需求引領 創(chuàng)新驅(qū)動
——3D打印發(fā)展現(xiàn)狀及政策建議

王德花 馬筱舒

（科技部火炬高技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)中心，北京 100045）

需求引領 創(chuàng)新驅(qū)動
——3D打印發(fā)展現(xiàn)狀及政策建議

王德花 馬筱舒

（科技部火炬高技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)中心，北京 100045）

面對國內(nèi)外撲面而來的“3D打印”熱潮，我們是否真的迎來了全新的3D打印時代？抑或即將產(chǎn)生新一輪產(chǎn)業(yè)變革？本文將以今年6月舉辦的“第二屆世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)大會暨世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)博覽會”為引子，從3D打印技術的起源與演變、主要技術及發(fā)展趨勢、應用與產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)狀及存在的主要問題、對3D打印技術及產(chǎn)業(yè)的政策支持情況等方面進行詳細分析，有針對性地對3D打印的發(fā)展提出一些建議。

3D打印；材料；政策建議

2014年6月20-22日，“第二屆世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)大會”暨“世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)博覽會” 在青島舉辦，10多個國家和地區(qū)的1200多位代表參加會議。與會專家學者、企業(yè)家、行業(yè)政策制定者等就3D打印在先進制造、生物醫(yī)學、文化創(chuàng)意、建筑領域的應用，3D打印材料與裝備，3D打印商業(yè)模式等議題開展對話，110多家企業(yè)展示了最新3D打印設備、工藝和作品。大會期間，世界3D和中國3D的打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟還分別與青島高新區(qū)正式簽署投資合作協(xié)議，10多個3D打印相關項目同期落地青島高新區(qū)。

3D 打印——“所想即所得”，帶給人們無限的遐想空間。面對國內(nèi)外撲面而來的“3D打印”熱潮，我們是否真的迎來全新的3D打印時代？抑或即將產(chǎn)生新一輪產(chǎn)業(yè)變革？

1 3D打印技術的起源與演變

1.1 3D打印概念

3D打印技術是根據(jù)三維CAD模型或通過逆向工程重建的模型，采用離散材料（粉末、液體、片、絲、板、塊等）逐層累加來制造實體零件的技術。相對于傳統(tǒng)機械加工去除材料的“減材”加工技術，鍛/鑄造和粉末冶金近似“等材”的制造技術，3D打印制造又被稱為“增材制造”（ Additive Manufacturing，AM）、自由成形制造（Freeform Fabrication，F(xiàn)F）或增層制造（Additive Layer Manufacture，ALM）。美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)-F42“增材制造子委會”對“增材制造”和“3D打印”有明確的定義：“增材制造”指依據(jù)三維CAD數(shù)據(jù)將材料連接逐層累加制作物體的過程；而“3D打印”指采用打印頭（噴嘴）或其它打印技術沉積材料來制造物體的技術。在特指設備時，3D打印是指低價格或總體功能低端的增材制造設備。

1.2 3D打印起源及發(fā)展

3D打印的核心制造思想起源于美國，現(xiàn)代意義上的3D打印技術出現(xiàn)在20世紀80年代。以1988年美國3D System公司根據(jù)Hull的專利，采用“立體平版印刷快速原型”（又稱立體光刻等）（Stereo Lithography（Appearance），SL（A））技術，通過紫外激光束掃描照射光敏樹脂固化，逐層制造得到三維實體模型所推出的SLA-250首臺商用“液態(tài)光敏樹脂選擇性固化成形機”誕生為標志。隨后1992年美國麻省理工學院的Saches E.M.和 Cima M.J.等首先提出了“3D打印技術”概念，并創(chuàng)建了三維打印企業(yè)Z Corp。自此，3D打印日益得到關注。

立體光刻誕生后的幾年里，多種增材制造方法迅速興起，主要包括：1988年Feygin發(fā)明的分層實體制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）、1989年Deckard的選區(qū)激光燒結（Selective Laser Sintering，SLS）、1992年Crump 的熔融沉積造型（Fuesd Depostion Modeling，F(xiàn)DM）、以及原本狹義，今天卻被媒體廣義地用作增材制造代表性術語的“三維（3D）打印”（Three DimensionPrinting,3DP）。

進入20世紀90年代，更為重要也更具價值的進展是：采用激光燒結方法直接制造金屬零件的新技術。如，1994年德國EOS公司EOSINT M160首臺原型機及隨后的EOSINT M250工業(yè)用機。

增材制造“以信息技術為支撐，以柔性化的產(chǎn)品制造方式來最大限度滿足企業(yè)和個人無限豐富的訂制化和個性化需求”。 經(jīng)過20多年，從萌芽到產(chǎn)業(yè)化、從原型到零件直接制造，技術發(fā)展迅速。

