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當前全球正在興起新一輪數(shù)字化制造浪潮，發(fā)達國家為應對制造業(yè)競爭力的下降，大力倡導“再工業(yè)化、再制造化”，抓手就是3D打印等先進制造技術。3D打印為代表的先進制造成為各國政府搶占的戰(zhàn)略高地。
3D打印技術從單純的技術創(chuàng)新成為顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)制造方式的新生力量。然而，從傳統(tǒng)的中心式生產(chǎn)到分散式生產(chǎn)方式的轉變，是更加深遠的影響。
當前，3D打印技術正處于發(fā)展的井噴期，3D打印的數(shù)據(jù)標準可能影響到裝備和應用兩個方面，對此我們應該抓緊標準的研究，掌握話語權。
世界經(jīng)濟論壇創(chuàng)始人兼執(zhí)行主席克勞斯?施瓦布在其出版的《第四次工業(yè)革命》一書中稱，建立在數(shù)字革命基礎上的第四次工業(yè)革命已經(jīng)到來，這些技術正給我們的經(jīng)濟、商業(yè)、社會和個人帶來前所未有的改變，3D打印是這些技術中的典型代表。中國工程院院士、西安交通大學機械工程學院院長盧秉恒接受記者采訪時表示，3D打印技術是顛覆性的技術，近幾年發(fā)展迅速，它重構了社會生產(chǎn)生活方式，我們將迎來它發(fā)展的井噴期。
顛覆性技術受追捧
6月16日，兩條新聞再次將3D打印推進人們的視野。北京大學第三醫(yī)院成功實施世界首個3D打印人工椎體植入人體手術，人工椎體誕生并獲國家食品藥品監(jiān)督管理總局注冊批準；美國亞利桑那州的3D打印汽車公司Local Motors推出了一輛3D打印的自動駕駛電動公交車Olli，而且這輛車的一部分是可回收的。
3D打印又名增材制造，根據(jù)數(shù)字3D圖像或模型，一層一層地打印出實物，1986年由美國最早提出，已經(jīng)出現(xiàn)二十多年了。傳統(tǒng)的加工制造是在原材料基礎上，使用切削、磨削、腐蝕、熔融等辦法，不斷把沒用的削掉，進而得到零部件，這叫“減法”；3D打印無須原胚和模具，它把材料一層一層摞上去，生產(chǎn)產(chǎn)品的機器就像打印機一樣，用疊加、層疊的辦法形成產(chǎn)品，這叫作“加法”。
幾十年前的技術為何在今天再度“發(fā)燒”呢？專家認為，一方面，3D打印在高性能加工金屬大型關鍵構件上取得突破，成為革命性技術；另一方面，當前全球正在興起新一輪數(shù)字化制造浪潮，發(fā)達國家為應對制造業(yè)競爭力的下降，大力倡導“再工業(yè)化、再制造化”，抓手就是3D打印等先進制造技術。3D打印為代表的先進制造成為各國政府搶占的戰(zhàn)略高地。
3D打印是一項顛覆性的創(chuàng)新技術，被美國自然科學基金會稱為20世紀最重要的制造技術創(chuàng)新。麥卡錫報告列出了對人類生活有顛覆性影響的12項技術，3D打印排在第九位，在新材料和頁巖氣之前。麥卡錫報告預測在2030年3D打印將在全世界達到1萬億美元左右的效益。2015年麥卡錫報告又將這一進程前移，認為增材制造2020年可達到5500億美元的效益。
在盧秉恒看來，3D打印之所以被稱為顛覆性技術還在于它對人們的生產(chǎn)生活的影響。他認為，3D打印改變人們的生活和工作模式，人們以后可以不在商場挑商品，可以自己設計自己需要的商品，把自己的需求發(fā)布到網(wǎng)上，很多創(chuàng)客進行設計，然后分包組織生產(chǎn)，再進行物理配送。如此一來，它使社會生產(chǎn)模式發(fā)生了變化，給創(chuàng)新帶來更大的空間。
“人們不再受單位的約束，設計師可能就是自由職業(yè)者，這使得社會生產(chǎn)的組織模式、社會生活的模式發(fā)生很大變化。今天你可以設計飛機，明天可以設計時裝。個人的創(chuàng)新能力可以最大程度地得到發(fā)揮，形成一個真正創(chuàng)新型社會。”盧秉恒表示，隨著個性化消費時代的到來，大批量的生產(chǎn)如果設計出現(xiàn)偏差，產(chǎn)銷不對路，就賣不出去造成浪費。現(xiàn)在海爾跟用戶一起設計，體現(xiàn)用戶需求，這個產(chǎn)品肯定是用戶需求的。個性化、定制化變成可能，是因為信息化提供了個性化設計制造的平臺。盧秉恒說，3D打印已經(jīng)成為創(chuàng)客最歡迎的工具之一。它可為可穿戴電子、家居用品、文化產(chǎn)業(yè)、服裝設計等行業(yè)提供個性化定制生產(chǎn)模式，有望引領生產(chǎn)從大批量制造走向個性化定制的第三次工業(yè)革命，有力促進大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)。
