近期，英國《經濟學人》雜志在《第三次工業(yè)革命》一文中，將3D打印技術作為第三次工業(yè)革命的重要標志之一，引發(fā)了世人對3D打印的關注。作為新生事物，3D打印究竟是什么含義?它與傳統(tǒng)產品開發(fā)和生產制造有什么區(qū)別?發(fā)展3D打印的意義何在?我國發(fā)展現(xiàn)狀如何?下一步應如何發(fā)展?針對這些問題，本文將依次作出解答。
3D打印概況
3D打印機依托多個學科領域的尖端技術，在航空航天、汽車摩托車、家電、生物醫(yī)學等領域得到了一定應用，發(fā)展前景廣泛。
1、什么是3D打印
3D Systems sPro™ 60 SD SLS®商用3D打印機
3D打印(3Dprinting)是制造業(yè)領域正在迅速發(fā)展的一項新興技術，被稱為“具有工業(yè)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打印是“增材制造”(AdditiveManufacturing)的主要實現(xiàn)形式。“增材制造”的理念區(qū)別于傳統(tǒng)的“去除型”制造。傳統(tǒng)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”與之截然不同，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。
2、3D打印所需的關鍵技術
3D打印需要依托多個學科領域的尖端技術，至少包括以下方面：
信息技術：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，并且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：3D打印以“每層的疊加”為加工方式。要生產高精度的產品，必須對打印設備的精準程度、穩(wěn)定性有較高的要求。
材料科學：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。
3、3D打印的應用領域
具體應用領域包括：
1.工業(yè)制造：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打印的小型無人飛機、小型汽車等概念產品已問世。3D打印的家用器具模型，也被用于企業(yè)的宣傳、營銷活動中。
2.文化創(chuàng)意和數碼娛樂：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打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工藝的水平。
3.航空航天、國防軍工：復雜形狀、尺寸微細、特殊性能的零部件、機構的直接制造。
4.生物醫(yī)療：人造骨骼、牙齒、助聽器、假肢等。
5.消費品：珠寶、服飾、鞋類、玩具、創(chuàng)意DIY作品的設計和制造。
6.建筑工程：建筑模型風動試驗和效果展示，建筑工程和施工(AEC)模擬。
7.教育：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。
8.個性化定制：基于網絡的數據下載、電子商務的個性化打印定制服務。國內3D打印產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及問題
3D打印機雖然發(fā)展迅速，但仍面臨缺乏宏觀規(guī)劃和引導、研發(fā)投入不足、產業(yè)鏈缺乏統(tǒng)籌發(fā)展、缺乏教育培訓和社會推廣等一系列問題。
發(fā)展現(xiàn)狀
1.技術研發(fā)
我國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(fā)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(yī)學領域尖端科學研究提供了關鍵的技術支撐。
2.產業(yè)應用
目前，依托高校成果，對3D打印設備進行產業(yè)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)。這些公司都已實現(xiàn)了一定程度的產業(yè)化，部分公司生產的便攜式桌面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(yè)成為國外3D打印設備的代理商，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(yè)購買了國內外各類3D打印設備，專門為相關企業(yè)的研發(fā)、生產提供服務。其中，廣東省工業(yè)設計中心、杭州先臨快速成型技術有限公司等企業(yè)，設立了3D打印服務中心，發(fā)揮科技人才密集的優(yōu)勢，向國內外客戶提供服務，取得了良好的經濟效益。
存在的問題
1.缺乏宏觀規(guī)劃和引導
3D打印產業(yè)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(yī)療衛(wèi)生、文化創(chuàng)意等行業(yè)，其發(fā)展將會深刻影響先進制造業(yè)、工業(yè)設計業(yè)、生產性服務業(yè)、文化創(chuàng)意業(yè)、電子商務業(yè)及制造業(yè)信息化工程。但在我國工業(yè)轉型升級、發(fā)展智能制造業(yè)的相關規(guī)劃中，對3D打印這一交叉學科的技術總體規(guī)劃與重視不夠。
2.企業(yè)對技術研發(fā)投入不足
我國雖已有幾家企業(yè)能自主制造3D打印設備，但企業(yè)規(guī)模普遍較小，研發(fā)力量不足。在加工流程穩(wěn)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具體環(huán)節(jié)，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(yè)主導地位的美國3Dsystems、Stratasys等公司，每年都投入1000多萬美元研發(fā)新技術，研發(fā)投入占銷售收入的10%左右。兩家公司不僅研發(fā)設備、材料和軟件，而且以簽約開發(fā)、直接購買等方式，獲得大量來自企業(yè)外部的相關細分技術、專利，已掌握一批關鍵核心技術。