如果沒有幾何模型的計算機設計和對其進行分層解析的軟件技術，沒有能夠控制激光束（或電子束、電弧等高能束）按任意設定軌跡運動的振鏡技術、數(shù)控機床或機械手，核心的柔性化特征無法實現(xiàn)。因此，3D打印或增材制造，應被稱之為“信息化或數(shù)字化增材制造技術”更為準確。實際上，社會公眾目前普遍見到、成為熱點的是由FDM機器制造的大眾消費品和展示品。而更具工業(yè)價值，意義更重大的技術、產(chǎn)品和應用卻并非在此。

2 3D打印主要技術及發(fā)展趨勢

2.1 3D打印主要工藝技術

ASTM-F42將增材制造技術分為“光聚合、材料噴射、粘結劑噴射、材料超充、粉末床融合、片層疊加和定向能量沉積”七類。目前比較成熟應用的3D打印技術有：

（1）粉末/絲狀材料高能束燒結及熔化成型。如激光近凈成形（Laser-Engineered Net Shaping，LENS）、選區(qū)激光燒結（SLS）、激光選區(qū)熔化（SLM）、電子束熔化（EBM）等。其中粉末（粒狀物料）成型又包括：針對各類金屬與合金的直接金屬激光燒結（DMLS）；可用于熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末的選擇性激光燒結（SLS）；針對熱塑性粉末的選擇性熱燒結（SHS）；可用于鈦合金，鈷基和鎳基合金及不銹鋼的電子束選區(qū)燒結（EBM）以及針對石膏等打印基于粉末床和噴頭技術的（PP）。

（2）液態(tài)樹脂光固化成型，如紫外光固化成型（S L或S LA）和液體樹脂的數(shù)字光處理（DLP）等。

（3）絲材擠出熱熔成型。如熔融沉積制造（FD M）等。常見的材料為熱塑性材料，如ABS、蠟、尼龍、聚氨酯以及聚合物為粘接劑的聚合物基、金屬基、陶瓷基復合材料等。

（4）液體噴印成型。如立體噴印（3DP）等。適宜的材料品種多樣，包括：尼龍粉末、ABS粉末、金屬粉末、陶瓷粉末、藥片壓片用原粉和干細胞溶液等。廣泛用于產(chǎn)品設計、醫(yī)學和建筑領域。缺點是目前零件致密度不高，需要后燒結、液相封滲等后處理。

（5）片/板/塊材的粘接或焊接成型。如分層實體制造（LOM）等。利用激光或刀具切割各種片材的輪廓，再通過熱壓或其他形式層層粘接疊加獲得三維實體。材料為薄層紙、塑料薄膜、金屬薄板或陶瓷薄片等片材。LOM成型速率高，維修費和材料成本低低，常用于制造復雜結構模型以驗證新產(chǎn)品的設計，或結合涂層等工藝制造快速模具。缺點是目前材料種類少，精度和力學性能還不夠高。

根據(jù)過程、技術、材料和沉積與粘合兩種方式，相對科學簡明的分類見表1 。

2.2 3D打印發(fā)展趨勢

2.2.1 3D打印設備

設備是實現(xiàn)工藝技術的載體，包含了高精度機械、數(shù)控、噴射和成型環(huán)境等子系統(tǒng)。美歐利用先發(fā)優(yōu)勢，不僅在設備方面，另外在關鍵元器件，如激光器、掃描振鏡、噴頭、精密傳感器件，Solid Works UG、ProE、AutoCAD三維建模等設計軟件，Magics和Minics分層處理工藝軟件，以及多種形態(tài)（粉-絲-片）多種類別（聚合物，金屬，陶瓷）專用材料，鈦合金、鈷基合金高端粉末新材料，材料的標準化，以及在航空航天、汽車、醫(yī)療和文娛等新應用方面，不斷推陳出新，目前具有優(yōu)勢或半壟斷地位。

以打印設備為例，打印設備不斷發(fā)展，打印產(chǎn)品在成形方式與效率、自動化和智能化水平、可加工的產(chǎn)品尺寸、分辨率、色彩豐富和精細程度、模型或零件的尺寸精度，以及表面光潔度水平等方面不斷提高。針對不同的用戶群體，已細分為“專業(yè)級、工業(yè)級和桌面級”等高/中/低三檔次設備。

自20世紀90年代中后期以來，金屬零件直接制造的工業(yè)和專業(yè)級3D打印設備技術不斷涌現(xiàn)。1998年Optomec推出首臺商業(yè)化LENS設備；1999年R?ders“控制金屬堆積設備”(Controlled Metal Buildup (CMB) machine)進入市場；同年Extrude Hone 導入可直接制造金屬工模具的“金屬專用快速成形加工系統(tǒng)”（ProMetal Rapid Tooling System，PRTS）RTS-300；2002 年Precision Optical Manufacturing開始銷售“直接金屬沉積激光熔敷”DMD設備；Arcam AB推出電子束做高能源的Q系列設備，改變了對激光有反射金屬的局限性；瑞典赫根納斯結合快速沉積成形和其所擅長的粉末冶金后續(xù)致密化燒結，推出“數(shù)字金屬”（Digital Metal Process）批量化新工藝。2014年7月日本的Sodick公司高調(diào)宣布開發(fā)出用于高表面光潔度注塑模具直接制造，兼具激光金屬粉末成形與后續(xù)切削加工組合功能的3D打印機“OPM250L”，并將在今年10月東京機床展正式推出。

