替代傳統(tǒng)制造有待時日
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)，兩者會在較長時間內(nèi)并行融合
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、鉆孔等多個環(huán)節(jié)后，得到符合要求的零件或產(chǎn)品。比如制作一個渦輪，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。“一低”是指制造成本低、制造周期短，有利于個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)計開發(fā)優(yōu)勢，為大批量制造業(yè)做輔助。“希望媒體的宣傳實(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，就會很失望。”趙新說。
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)，兩者會在較長時間內(nèi)并行融合。但是3D打印技術(shù)會提升傳統(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)是一個支撐，一個工具，它與各個行業(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、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、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。《三生萬物—3D打?。旱谌喂I(yè)革命的引擎》的主筆、財政部稅政司調(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)平臺等領(lǐng)域的3D打印龍頭企業(yè)。
