3D打印技術(shù)正在重塑全球制造業(yè)競爭格局，在航空航天、地理信息、軍工、醫(yī)療、藝術(shù)設(shè)計(jì)和消費(fèi)電子產(chǎn)品等多個(gè)領(lǐng)域都大有用武之地。在我國，3D打印總體技術(shù)水平處于模型制作向零部件直接制造的過渡階段，還有很大提升空間，亟須加強(qiáng)協(xié)同創(chuàng)新，進(jìn)一步推動(dòng)我國3D打印技術(shù)的發(fā)展。

在北京3D打印研究院，趙新副院長拿著一個(gè)3D打印的人體心瓣模型，講述了這樣一個(gè)有關(guān)3D打印應(yīng)用的真實(shí)故事：按傳統(tǒng)做心臟瓣膜替換手術(shù)，一般是病人做CT后，根據(jù)一張張二維平面的CT片子，醫(yī)生全憑想象，在腦海里把這些平面圖疊在一起，判斷心臟瓣膜的損壞程度和需要手術(shù)的位置，以確定病人的手術(shù)方案。但是，一旦判斷不準(zhǔn)，病人遭罪，也容易造成醫(yī)患矛盾?，F(xiàn)在北京某醫(yī)院和3D打印研究院合作，把病人的CT數(shù)據(jù)提供給研究院，很快就能拿到根據(jù)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)3D打印出來的心瓣模型，醫(yī)生用它輔助診斷，準(zhǔn)確率得到了極大提高。

3D打印技術(shù)在我國的應(yīng)用，正在取得長足進(jìn)展。

快速走向?qū)嶋H應(yīng)用

3D打印是實(shí)現(xiàn)中國制造業(yè)升級的核心技術(shù)之一，同時(shí)也開啟了個(gè)性化商品制造的商業(yè)模式

日前，在上海舉行的第17屆中國國際工業(yè)博覽會(huì)上，3D打印展品引人注目。比如，北京航空航天大學(xué)的展品是用3D技術(shù)打印的C919機(jī)頭主風(fēng)擋的窗框，它是采用“同軸送粉”技術(shù)，用鈦合金材料打印而成。此外，還有中國航天科技集團(tuán)公司上海航天技術(shù)研究院參展的用3D打印的高性能碳纖維接頭和用3D打印的鋁合金空間轉(zhuǎn)位捕獲桿……

3D打印,又叫增材制造技術(shù)，是一種以數(shù)字模式文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬、塑料等可黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的快速成型技術(shù)，是制造原理上的一個(gè)重大突破。中國工程院院士、快速制造國家工程研究中心主任盧秉恒表示，增材制造與傳統(tǒng)的等材制造和減材制造三足鼎立，互為補(bǔ)充。從制造方式來說，鑄鍛焊在制造過程中重量基本不變，屬于“等材制造”，已有3000年歷史；隨著電動(dòng)機(jī)的發(fā)明，能夠車銑刨磨的機(jī)床的出現(xiàn)，通過對材料的切削去除達(dá)到設(shè)計(jì)形狀，稱為“減材制造”，已有300年歷史；而以3D打印為代表的“增材制造”，1984年提出，1986年實(shí)現(xiàn)樣機(jī)，才30年時(shí)間，被稱為“20世紀(jì)最具革命性的制造技術(shù)”。

2015年2月，工業(yè)和信息化部牽頭發(fā)布《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016年）》；3月，國務(wù)院總理李克強(qiáng)主持召開國務(wù)院常務(wù)會(huì)議，部署加快推進(jìn)實(shí)施“中國制造2025”。增材制造技術(shù)是實(shí)現(xiàn)中國制造業(yè)升級的核心技術(shù)之一。中國緊跟世界科技趨勢，高度重視和全面發(fā)展3D打印技術(shù)，“急追”先進(jìn)國家。

盧秉恒院士說，3D打印“熱在今天，造就明天”。未來制造業(yè)將是“互聯(lián)網(wǎng)+先進(jìn)制造業(yè)+現(xiàn)代服務(wù)業(yè)”，大致會(huì)呈現(xiàn)這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)云平臺(tái)：眾需收集—?jiǎng)?chuàng)客設(shè)計(jì)—3D打印驗(yàn)證設(shè)計(jì)—虛擬制造—生產(chǎn)分包—物聯(lián)網(wǎng)配送。