面向大眾的桌面機等，2011年以來也推出了多款新型和低價打印機及其配套的多種專用材料。如，Objet可構建更小體積多材料模型的Objet 260Connex；Stratasys可將ABS plus材料與一種可溶性支撐材料進行復合的Fortus250mc；Bulidatron Systems基于RepRap的Buildaron1；3D System基于覆膜傳輸成像的PROJET1500；MakerBo可打印更大體積、可擠出更多顏色ABS或PLA、售價1759美元的MakerBot Replicator；3Dsystems售價低于1300美元Cube單材料消費者導向型3D打印機；2013年4月德國Doppelbock 大學發(fā)明具“自我復制”能力的3D 打印機；2014年5月，Brad Hill公開了最低價475美元的開源DLP 3D打印機Little DLPer等等。

2.2.2 3D打印材料

目前以有機高分子材料和金屬兩大類為主。金屬（鈦合金、鈷基合金、不銹鋼、高溫合金）、陶瓷、生物相容性與活性材料（如Kelyniam Global的新型聚醚醚酮PEEK、Objet的新型生物相容性材料MED 610）以及復合材料的打印成為研發(fā)新熱點。桌面級打印機的材料主要是有機高分子材料，如PA（尼龍）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 ）、PLA（聚乳酸）、聚碳酸酯（PC）等，已相對成熟，近期新推出的主要包括：Objet的類ABS的數(shù)字材料以及VeroClear清晰透明材料、Solidscape的可使鑄造蠟模更耐用的 Plus CAST、Optomec的大面積氣溶膠噴射材料、Stratasys的新型靜態(tài)損耗材料ABSESD7等。

作為近十年來的研究熱點和未來能體現(xiàn)工業(yè)價值的重點，金屬材料直接成形倍受重視。為促進增材制造技術在下游推廣，ASTM發(fā)布了含3種鋁基合金、2種鈷基合金、6種工具鋼、5種鎳基高溫合金、6種不銹鋼、4種鈦及鈦合金、1種銅合金和2種金銀首飾合金的“金屬材料體系標準”及相關屈服強度-硬度“力學性能標準”。

從增材制造近年來在美歐的發(fā)展趨勢來看，一方面桌面級設備通過智能化和成本不斷降低，促進了大眾化和社會化應用。另一方面，圍繞金屬零件的直/間接制造，提高效率、致密度、精度、表面光潔度、實時在線測量缺陷的工業(yè)級和專業(yè)級高能激光和電子束增材制造技術不斷進步，金屬原材料品種持續(xù)豐富，標準不斷完善，在工業(yè)界開始逐步應用。近期，則在陶瓷材料、新型功能-結構一體化復合零件的制造，醫(yī)用假體制造，3D細胞打印，組織器官類生命體制造等形成新的熱點。

3 3D打印的應用與產(chǎn)業(yè)化

相比傳統(tǒng)制造方式，3D打印的優(yōu)勢在于：1）異型和復雜結構的創(chuàng)意設計空間無限，并可精確實體復制（3D照相）；2）制造多孔、內(nèi)部流道、封閉內(nèi)孔及薄壁結構減重的復雜零部件和多樣化產(chǎn)品，并不增加成本，可免組裝；3）節(jié)約原材料，廢料少，凈終（Near Net Shaping）成形；4）可多種材料組合打印，利于零件的復合化及功能化；5）隨設備智能化，“云”計算與服務的發(fā)展，可“零技能”、“便攜”或“就地就近”及時調(diào)整個性化或訂制化的設計方案、制造并交付。

3.1 3D打印的應用領域

隨技術和商業(yè)服務模式的不斷進步和擴散，從早期的原（模）型和樣品，向消費品和工業(yè)品兩大應用方向的諸多領域不斷拓展。在過去的幾年中，消費品、航空、醫(yī)療是增長速度最快的應用領域。

（1）航空航天軍工：鈦合金關鍵大型承力結構件、航空發(fā)動機葉片、燃油噴嘴等直接零件制造和設計與工藝驗證。兵器單件小批零件的生產(chǎn)和戰(zhàn)時零件修復；

（2）汽車等工業(yè)制造業(yè)：高端汽車或賽車的設計和驗證，發(fā)動機等復雜零件的直接和間接制造，含異型水路流道注塑工模具復雜零部件的設計驗證與直接制造，異形復雜表面零部件的修復再制造；