3.產業(yè)鏈缺乏統(tǒng)籌發(fā)展
3D打印行業(yè)的發(fā)展需要完善的供應商和服務商體系、市場平臺。供應商和服務商體系中，包含工業(yè)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(yè)還處于“單打獨斗”的初步發(fā)展階段，產業(yè)整合度較低，主導的技術標準、開發(fā)平臺尚未確立，技術研發(fā)和推廣應用還處于無序狀態(tài)。
4.缺乏教育培訓和社會推廣
目前，企業(yè)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打印相關的必修環(huán)節(jié)，3D打印停留在部分學生的課外興趣研究層面。
我國發(fā)展3D打印產業(yè)的重要戰(zhàn)略意義
發(fā)展3D打印產業(yè)，可以在提升我國工業(yè)領域的產品開發(fā)水平的同時有助于攻克技術難關，并且易形成新的經濟增長點，促進就業(yè)。
當前，全球正在興起新一輪數字化制造浪潮。發(fā)達國家面對近年來制造業(yè)競爭力的下降，大力倡導“再工業(yè)化、再制造化”戰(zhàn)略，提出智能機器人、人工智能、3D打印是實現(xiàn)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(yè)的主導權，加快3D打印產業(yè)發(fā)展，推動我國由“工業(yè)大國”向“工業(yè)強國”的轉變。
1、發(fā)展3D打印產業(yè)，可以提升我國工業(yè)領域的產品開發(fā)水平，提高工業(yè)設計能力
傳統(tǒng)的工業(yè)產品開發(fā)方法，往往是先開磨具，然后再做出樣品，而運用3D打印技術，無需開磨具，可以把制造時間降低為以前的1/10到1/5，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，均可利用3D打印技術，短時間內制造出來，從而極大地促進了產品的創(chuàng)新設計，有效克服我國工業(yè)設計能力薄弱的問題。
2、發(fā)展3D打印產業(yè)，可以生產出復雜、特殊、個性化產品，有助于攻克技術難關
3D打印可以為基礎科學技術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(yè)，零部件種類多、性能要求高，需要進行反復測試。運用3D打印，除了在研制速度上具有優(yōu)勢外，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(xiàn)關鍵性能的趕超。
3、發(fā)展3D打印產業(yè)，可以形成新的經濟增長點，促進就業(yè)
隨著3D打印的普及，“大批量的個性化定制”將成為重要的生產模式。3D打印與現(xiàn)代服務業(yè)的緊密結合，將衍生出新的細分產業(yè)、新的商業(yè)模式，創(chuàng)造出新的經濟增長點。
如自主創(chuàng)業(yè)者可以通過購置或者租賃低成本的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提供服務，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(fā)個性化需求，形成一個數百億甚至數千億元規(guī)模的文化創(chuàng)意制造產業(yè)，并增加社會就業(yè)。
支持我國3D打印產業(yè)發(fā)展的政策建議
采取財稅金融政策上積極支持、積極引導建立行業(yè)協(xié)會，鼓勵研發(fā)，加強教育培訓等措施，進一步促進3D打印社會化推廣。
1、制定數字化制造規(guī)劃，促進3D產業(yè)優(yōu)先發(fā)展
建議將3D打印技術定位為生產性服務業(yè)、文化創(chuàng)意、工業(yè)設計、先進制造、電子商務及制造業(yè)信息化工程的關鍵技術和共性技術，將該產業(yè)納入優(yōu)先發(fā)展產業(yè)及產品目錄。在財稅金融政策上，鼓勵企業(yè)投資、研發(fā)、生產和應用3D打印，支持3D打印設備的進出口。
2、加強產業(yè)聯(lián)盟、行業(yè)協(xié)會建設，推動3D產業(yè)協(xié)同發(fā)展
積極引導工業(yè)設計企業(yè)、3D數字化技術提供商、3D打印機及材料研發(fā)企業(yè)和機構、3D打印服務應用提供商組建產業(yè)聯(lián)盟，利用有關學會、協(xié)會的平臺加強研討和交流，共同推動3D打印技術研發(fā)和行業(yè)標準制定。促進3D打印技術發(fā)展的市場平臺建設，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打印及周邊項目投融資機制等，促進產業(yè)可持續(xù)發(fā)展。
3、加大科技扶持力度，提升3D打印技術水平
設立專項基金，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(fā)。在研發(fā)扶持中，要注意建立公平、公正的研發(fā)績效評估體系，鼓勵各研發(fā)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(yè)化的企業(yè)在市場銷售、社會推廣上給予政策支持。
4、加強教育培訓，促進3D打印社會化推廣
將3D打印技術納入相關學科建設體系，培養(yǎng)3D打印技術人才。依靠行業(yè)協(xié)會、博覽會、論壇等組織形式進行3D打印技術和周邊應用的培訓。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(fā)展3D打印服務中心，推廣3D打印技術應用，為發(fā)展3D打印產業(yè)積累應用經驗。