因此，3D打印還展現(xiàn)了一個(gè)全民創(chuàng)新的通途。在大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的當(dāng)代，創(chuàng)客們設(shè)計(jì)出來的某些產(chǎn)品，傳統(tǒng)制造業(yè)沒有辦法實(shí)現(xiàn)，或者成本非常高。而3D打印從技術(shù)上、成本上、快捷程度上都可以支持，使之變成現(xiàn)實(shí)?？梢哉f，3D打印技術(shù)開啟了個(gè)性化商品制造的商業(yè)模式。

替代傳統(tǒng)制造有待時(shí)日

3D打印已開始應(yīng)用于小批量的直接制造，但短期內(nèi)，難以替代傳統(tǒng)制造業(yè)，兩者會(huì)在較長時(shí)間內(nèi)并行融合

3D打印的關(guān)注度如此之高，目前，在我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級中，3D打印應(yīng)用情況如何？

傳統(tǒng)的減材制造是在大尺寸的原材料上進(jìn)行沖壓、切削、鉆孔等多個(gè)環(huán)節(jié)后，得到符合要求的零件或產(chǎn)品。比如制作一個(gè)渦輪，可能需要用300公斤的原材料，最后制成產(chǎn)品，只有50公斤重。與之相比，增材制造是加法制造，從無到有逐層堆積原材料，直到得到成品。在這個(gè)過程中，沒有制造工業(yè)垃圾，非常環(huán)保。據(jù)測算，3D打印節(jié)約材料大約70%至80%。此外，3D打印在制造模式上也有明顯優(yōu)勢。傳統(tǒng)制造都是在一個(gè)成熟的流水線上進(jìn)行大批量的生產(chǎn)和加工，而3D打印可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制以及一體化打印，省略了組裝環(huán)節(jié)。

目前，我國3D打印技術(shù)主要在“一高一低”兩個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用比較普遍：“一高”是火電、核電、航空航天、軍工等高科技領(lǐng)域。這些行業(yè)使用的高端機(jī)械，用傳統(tǒng)制造模式主要依靠焊接實(shí)現(xiàn)零件的結(jié)合，但是焊接技術(shù)往往引起性能衰退。而3D打印可以實(shí)現(xiàn)一體化打印，實(shí)現(xiàn)了零件之間的無縫對接，具有很好的強(qiáng)度和精度。因此，3D打印在這些領(lǐng)域得到快速發(fā)展?！耙坏汀笔侵钢圃斐杀镜?、制造周期短，有利于個(gè)性化小批量制造的產(chǎn)品。因?yàn)?D打印技術(shù)可以讓數(shù)字文件精確復(fù)制成實(shí)物原型，所以還可以用來制作“獨(dú)一無二”的創(chuàng)意產(chǎn)品，比如人偶、禮品等。在北京3D打印研究院，記者看到琳瑯滿目的各種3D打印產(chǎn)品，有動(dòng)漫公司定制的卡通人物形象，有各種奇思妙想的禮品擺設(shè)等。這些都是目前市場上3D打印普及型應(yīng)用。

此外，在制造業(yè)的鏈條中，快速模型制造也普遍使用3D打印。傳統(tǒng)制造做模具，成本高、開發(fā)周期長，而3D打印可以快速做出原型，符合要求后，再開模具制造。因此，在汽車業(yè)、制鞋業(yè)和一些行業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)中，經(jīng)常會(huì)用3D打印進(jìn)行原型制造。

趙新表示，目前，3D打印雖然已開始應(yīng)用于小批量的直接制造，但是受3D打印的時(shí)間、精度和材料等限制，3D打印還不可能替代傳統(tǒng)制造業(yè)，只是利用研發(fā)、設(shè)計(jì)開發(fā)優(yōu)勢，為大批量制造業(yè)做輔助?！跋Ｍ襟w的宣傳實(shí)事求是，有些人對3D打印認(rèn)識過度，過于理想，到研究院一了解，就會(huì)很失望?！壁w新說。