（3）醫(yī)療：顱骨修復多孔鈦合金網(wǎng)等植入體 ，微創(chuàng)醫(yī)療支架、齒科矯形與個人訂制化義齒；

（4）建筑：建筑模型風洞試驗和效果展示，利用粘土打印房屋等建筑；

（5）教育：復制古生物化石等大中小學的基本形象直觀的教具；

（6）日用品：個性化燈具，家具，玩具、游戲玩偶、時尚首飾和配飾、服裝鞋帽、禮品的直接制造；

（7）食品：個性化DIY冰淇淋、巧克力、蛋糕等食品。

3.2 商業(yè)模式創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)服務化

在設備和原材料目前仍顯昂貴的情況下，歐美發(fā)達國家3D打印產(chǎn)業(yè)，一方面有實力的領銜企業(yè)，如：3D Systems 2011年11月收購 Z Corp公司之后，鞏固了在3D 打印領域的龍頭地位，通過“全價值鏈”服務模式，向客戶提供包括硬件、軟件、材料、工藝、教育培訓和應用支持的“一站式”全套增值解決方案。在專業(yè)領域，2014年7月通過收購3D虛擬現(xiàn)實手術模擬領域的全球領先者Simbionix后，可以支持從手術前的規(guī)劃和培訓、指導到實際植入完整流程。

另一方面，相關行業(yè)機構，結成聯(lián)盟。打印服務商發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的特點，消費者使用簡單的基于互聯(lián)網(wǎng)的應用軟件定制自己的產(chǎn)品，然后下單請設計或在線服務型公司將個體定制獨一無二的實物產(chǎn)品打印出來，將零散的企業(yè)和個人的需求集合形成一定規(guī)模的需求，委托專業(yè)零件制造企業(yè)加工制造，實現(xiàn)3D打印技術的批量規(guī)模經(jīng)濟性，以便能與傳統(tǒng)加工技術形成競爭。2014年8月，美國3D打印鞋公司Feetz通過其網(wǎng)站接受4款設計的預定，每雙鞋價格約為200美元。顧客只需以不同的角度拍攝自己的腳，F(xiàn)eetz就會制作出一雙按照你自己獨特雙腳定制的鞋。2014年7月，亞馬遜正式推出“3D 打印產(chǎn)品商城”，讓顧客可以自己進行制造。

3.3 產(chǎn)業(yè)整合發(fā)展加速

美國3D Systems、Stratasys 兩家公司的產(chǎn)品占據(jù)了全球3D 打印絕大多數(shù)的市場份額。3D Systems 于2011和2012年，陸續(xù)收購了Huntsman公司光敏聚合物及數(shù)字快速成型機部分，以及Contex Group 、Z Corp和 Vidar Systems和CAD軟件領域的Alibre等公司。通過系列并購，實現(xiàn)了對CAD和3D打印的捆綁，獲得了互補性的全彩高速印刷技術，加快了3D打印內(nèi)容的增長，經(jīng)銷商覆蓋范圍也增長了一倍。Stratasys 公司2010 年與傳統(tǒng)打印行業(yè)巨頭惠普簽訂了生產(chǎn)HP品牌打印機協(xié)議，2012年4月又與著名的以色列Objet宣布合并。

2014年8月，領先的桌面3D打印機制造商Makerbot宣布成立歐洲業(yè)務平臺—MakerBot Europe并擬收購其德國的經(jīng)銷商合作伙伴。通過并購，銷售網(wǎng)將覆蓋歐美20多個國家。

發(fā)達國家的資本市場密切關注3D產(chǎn)業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計，自2011年11月至2014年6月，涉及國外3D打印行業(yè)知名技術企業(yè)的并購投資事例，超過24起。其中最大的為3D Systems并購Z Corp和 Vidar Systems，金額達到了創(chuàng)紀錄的14億美元。

3.4 3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展新趨勢

3D打印領域有20多年跟蹤研究史的美國第三方咨詢研究機構沃勒斯協(xié)會（Wohlers Associates），近期發(fā)布了《Wohlers Report 2014》報告：2013年全球3D產(chǎn)值30.7億美元。過去的26年打印設備和服務，年均增長27%。北美和歐洲自2009年以來，3D打印市場快速增長。2011-2013年復合年增長率CAGR達32.3%。歸功于價格低于5,000美元的“個人”3D打印機的銷售和在金屬零件領域的應用拓展，2013年同比2012年CAGR 達到34.9%，為近17年來最高，并預計到2019年將實現(xiàn)60億美元的產(chǎn)值。

另外，打印服務收入首超3D設備銷售額；從快速原型到直接零件制造已成主流趨勢。金屬直接成型特別是選區(qū)激光熔融技術（SLM）快速發(fā)展。噴射成型（inkjet）技術趨于成熟，成型精度上已接近激光成型，在成型尺寸和效率上優(yōu)勢明顯，市場快速擴張。設備向?qū)C方向發(fā)展，如假牙，首飾和砂型成型機等專用設備市場進一步細分。

