3D打印技術(shù)將被推向更層面的制造領(lǐng)域

根據(jù)報告調(diào)查結(jié)果，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988～2010年間保持著26.2%的年均增長速度。預(yù)期3D打印產(chǎn)業(yè)未來仍將持續(xù)較快地增長，到2016年，包含設(shè)備制造和服務(wù)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達到31億美元，2020年將達到52億美元。

從中長期看來3D打印產(chǎn)業(yè)具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前產(chǎn)業(yè)距離成熟階段尚有較大距離，對于3D打印市場規(guī)模的短期發(fā)展不宜過分高估。因此，現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)界對3D打印領(lǐng)域的投入應(yīng)以加強創(chuàng)新研發(fā)、技術(shù)引進和儲備為主，尤其要重視自主知識產(chǎn)權(quán)的建設(shè)和維護，爭取在未來的市場競爭中占據(jù)有利地位。如受到概念炒作影響，在技術(shù)尚未充分完善的現(xiàn)階段大規(guī)模投入產(chǎn)能擴張，則投資回報將面臨著較大的風險。

3D打印技術(shù)目前正在進入概念炒作的高峰階段，其技術(shù)還有待充分成熟，主流市場也有待進一步培育。3D打印技術(shù)成熟到適應(yīng)市場需求還將需要5～10年的時間。在這一較為漫長的發(fā)展過程中，產(chǎn)業(yè)可能會面臨增長期望落空、技術(shù)遭遇瓶頸以及投資撤離等風險。

目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：一是成本方面，現(xiàn)有3D打印機造價仍普遍較為昂貴，給其進一步普及應(yīng)用帶來了困難。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化學聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡人意，打印效率還遠不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴重沖突。四是產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面，3D打印技術(shù)的普及將使產(chǎn)品更容易被復(fù)制和擴散，制造業(yè)面對的盜版風險大增，現(xiàn)有知識產(chǎn)權(quán)保護機制難以適應(yīng)產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的需求。

3D打印產(chǎn)婁目前面臨主要問題

當前3D打印發(fā)展尚不成熟，人們要對其有清晰的認識。中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院副院長楊拴昌在新工業(yè)革命與增材制造國際研討會上表示，3D打印目前主要面臨四個方面的問題。

一是設(shè)計工具需進一步優(yōu)化。3D打印要求開發(fā)和廣泛運用計算機輔助設(shè)計(CAD)工具。對于功能部件制造，需要新的工具來優(yōu)化形狀和材料性能，以最大化地減少材料使用和重量。對于非專業(yè)人員，需要開發(fā)出易于操作的設(shè)計工具，來進行產(chǎn)品設(shè)計。

二是可用材料需持續(xù)拓寬。目前的可用原料還不多，正逐步從樹脂、塑料擴展到陶瓷、金屬，乃至最新的金、銀以及強度極高的鈦和不銹鋼等材料。未來，仍然需要開發(fā)更多的材料，并深入研究材料的加工-結(jié)構(gòu)-屬性之間關(guān)系，明確材料的優(yōu)點和局限性，為材料提供規(guī)范性標準。

三是生產(chǎn)過程需要加強工藝控制。為提高連貫性、重復(fù)性和統(tǒng)一性，需要建立裝備認證標準，并對生產(chǎn)過程進行內(nèi)部監(jiān)控和閉環(huán)反饋，如通過傳感器提供無損性評估與早期缺陷檢測，通過流程控制減少設(shè)備故障。為更好了解、預(yù)測材料性能和零部件功能特性，需要建立預(yù)測性模型，使設(shè)計師、工程師和用戶能夠估計零部件的功能特性，并通過調(diào)整設(shè)計達到預(yù)期效果。

四是產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要加強必要的監(jiān)管。如利用3D打印，犯罪分子能夠下載槍支設(shè)計軟件，私下制作槍支，而且槍支很容易隱藏，可以躲過金屬探測器。又如，3D打印的汽車方向盤如果在交通事故中失效，將很難確定事故中的責任方，失效可能是由于設(shè)計不足、制造不當、材料甚至是安裝所引起的。此外，如果將3D打印技術(shù)用于生產(chǎn)人體的腎臟等器官、嬰兒模型等，還將涉及到社會道德和倫理問題。

3D打印暫時還不可能替代傳統(tǒng)的制造技術(shù)，只是一個補充，目前市場空間依然有限。3D打印發(fā)展初期要靠國家相關(guān)部門來統(tǒng)籌布局、合理安排，不能一哄而上，在有技術(shù)、人才資源、市場基礎(chǔ)的地方先行先試，根據(jù)效果進行推廣。如在航空航天、汽車制造、生物醫(yī)療等領(lǐng)域開展一些示范，在示范的過程中制定相關(guān)行業(yè)標準，積累發(fā)展經(jīng)驗。

3D打印技術(shù)未來發(fā)展的主要趨勢

近年來，國內(nèi)如深圳維示泰克、南京紫金立德、北京殷華、江蘇敦超等企業(yè)已實現(xiàn)了3D打印機的整機生產(chǎn)和銷售，這些企業(yè)共同的特點是由海外歸國團隊建立，規(guī)模較小，產(chǎn)品技術(shù)與國外廠商同類產(chǎn)品相比尚處于低端。目前，國產(chǎn)3D打印機在打印精度、打印速度、打印尺寸和軟件支持等方面還難以滿足商用的需求，技術(shù)水平有待進一步提升。在服務(wù)領(lǐng)域，我國東部發(fā)達城市已普遍有企業(yè)應(yīng)用進口3D打印設(shè)備開展了商業(yè)化的快速成型服務(wù)，其服務(wù)范圍涉及到模具制作、樣品制作、輔助設(shè)計、文物復(fù)原等多個領(lǐng)域。與內(nèi)地相比，我國港臺地區(qū)3D打印技術(shù)引入起步較早，應(yīng)用更為廣泛，但港臺主要著重于技術(shù)應(yīng)用，而非自主研發(fā)。

隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，新的信息技術(shù)、控制技術(shù)、材料技術(shù)等不斷被廣泛應(yīng)用到制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。

提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學和物理性能，以實現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造；開發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復(fù)合材料等，特別是金屬材料直接成型技術(shù)有可能成為今后研究與應(yīng)用的又一個熱點；3D打印機的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡便，更加適應(yīng)分布化生產(chǎn)、設(shè)計與制造一體化的需求以及家庭日常應(yīng)用的需求；軟件集成化，實現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設(shè)計軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對接，實現(xiàn)設(shè)計者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠程在線制造；拓展3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)造性應(yīng)用。