北京大學(xué)光華管理學(xué)院博士后劉江濤認(rèn)為，3D打印技術(shù)在強(qiáng)調(diào)個(gè)性化、復(fù)雜化的小批量生產(chǎn)和模具生產(chǎn)上可以大顯身手，同時(shí)也將充分發(fā)揮3D打印技術(shù)兼具智能制造的特點(diǎn)，擴(kuò)大其在軍工、醫(yī)療、創(chuàng)意等行業(yè)的應(yīng)用。短期內(nèi)，3D打印技術(shù)難以替代傳統(tǒng)制造業(yè)，兩者會(huì)在較長時(shí)間內(nèi)并行融合。但是3D打印技術(shù)會(huì)提升傳統(tǒng)制造業(yè)的制造形態(tài)，改進(jìn)流程，提高效率，提升行業(yè)水平，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級。

技術(shù)提升需協(xié)同創(chuàng)新

3D打印正處于技術(shù)的井噴期、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的起步期，需要盡快提升技術(shù)水平，建立創(chuàng)新鏈

3D打印技術(shù)是一個(gè)支撐，一個(gè)工具，它與各個(gè)行業(yè)相結(jié)合，將促進(jìn)中國制造升級，實(shí)現(xiàn)從“中國制造”向“中國智造”的轉(zhuǎn)變。盧秉恒院士表示，增材制造的遠(yuǎn)景是“創(chuàng)材”，即按照材料基因組，研制出超高強(qiáng)度、超高耐溫、超高韌性、超高抗蝕的新材料。目前3D打印已制造出了耐溫3315攝氏度的合金，用于“龍飛船2號”，大幅增強(qiáng)了飛船推力。3D打印還從“創(chuàng)材”到“創(chuàng)生”，即打印細(xì)胞制造器官，甚至把基因打印在細(xì)胞里實(shí)現(xiàn)基因變異。

近兩年，3D打印出現(xiàn)了一些顛覆性技術(shù)，這一領(lǐng)域現(xiàn)在正處于技術(shù)的井噴期、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的起步期和企業(yè)的跑馬圈地期。

從3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的構(gòu)成來看，產(chǎn)業(yè)鏈上游包括創(chuàng)新設(shè)計(jì)、精密機(jī)械、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)和激光技術(shù)，產(chǎn)業(yè)鏈中游主要包括3D打印設(shè)備的生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈的下游主要是三維模型設(shè)計(jì)服務(wù)和打印產(chǎn)品應(yīng)用。

目前，我國3D打印總體技術(shù)水平處于模型制作向零部件直接制造的過渡階段，在直接制造高性能塑料和金屬零件方面發(fā)展迅速，局部甚至超過國外水平，但總體上還有非常大的提升空間。

產(chǎn)業(yè)鏈上游的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、精密機(jī)械、數(shù)控技術(shù)、材料科學(xué)和激光技術(shù)的核心技術(shù)大多掌握在外國大公司手中。國產(chǎn)的打印材料性能相對差些，可打印材料較少；工業(yè)版3D打印機(jī)的激光器存在穩(wěn)定性問題，整個(gè)產(chǎn)業(yè)還處于起步發(fā)展階段。國內(nèi)3D打印領(lǐng)域走在前列的公司有陜西恒通、西安鉑力特、北航公司、武漢濱湖、無錫易維等，但是總體來說，企業(yè)規(guī)模、產(chǎn)值、利潤都還比較小。由于3D打印技術(shù)融合了光機(jī)電技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)和軟件技術(shù)等，目前我國高端裝備制造的核心技術(shù)尚待加強(qiáng)、機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床等底層裝備的自動(dòng)化信息化不夠，這些也制約了3D打印技術(shù)的提升。

因此，我國3D打印技術(shù)的發(fā)展，亟須協(xié)同創(chuàng)新，學(xué)科交叉發(fā)展原創(chuàng)，盡快建立創(chuàng)新鏈?！度f物—3D打?。旱谌喂I(yè)革命的引擎》的主筆、財(cái)政部稅政司調(diào)研員李旭鴻建議：加快3D打印技術(shù)的發(fā)展，要實(shí)施3D打印“重大技術(shù)突破、重要行業(yè)應(yīng)用、重點(diǎn)企業(yè)支撐”的“三重戰(zhàn)略”。大力加快3D打印專用材料的研發(fā)和生產(chǎn)，鼓勵(lì)發(fā)展數(shù)字模型、專用工藝軟件及控制軟件，加速發(fā)展3D打印裝備及核心器件；大力支持3D打印技術(shù)在重點(diǎn)行業(yè)應(yīng)用和推廣；大力發(fā)展航天、航空、電子、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等領(lǐng)域的3D打印龍頭企業(yè)。

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