4 我國3D打印現(xiàn)狀及存在的主要問題

4.1 研究與開發(fā)取得一定突破

我國在增材制造技術方面的起步并不晚，目前國內(nèi)涉及并擁有各自特色核心技術的3D打印相關研究院所、科研機構有10多家。

在快速原型制造（RP、RPM）技術方面，我國自20世紀 90 年代初西安交通大學、清華大學、華中科技大學、北京隆源等單位就率先開展技術、裝備和工業(yè)應用研究。其中西安交大學致力于SLA、生物組織制造、陶瓷光固化增材制造工藝；華中科大致力于LOM、SL技術研究 ；清華致力于FDM及生物打印；北京隆源致力于SLS工藝及裝備產(chǎn)業(yè)化推廣。二十多年來，取得了不少國際先進的研究成果，在航空、航天、汽車、軍工、模具、醫(yī)療等工業(yè)中逐步應用。

金屬零件增材制造研究方面，北京航空航天大學、西北工業(yè)大學、中航工業(yè) 625 所、北京有色金屬研究總院等單位，在20世紀90 年代中期開始金屬零件激光熔化沉積增材制造工藝、裝備及應用等研究。近年來西安交大、華中科大、中航625 所、華南理工、北工大、西北有色院、清華等單位所開展的金屬零件激光及EBM工藝、裝備及應用也取得突破性進展。西工大學為國產(chǎn)大飛機C919完成了機翼關鍵件等研發(fā)配套工作；北航與飛機設計和制造企業(yè)緊密結合，突破了鈦合金、超高強度鋼大型關鍵構件制造技術，研制生產(chǎn)出 30 余種鈦合金及超高強度鋼大型整體關鍵主承力構件，在C919 客機等多型飛機的研制和生產(chǎn)中得到工程應用，2012 年獲得了“國家技術發(fā)明一等獎”。

4.2 在資本市場催化下，3D打印市場競爭主體蓬勃發(fā)展

據(jù)“中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”估計，2013年國內(nèi)3D打印市場規(guī)模約20億元人民幣。

技術發(fā)展到一定程度，要獲得規(guī)模化發(fā)展和廣泛應用，孵化、重組、并購迅速做大做強，所必需的資金投入，離不開多層次資本市場的持續(xù)關注與推動。

目前國內(nèi)股票證券市場涉足3D打印的上市公司有二三十家，如銀邦股份、南風股份、中航重機、華中數(shù)控、華工科技、金運激光、光韻達、福晶科技、大恒科技、蘇大維格、金發(fā)科技、海源機械、南通鍛壓、科達機電、昆明機床、秦川發(fā)展、沈陽機床、軸研科技、中航飛機、鋼研高納和安泰科技等，并多與國內(nèi)該領域的5～6個領軍人物有多層次關聯(lián)關系。

圍繞3D打印產(chǎn)業(yè)鏈，國內(nèi)還形成了一批中小為主的企業(yè)群體。包括依托高校、海歸和國際合作從事3D打印設備等研發(fā)生產(chǎn)的公司如：北京殷華、太爾時代、昆山永年、西安瑞特、華曙高科、恒通智能、南京寶巖、尤尼科技、先臨三維、紫金立德、濱湖機電、捷諾飛公司等。部分公司生產(chǎn)的桌面3D打印機價格已具國際競爭力，成功進入歐美市場。

另有相當數(shù)量的中小服務型和大學生創(chuàng)業(yè)企業(yè)，雖無自主核心技術，但對3D打印的未來充滿激情和創(chuàng)新。有的購買了國內(nèi)外3D打印設備，專門為相關企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)提供服務。有的成為國外3D打印設備代理商，經(jīng)銷全套打印設備、軟件和特種材料。有的開辦了網(wǎng)絡打印服務平臺，針對廣大的創(chuàng)客、愛好者專門銷售DIY套件。商業(yè)模式花樣快速翻新，據(jù)統(tǒng)計2011年10月至2014年6月，至少15家創(chuàng)業(yè)型企業(yè)，以低價位桌面機、迷你3D打印機企業(yè)和DIY套件，成功以眼下最熱門的“眾籌”模式進行低價格門檻式商業(yè)推廣。

另據(jù)統(tǒng)計，2012年8月至2014年7月間，國內(nèi)3D打印行業(yè)涉及重組并購增資等活動的重要事例至少16起。涉及的企業(yè)包括：紫晶立方、銀禧科技、太爾時代、落地創(chuàng)意、德莫特、巧時器美、光韻達、海源、華科三維、西瑞、海達數(shù)云、瑞特、寶巖和飛爾康等。