《零邊際成本社會》作者杰里米?里夫金先生為我們描繪了3D打印的美好未來，它從單純的技術創(chuàng)新成為顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)制造方式的新生力量。然而，從傳統(tǒng)的中心式生產(chǎn)到分散式生產(chǎn)方式的轉變，是更加深遠的影響。
打印引爆技術革命
盧秉恒表示，3D打印可以帶來很多顛覆性的變革，例如，在航空航天領域，可以使材料利用率由5％提升至90％以上，制造周期由數(shù)月壓縮為幾天；概念飛機的設計可以減輕質量的60％；生產(chǎn)新能源汽車，可以把2萬個零件集成為40個零件，6天打印完成且減重1/3。與規(guī)?；a(chǎn)的商品不同，3D打印產(chǎn)品可以很容易地進行量身定制。目前這一技術已廣泛應用于制造業(yè)、人類健康、消費品等領域。
《第四次工業(yè)革命》一書認為，在制造業(yè)方面，3D打印的引爆點是第一輛3D打印汽車的問世，該書的調查顯示，84%的受訪者認為引爆點會在2025年之前出現(xiàn)。美國《財富》雜志最近報道了3D打印技術應用于制造業(yè)的一個案例：通用電氣公司生產(chǎn)的leaP噴氣式發(fā)動機不僅是該公司的明星產(chǎn)品，還即將配置完全由增材制造技術制造的燃油噴嘴。6月16日，美國亞利桑那州的3D打印汽車公司Local Motors推出了一輛3D打印的自動駕駛電動公交車Olli，而且這輛車的一部分是可回收的。
在人類健康領域，《第四次工業(yè)革命》稱，技術的引爆點是進行首例3D打印肝臟的移植技術，調查顯示，76%的受訪者認為引爆點會在此2025年之前出現(xiàn)。在未來，3D打印機不僅能夠打印物品，還能夠制造人體器官——這一過程被稱為“生物打印”。器官與普通物品的打印過程大致相同，只是對材料有特殊要求，例如制造骨骼需要鈦粉。3D打印在滿足顧客的定制化需求方面具有巨大潛力，而沒有什么比人體更加需要定制了。“未來，人們可以打印自己身體需要的‘零件’，哪里壞了換哪里。現(xiàn)在有科技人員在研究運用可降解材料，建造一個和人體需要的臟器差不多的支架，在其中附著上干細胞生長因子，營造出一個臟器生長環(huán)境。等降解材料逐漸降解、生長出細胞，從而打印出最終需要的器官。”盧秉恒表示。
2015年8月，南京市兒童醫(yī)院在全國率先將3D打印應用于兒童先天性心臟病的治療過程——該院心外科專家使用3D打印技術，以1：1的比例打印出一個嬰兒的心臟模型，并將其應用于手術中，成功地對一名出生僅3個月的復雜先心病嬰兒進行了心臟修復。今年6月16日，北京大學第三醫(yī)院宣布成功實施世界首個3D打印人工椎體植入人體手術，人工椎體誕生并獲國家食品藥品監(jiān)督管理總局注冊批準。
在消費品領域，《第四次工業(yè)革命》稱，3D打印的引爆點是3D打印的消費品占到總量的5%，該書的調查顯示，81%的受訪者認為引爆點會在2025年之前出現(xiàn)。只要擁有一臺3D打印設備，任何人都能輕松進行3D打印。這一技術能使某些傳統(tǒng)消費品根據(jù)需求進行本地化打印，顧客就不必特意前往商店購買。3D打印機有望成為辦公室甚至是家庭中必不可少的設備。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2014年，全球3D打印機的出貨量達到13.3萬臺，比2013年增長了68%。其中大多數(shù)打印機的售價不超過1萬美元，該售價適用于實驗室、學校和小型制造企業(yè)。
3D打印技術已經(jīng)成為各國競爭的戰(zhàn)略高地。美國奧巴馬政府斥資7000萬美元建立國家增材制造創(chuàng)新研究院。新加坡政府在未來制造計劃方面投資5億美元，重點用于提高工人和工程師的技術水平以及建立一個新的3D打印行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
