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以3D打印技術(shù)為代表的數(shù)字化制造模式，曾被《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為是“第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具”，近年來(lái)在全球持續(xù)升溫、熱潮頻襲。3D打印與傳統(tǒng)制造方式不同的特性，及其理論上“無(wú)孔不入”的打印可能，觸動(dòng)了科技界、產(chǎn)業(yè)界的敏感神經(jīng)。
然而，這一制造技術(shù)是否真如設(shè)想中那么美好?我國(guó)與世界先進(jìn)水平有哪些差距?產(chǎn)業(yè)前景又在哪里?熱鬧之后，還需深思。
5月29日—31日，2013世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)在北京召開(kāi)，再一次把這些問(wèn)題推向前臺(tái)。
應(yīng)用
無(wú)法替代傳統(tǒng)制造方式，成本、材料因素限制市場(chǎng)
3D打印上世紀(jì)80年代誕生于美國(guó)，學(xué)名是“增材制造”，是將材料一次性熔聚成型的制造方式，與傳統(tǒng)對(duì)原材料進(jìn)行切削等的“減材制造”方法相反。
“與蓋樓過(guò)程一樣，3D打印也是從地基建起，通過(guò)打印材料的層層疊加，最終形成一個(gè)完整的立體物品。”華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授史玉升說(shuō)，理論上，塑料、金屬、陶瓷、沙子等材料做成粉狀物后都可以用作打印的“墨水”。
新產(chǎn)品在實(shí)際制造成型后，可能與原設(shè)計(jì)有出入，因此量產(chǎn)前常常需要樣品驗(yàn)證，3D打印正好發(fā)揮了其在單件或小批量生產(chǎn)上的優(yōu)勢(shì)。另外，3D打印在高端尤其是復(fù)雜零件加工上有較大潛力。傳統(tǒng)制造方法需要經(jīng)過(guò)開(kāi)模具、鑄造或鍛造以及精加工，費(fèi)時(shí)費(fèi)料。而3D打印的一次成型技術(shù)，能夠打印出設(shè)計(jì)好的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，節(jié)約了材料，降低了零部件的研制周期和成本。
“有一家鑄造企業(yè)用選擇性激光燒結(jié)3D打印機(jī)，將復(fù)雜鑄件的交貨期由傳統(tǒng)的3個(gè)月縮短到了10天左右，”史玉升舉例說(shuō)，“還有某發(fā)動(dòng)機(jī)制造商采用這樣的設(shè)備，把大型六缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋砂芯的研制周期，由過(guò)去的5個(gè)月縮短至1周左右。”
速度快、省材料、能輕松應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品……既然身兼種種特長(zhǎng)，3D打印技術(shù)已誕生30多年，為什么一直沒(méi)發(fā)展起來(lái)?
中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)羅軍認(rèn)為，關(guān)鍵在于3D打印技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造技術(shù)的替代作用不強(qiáng)。雖然在部分產(chǎn)品的小批量生產(chǎn)和模具生產(chǎn)上頗有優(yōu)勢(shì)，但在大批量生產(chǎn)上，3D打印的速度和成本其實(shí)都比不過(guò)傳統(tǒng)制造方式。打印材料品種的單一和昂貴的成本，使其局限于對(duì)價(jià)格敏感度不高的產(chǎn)品，市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域有限。
“3D打印技術(shù)只是傳統(tǒng)制造業(yè)的補(bǔ)充�！笔酚裆硎�。羅軍也認(rèn)為，3D打印技術(shù)擅長(zhǎng)解決個(gè)性化、復(fù)雜化、高難度的生產(chǎn)技術(shù)，而傳統(tǒng)制造業(yè)擅長(zhǎng)批量化、規(guī)�；途婊纳a(chǎn)，兩者是互補(bǔ)關(guān)系，“不是誰(shuí)替代誰(shuí)的問(wèn)題”。