4.3 我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍存在不足

我國的3D打印在部分技術方面與國際巨頭縮小了差距，基本處于同一水平。但從總體來看，在裝備與核心元件、材料、軟件、產(chǎn)業(yè)整合、服務模式等方面，與美歐還有差距。

（1）整體的研究基礎仍顯薄弱，推廣應用不足。作為一種新型制造技術，在工業(yè)制造業(yè)方面獲得應用，目前成熟度遠不能同金屬切削、鑄、鍛、焊、粉末冶金等制造技術相比，尚有大量基礎研究工作需開展，如激光成型專用合金材料、材料的標準、零件的顯微組織結構與性能控制、應力應變控制、缺陷檢測與控制、過程精度控制、后加工與后處理技術開發(fā)等等。掌握了金屬直接成型的核心技術，才有可能在未來的工業(yè)競爭中獲得話語權。目前國內(nèi)僅有10多所科研機構涉及該領域研究，基礎薄弱，力量和資金投入方面還很不足。設備集成、軟件開發(fā)、材料學和后加工綜合方面的高端人才稀缺，亟待培養(yǎng)引進。

（2）大部分原材料依賴進口。目前國際上可供3D打印的材料超過300種，但從下游應用來看，品種數(shù)量仍顯太少，且價格昂貴，對于直接零件制造的高端工業(yè)應用更是如此。其中大部分又為石膏、樹脂、可粘結的粉末顆粒等，復雜性、致密度、強度、精度和表面光潔度等難以達到較高要求，主要應用于各類模型、玩具消費品等領域。

（3）3D打印裝備是機械、功率元件、自控、光學、軟件和材料核心技術的集成，與國家整體制造業(yè)水平的進步相匹配，模仿并不易。當前3D打印機價格還相對昂貴，大多數(shù)設備成型尺寸偏小，尚未被大多數(shù)工程師了解和使用，設備穩(wěn)定性和重復精度遠沒有達到切削加工機床的水平，主要用于模型制造有限價值的設備。即使3D打印機成本能逐步降下來，單個商品的制造成本還需較長時間解決。未達經(jīng)濟規(guī)模和未進入工業(yè)規(guī)模應用之前，仍需要大量的時間、人力、財力前期投入。

國內(nèi)目前雖有幾家企業(yè)能自主制造3D打印設備，但規(guī)模普遍較小，市場應用需求不足，但卻要面對國際巨頭的激烈競爭，長期的生存與發(fā)展有隱憂。

（4）服務水平、模式及能力亟待提高。對一個初生的行業(yè)，特別是個性彰顯、不完全成熟，成本目前競爭力不足的3D打印行業(yè)，能否體現(xiàn)出3D打印個性化服務的潛在優(yōu)勢，通過服務使下游樂意采用該技術，不僅重要，有時更是競爭獲勝的關鍵。個性化消費品的網(wǎng)絡定制，低端桌面級打印設備和DIY套件眾籌等促銷，雖然熱鬧，但實際對質(zhì)量性能要求不高，相對容易。而未來最具價值的工業(yè)級和專業(yè)級設備和產(chǎn)品的推廣，用戶需要的不僅是一臺設備，而是一個流程和一套完整的解決方案。不成熟，沒有良好口碑，很難有銷售業(yè)績表現(xiàn)。對于營銷推廣和售前售后技術支持人員，也必須是能夠協(xié)助客戶解決實際問題的一大批專業(yè)人士，并非僅憑行業(yè)領軍人物幾次有轟動性的宣傳能解決，培養(yǎng)需要時間。

5 對3D打印技術及產(chǎn)業(yè)的政策支持情況

為推動3D打印技術發(fā)展，多個國家推出了3D技術產(chǎn)業(yè)促進政策和研究計劃。

5.1 國外情況

2012 年3 月，美國宣布振興美國制造的新舉措，將投資10 億美元幫助美國制造體系的改革。8月，聯(lián)合了三個州14所大學、40余家企業(yè)、11家非營利機構和專業(yè)協(xié)會的美國“增材制造創(chuàng)新研究所”成立；英國政府2011年起持續(xù)增加對增材制造技術的研發(fā)經(jīng)費，并在英國工程與物理科學研究委員會中建有由15所大學、研究機構和企業(yè)參加的“增材制造研究中心”； 德國、法國、瑞士、西班牙、澳大利亞和日本等國政府也很重視增材制造技術發(fā)展，通過組建研發(fā)中心等方式促進“產(chǎn)學研用”緊密結合，并加大資金投入。

