)的一種通俗化表達。它是通過電子制圖、遠程數(shù)據(jù)傳輸、激光掃描、材料熔化等一系列技術(shù)，使特定高分子材料或者金屬粉材料熔化，并按照電子模型圖的指示一層層重新疊加起來，最終把電子模型圖變成實物。這一制造技術(shù)并不需要模具，直接樣品原型制造，可以完成許多以前難以完成的精細工作，打印建筑模型、餅干、杯子、牙齒等。

而傳統(tǒng)的制造方式被稱為“減材制造”，機器的零件通常先被鑄造或者鍛造為粗糙的毛坯，然后用機床切削出可用的形狀，在這個過程中材料會有較大浪費。

兩相對比可以發(fā)現(xiàn)，3D打印從設(shè)計到批量生產(chǎn)之間省去了很多步驟，看上去，在家中就可以隨心所欲地制造出你想要的任何東西。與此同時，3D打印還克服了傳統(tǒng)制造中材料浪費的弊端，這也是3D打印被看好的另外一個重要原因。

美國總統(tǒng)奧巴馬在國情咨文中多次提到3D打印，將其作為美國重振制造業(yè)的一條可行路徑。隨之，對中國制造的擔(dān)憂之聲紛至沓來。一些人擔(dān)心，有了3D打印，中國及其他發(fā)展中國家的勞動力競爭優(yōu)勢將不再存在。更多的工業(yè)品可以在離消費市場最近的地方被打印出來，用最短的物流時間送達消費者手中，而不再需要像現(xiàn)在這樣遠渡重洋。“3D打印要全面替代傳統(tǒng)制造業(yè)，以后就不用工廠、不用車間、不用工人，不用出門，美國人自己就能夠在家打印想要的任何東西，而不再需要從中國進口。”一時間，許多人惶惶然。

真的如此嗎？

3D商用尚待時日

3D打印最大的噱頭，就是取代目前的生產(chǎn)方式。

讓我們?nèi)砸詷屩槔齺黻U釋：實際上，在美國，任何一個成年人不費吹灰之力就可以搞到槍，為什么還要費半天勁自己制造？有人擔(dān)心其使用塑料制造可以躲過金屬檢測設(shè)備。但使用同樣的材料通過傳統(tǒng)注塑工藝也能制造出來槍。我們需要擔(dān)心的是，有人可以通過3D打印機在自家車庫里打印出金屬性能的槍支來，這才是真正可怕的。但短期看，這種可能性還不算大。

原因在于，材料科學(xué)的進展速度，要比信息技術(shù)慢得多。在據(jù)說是非常權(quán)威的一本有關(guān)3D打印的著作中，用來論述材料的僅僅有3頁紙。可在筆者看來，沒有材料科學(xué)的突破，所有的3D打印生產(chǎn)出來的東西都是玩具。現(xiàn)在的3D技術(shù)雖然應(yīng)用廣泛，但依然打印不出一只能用的滾珠軸承。

目前的3D打印技術(shù)，說白了就是對強度要求低的零件快速成型，對產(chǎn)品研發(fā)、模具設(shè)計很有價值，但要全面替代現(xiàn)有的機械加工，沒有材料上的重大突破，需要走的路還長著呢。更何況3D打印技術(shù)雖然能夠打印出形態(tài)各異的產(chǎn)品，但產(chǎn)品的商業(yè)化是一個成本核算、材料約束、工藝水平、物流約束等多方面因素綜合比較的結(jié)果，而不僅僅取決于形狀的隨心所欲。

其實，即使在最容易實現(xiàn)的日用品領(lǐng)域，3D打印目前也完全沒有進入商用階段。3D打印機只用來打印模型。即使是一只杯子也是不能用來喝水的，因為制造這只杯子的打印材料目前還不符合飲用的要求。此外，對于大部分普通工業(yè)品來說，標準化的工業(yè)生產(chǎn)是質(zhì)量的保證，沒有人會熱衷在家里自己制造本來就物美價廉的工業(yè)品。即使材料科學(xué)有了長足的進步，大部分工業(yè)品的生產(chǎn)也不會被3D打印取代。

實際上，3D打印一方面適用于傳統(tǒng)生產(chǎn)方式不能生產(chǎn)制造的個性化、復(fù)雜高難度產(chǎn)品，另一方面適用于前期投入成本大、數(shù)量小，不能通過數(shù)量攤薄成本的產(chǎn)品。3D打印技術(shù)不可能也沒有必要全面替代傳統(tǒng)制造業(yè)。

醫(yī)療、航空大有作為

現(xiàn)在看來，3D打印產(chǎn)品應(yīng)該最廣泛地被應(yīng)用于醫(yī)療和航空航天領(lǐng)域。在醫(yī)療行業(yè)，助聽器、假牙、假肢等產(chǎn)品必須與身體更緊密、精確地結(jié)合。長期以來其本身就是定制的，無法實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，導(dǎo)致費用高昂。而航空航天領(lǐng)域同樣是無法靠數(shù)量來攤薄前期設(shè)計和模具費用的。

2013年1月18日，國務(wù)院向“飛機鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”頒發(fā)國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。這是3D打印在中國制造業(yè)最成功的應(yīng)用。這項技術(shù)制造的飛機承重構(gòu)件的尺寸已經(jīng)超過美國。在航空領(lǐng)域，中國激光鈦合金成形技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在這個領(lǐng)域，一方面數(shù)量上不適合大批量生產(chǎn)以攤薄成本，另外如果采用傳統(tǒng)的減材制造方式會有大量的損耗，例如發(fā)動機葉盤，最后剩下的成品只占原體積的7%，而抗疲勞強度比鍛件還要高，制造時間也比傳統(tǒng)鍛造大大縮減。

鈦構(gòu)件3D打印在飛機部件制造上的成功，來源于國際上鈦增材制造材料上和激光設(shè)備的成熟，站在相同的起跑線上，中國3D打印科研人員迎來了新的機遇。

從某種意義上來說，當一種新的制造方法出現(xiàn)時，對行業(yè)將是一次新的洗牌。對中國企業(yè)來說，這是一個機遇。但同時也要清醒地看到，傳統(tǒng)制造技術(shù)的落后，恰好是中國在3D打印技術(shù)上前進的最大瓶頸。

雖然中國早已是個制造大國，但在制造業(yè)真正的核心——高精度的機加工設(shè)備上并無優(yōu)勢。要把握這個機遇，其先決條件恰好是傳統(tǒng)制造技術(shù)水平的整體提升。所謂繞過傳統(tǒng)制造技術(shù)，直接在3D打印領(lǐng)域取得突飛猛進的夢想是很難實現(xiàn)的。

責(zé)任編輯：焦 晶