在羅軍看來(lái)，3D打印技術(shù)沒(méi)得到大發(fā)展的另一個(gè)原因在于，國(guó)內(nèi)3D行業(yè)“小而散”的局面影響了產(chǎn)業(yè)的推廣。因此，去年10月15日，中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，集合了國(guó)內(nèi)40多家從事3D打印的企業(yè)和科研單位。羅軍希望通過(guò)聯(lián)盟形成合力，以行業(yè)抱團(tuán)發(fā)展模式逐步打開(kāi)市場(chǎng)。
現(xiàn)狀
設(shè)備、材料及應(yīng)用領(lǐng)域與國(guó)外尚有差距，活體組織打印是未來(lái)重要方向
發(fā)展3D打印技術(shù)，中國(guó)其實(shí)起步并不晚。這方面的研究在上世紀(jì)80年代末就已開(kāi)始，研究力量集中在西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)和清華大學(xué)等高校。
目前，這3所高校仍是我國(guó)3D打印技術(shù)的研究重地，其中西安交通大學(xué)側(cè)重研究光固化技術(shù)，華中科技大學(xué)的優(yōu)勢(shì)在于激光粉末燒結(jié)技術(shù)，而清華大學(xué)則側(cè)重塑料堆積技術(shù)。
史玉升表示，我國(guó)生產(chǎn)的3D打印機(jī)裝備功能已經(jīng)接近國(guó)際先進(jìn)水平，兩者的差距主要體現(xiàn)在裝備的可靠性和材料研發(fā)上�！安糠�3D打印機(jī)的關(guān)鍵器件需從國(guó)外進(jìn)口，而用國(guó)產(chǎn)零件生產(chǎn)的打印機(jī)穩(wěn)定性不夠�！贝送�，我國(guó)在材料質(zhì)量和品種上還遠(yuǎn)不如美國(guó)、德國(guó)豐富，許多研發(fā)的實(shí)驗(yàn)材料也需要進(jìn)口。
“更大的差距體現(xiàn)在應(yīng)用上�！笔酚裆f(shuō)，在國(guó)外，3D打印技術(shù)已經(jīng)在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生物醫(yī)療、航空航天、影視教育創(chuàng)意等方面有較多應(yīng)用，而我國(guó)還主要局限于模具打印、文化創(chuàng)意產(chǎn)品等少數(shù)領(lǐng)域。
另外，在西方國(guó)家，3D打印技術(shù)可以打印出個(gè)性化的假牙、假肢，在醫(yī)療健康領(lǐng)域已經(jīng)取得成效。不過(guò)，“假”的東西并不能讓人們滿足�！拔磥�(lái)3D打印技術(shù)一個(gè)前沿方向是研究如何打印‘活’的人體‘零件’�！笔酚裆f(shuō)，只要能找出與人體相容的材料，打印出網(wǎng)狀物，再把人體的細(xì)胞放上去培養(yǎng)，就能制造出真正的人體組織了。
不過(guò)，當(dāng)前打印人體器官還只是一種科學(xué)愿景，這依賴于打印材料和技術(shù)上的突破，并需要開(kāi)展生物、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科來(lái)交叉研究。
雖然還有不小差距，但3D打印技術(shù)已經(jīng)算是我國(guó)制造行業(yè)與國(guó)外先進(jìn)水平差距很少的技術(shù)之一，部分領(lǐng)域幾乎同步，在某些方面還具有自身特色和一定的優(yōu)勢(shì)。北京航空航天大學(xué)的王華明教授曾打印出世界上最大的鈦合金復(fù)雜構(gòu)件，產(chǎn)品整體性能遠(yuǎn)超鍛件。
史玉升認(rèn)為，中國(guó)要從制造業(yè)大國(guó)走向強(qiáng)國(guó)，依靠當(dāng)前加工型的、技術(shù)含量低的生產(chǎn)手段難有根本改觀，國(guó)家應(yīng)加強(qiáng)對(duì)3D打印技術(shù)研究的支持。
據(jù)了解，我國(guó)從去年底已經(jīng)啟動(dòng)了中國(guó)工程院增材制造咨詢項(xiàng)目，為未來(lái)中國(guó)3D打印技術(shù)發(fā)展獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。
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