5.2 國內(nèi)情況

我國于2012年10月16日也由亞洲制造業(yè)協(xié)會聯(lián)合華中科大、北航、清華大學和3D行業(yè)領先企業(yè)共同發(fā)起成立了“中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。由中國科學院路甬祥院長和中國工程院周濟院長領銜制定的發(fā)展3D打印相關建議報告2012年提交高層領導，提到把“航空航天領作為增材制造技術發(fā)展的重中之重”。日前還研究制定了《國家增材制造發(fā)展推進計劃(2014-2020年)》(征求意見稿)，初步擬定了3D打印五個發(fā)展方向：1）金屬材料增材制造，包括針對航空航天，核電、能源等機械零部件直接制造，研制鈦合金、高溫合金等金屬材料；2）非金屬材料增材制造；3）醫(yī)用材料增材制造，例如針對牙齒、假肢、手術導板、手術輔助器械等方面需求，開發(fā)醫(yī)用外部矯形器械專用材料等；4）設計及工藝軟件；5）增材制造裝備關鍵零部件。

（1）國家科技計劃層面：我國政府前期通過總裝預研計劃、國家自然科學基金、國家“863”計劃、“973”計劃等相關科研計劃在裝備制造及新材料領域，對3D打印，特別是“金屬零件高能束增材制造成形技術”等作為重點予以了持續(xù)資助。 2013年科技型中小企業(yè)技術創(chuàng)新基金項目指南將3D打印列為重點支持技術方向。國家工業(yè)和信息化部在2014年度課題申報指南“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備” 重大專項中已安排多個3D打印項目。

（2）地方政府層面：推進區(qū)域3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展的活動也非常積極踴躍。2014年6月北京市科委、市發(fā)展改革委等部門提出《促進北京市增材制造（3D打印）科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)培育的工作意見》；2014年1月廣東省促進戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展領導小組辦公室印發(fā)“加快廣東省3D打印技術和應用產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施方案的通知”；青島高新區(qū)將3D打印產(chǎn)業(yè)作為“1+5”主導產(chǎn)業(yè)體系中高端智能制造業(yè)的重要組成部分全力推進；江蘇省科技廳2013年1月發(fā)布了《江蘇省三維打印技術發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化推進方案》，組建成立了成員單位達43家的3D打印技術創(chuàng)新聯(lián)盟；浙江出臺3D打印技術專項實施方案，全面提升3D打印產(chǎn)業(yè)整體技術水平。

在各級地方政府的推動下，還成立了不少協(xié)同創(chuàng)新、制造、服務和體驗平臺。目前北京、廣州、深圳、成都、武漢等全國各地已建立3D打印創(chuàng)新服務中心有20多家，發(fā)揮區(qū)域優(yōu)勢，向國內(nèi)外客戶提供服務。在剛剛召開的“第二屆世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)大會”上，中國3D打印創(chuàng)新服務中心總部落戶青島高新區(qū)，擬投資4000萬，建立展示體驗中心、加工服務中心和技術研發(fā)中心。

6 推動3D打印產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的政策建議

通過國內(nèi)外媒體的廣泛宣傳，3D打印已引起了各級政府、各類機構、資本市場和普通社會公眾的高度且廣泛的關注。怎樣科學對待3D打印？如何保持一定程度的冷靜，避免類似光伏產(chǎn)業(yè)，因短時間過度關注和投資過熱，大起大落，反而危害行業(yè)的發(fā)展？值得各方研究與探討。

6.1 冷靜對待公眾媒體掀起的3D打印熱潮

德國作為有嚴謹傳統(tǒng)的制造業(yè)強國，歷來重視制造技術進步。《科技日報》記者2013年3月對“德國光子學研究”計劃負責人席立-羅森博士等進行了專訪報道：德國目前還沒有出臺專門針對3D打印技術的資助計劃，僅在“德國光子學研究”計劃中一部分內(nèi)容與3D打印技術有關，特別是“選擇性激光熔結技術”。席立-羅森博士等的觀點：“商業(yè)媒體討論的主要是投資市場，因此在關注周期內(nèi)影響強烈。而德國聯(lián)邦教研部（BMBF）和工業(yè)研究則從連續(xù)的、長期發(fā)展的角度來考慮3D打印技術。從大約20年前關注‘快速成型’就已開始，包括對由此產(chǎn)生的生產(chǎn)方式的理解。目前3D更適用于原型或只有有限功能的單件產(chǎn)品的快速生產(chǎn)。 應用迄今仍被局限于利基市場。在過去的10年，與利基市場平行發(fā)展的有兩個新趨勢：一是用于塑料模型制造的3D打印機變得便宜了很多，已經(jīng)開始面向個人用戶，并產(chǎn)生了一個世界性的業(yè)余愛好活動‘制造者’。另一個則是研究機構的‘選擇性激光熔結’等技術，在過去的10年中已經(jīng)從一種實驗技術發(fā)展成為工業(yè)生產(chǎn)方法。至于是否會在某個時候徹底改變工業(yè)生產(chǎn)，即所謂的第三次工業(yè)革命，還有待觀察。”特別是近日《麻省理工技術評論》編輯大衛(wèi)·羅特曼在“制造者和制造商之間的區(qū)別”中指出：“通過3D打印技術徹底改變工業(yè)生產(chǎn)方式這樣感情奔放的結論，往往是由于對目前的工業(yè)現(xiàn)實缺乏認識所造成的。從德國聯(lián)邦教研部的角度看，3D打印技術首先是一個很有意思的補充生產(chǎn)工具，必須在未來幾年的工業(yè)實踐中證明自己。”對于目前3D打印機進入個人消費領域的前景，與專業(yè)3D打印機相比，質(zhì)量不高但很實惠的低端3D打印機被提供給個人消費者，這應該是一個聰明的營銷問題，創(chuàng)建了一個“還沒有被關注到的需求市場”。作為補充生產(chǎn)的工具，3D打印的發(fā)展不可能脫離原有的技術基礎和應用市場的考驗。對于3D打印的未來，哥本哈根未來研究學院（CIFS）名譽主任約翰·彼得·帕魯坦的一句話值得深思：“我們的社會通常會高估新技術的可能性，同時卻又低估它們的長期發(fā)展?jié)摿Α！?/p>