為應對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，我國制定《中國制造2025》，堅持創(chuàng)新驅動、智能轉型、強化基礎、綠色發(fā)展，加快從制造大國轉向制造強國。去年8月底，國務院總理李克強主持國務院專題講座，討論加快發(fā)展先進制造與3D打印等問題。這是本屆政府首次舉辦專題講座，3D打印作為一種先進的制造技術，首次出現(xiàn)在本屆國務院的專題講座中。據(jù)記者了解，我國有關部門也對重點研發(fā)項目增材制造立項，該項目計劃用三年的時間，投入20億元研發(fā)3D打印主流技術和主流裝備，并對重點應用領域研發(fā)做出示范。
未來幾年3D打印將迎來井噴期
近年來，3D打印產(chǎn)業(yè)和市場呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。2015年全球增材制造和3D打印市場銷售額達51.65億美元，比2014年增長了25.9%。根據(jù)預測，2016年全球總銷售額將增加至73億美元，2018年這個數(shù)字將是127億美元，到2020年市場預計將達到212億美元。
西南證券研究報告指出，國內二級市場對于3D打印仍處于主題投資為主的階段，設計材料類、設備類和應用服務類個股整體受益。未來幾年中國3D打印市場仍將保持40%左右的增長速度，到2018年有望突破200億元。面對百億級市場，珠海、青島、武漢、成都等城市也已經(jīng)開始興建3D打印產(chǎn)業(yè)園，并在資金、土地、配套政策上給予支持。
盧秉恒表示，我國3D打印研究工作做得不錯，排在世界前列，3D打印專利的數(shù)量在世界上排名第二。3D打印在某些方面的研究處于全球領先地位，北京航空航天大學教授王華明打印出飛機起落架，現(xiàn)在已批量列裝。2001年，西安交大做個性化的下頜骨修復，直到2012年歐洲才做第一例。
盧秉恒同時指出，我國3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展距離美國仍有較大差距。比如沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈、工業(yè)環(huán)境不配套等等。此外，在一些核心技術和關鍵器件上，如3D打印機中的激光器，仍然對國外依賴較大。目前，我國3D打印的大部分應用仍然集中在軍工領域的開發(fā)與模具制造上。而從設備數(shù)量上看，美國目前各種3D打印設備的數(shù)量占全世界40%，而中國只有8%左右。
未來進一步發(fā)展還面臨哪些瓶頸？盧秉恒表示，3D打印技術要突破的瓶頸第一個是產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模要上去首先要解決標準化的問題。沒有標準就沒法解決準入的問題，無法準入就沒辦法推廣應用。“我們2001年突破頜面骨修復技術，成果早就很成熟，申報認證有六七年了，由于缺乏國家標準，一直沒有批復下來，沒有標準就不能發(fā)證，就不能大規(guī)模應用。用于航空也很難，也沒有標準，無法衡量是否符合適航標準，就不能大規(guī)模應用。而這兩個行業(yè)應用前景廣闊。”第二就是原創(chuàng)技術的問題，我們現(xiàn)在自己原創(chuàng)的不多，核心器件的開發(fā)不夠。3D打印還有很多創(chuàng)新的空間，所以我們應該發(fā)揚學科交叉去發(fā)展原創(chuàng)技術。
盧秉恒表示，當前，3D打印技術正處于發(fā)展的井噴期，3D打印的數(shù)據(jù)標準可能影響到裝備和應用兩個方面，對此我們應該抓緊標準的研究，掌握話語權。在航空件和高端醫(yī)療器械方面，要積極研究面對3D打印個性化制造產(chǎn)品準入的標準，以利于新技術的應用。要加強基礎研究，發(fā)展原創(chuàng)技術，在3D打印的新材料研發(fā)、顯著提升打印件的質量和打印效率等方面實現(xiàn)創(chuàng)新；建立創(chuàng)新體系，為企業(yè)提供核心技術和共性技術；攻克關鍵核心器件，打造產(chǎn)業(yè)鏈；美國的微軟、蘋果和亞馬遜都加入了3D打印的行業(yè)，我們要助推我國的3D打印企業(yè)做大做強，形成若干個具備國際競爭規(guī)模的企業(yè)。