6.2 引導3D打印技術及產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展的具體做法

3D打印技術是我國制造行業(yè)與國外先進水平差距較小的領域之一，為此建議：

（1）加強產(chǎn)業(yè)整體規(guī)劃與設計。深入研判全球3D技術及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢，制定適合我國3D發(fā)展的總體規(guī)劃和行動計劃，明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體原則、目標、技術路線、重點任務和政策措施，加強國家與地方的政策協(xié)同，明確政府和市場的職責界定，根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑和產(chǎn)業(yè)化規(guī)律，真正建立以市場化為導向的政府創(chuàng)新引導機制。引導資本市場的規(guī)模投入，以大項目、大企業(yè)帶動，培育有國際競爭力企業(yè)。

（2）加強3D技術與傳統(tǒng)技術的集成。從支持長期良性發(fā)展的輿論引導上，將其作為傳統(tǒng)規(guī)模制造技術的一個有益補充，主動加強和引導3D技術與傳統(tǒng)技術的對接、集成，及其在工業(yè)設計、文化創(chuàng)意、創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)等先導市場的推廣應用。

（3）加大研發(fā)投入，提升3D公共技術研發(fā)和服務水平。發(fā)揮聯(lián)盟組織作用，搭建產(chǎn)、學、研、用創(chuàng)新服務平臺，加強3D公共技術研發(fā)和標準等建設；加強3D打印的科普宣傳，吸引市場和社會公眾加大對3D打印服務業(yè)投入，采用“創(chuàng)新工廠”、“創(chuàng)意設計大賽”等新模式推廣。

（4）制定人才、金融等優(yōu)先政策，引導3D產(chǎn)業(yè)基礎比較好的地區(qū)率先發(fā)展。研究制定有利于跨區(qū)域合作的創(chuàng)新人才引進與激勵機制，開展產(chǎn)業(yè)聯(lián)合技術開發(fā)；引導、鼓勵地方設立專項資金或產(chǎn)業(yè)基金，加大對3D打印技術及產(chǎn)業(yè)應用的資金支持力度。

[1]宗貴升，馮濤.“3D打印-制造新紀元”報告.北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司,2013，05.

[2]楊永強等.3D打印設備國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化可行性分析，華南理工大學，新材料產(chǎn)業(yè)，2013第8期，P13～P20.

[3]“Additive Manufacturing with metal powders: Design for Manufacture evolves into Design for Function”,Juan F Isaza P and Claus Aumund-Kopp， “Powder Metallurgy Review” Summer 2014，Vol.3 No.2 P41P51.

[4]“增材制造(3D打印)技術發(fā)展” 西安交通大學，盧秉恒，李滌塵，“機械制造與自動化”，Jun 2013，42(4) :P1～P4.

[5]黃衛(wèi)東.如何理性看待增材制造（3D打印）技術.西北工業(yè)大學，新材料產(chǎn)業(yè)，2013第8期，P9～P12.

[6]王華明.高性能金屬構件增材制造技術開啟國防制造新篇章. 北京航空航天大學,國防制造技術(Defense Manufacturing Technology)，2013,No.3,P5～p7.

Additive manufacturing and 3D printing state of the Industry Annual Worldwide Progress Report，Wohlers Associates，http:// www.wohlersassociates.com/ 2013， 2014，USA.

[7]何永軍.3D打印技術-改變世界格局的源動力.新材料產(chǎn)業(yè)，2013第8期，P2～P8.

[8]“南極熊3D打印網(wǎng)”, www.dddyin. com ,行業(yè)動態(tài)等欄目.

[9]“德國3D打印專家：冷靜看待3D打印熱潮”，《科技日報》社記者專訪報道，2013年3月3日柏林電.

[10]吳復堯、劉黎明等.3D 打印技術在國外航空航天領域的發(fā)展動態(tài).

[11]盧秉恒等.增材制造( 3D 打印) 技術發(fā)展.