王德花 馬筱舒

（科技部火炬高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)中心，北京 100045）

需求引領(lǐng) 創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)
——3D打印發(fā)展現(xiàn)狀及政策建議

王德花 馬筱舒

（科技部火炬高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)中心，北京 100045）

面對(duì)國內(nèi)外撲面而來的“3D打印”熱潮，我們是否真的迎來了全新的3D打印時(shí)代？抑或即將產(chǎn)生新一輪產(chǎn)業(yè)變革？本文將以今年6月舉辦的“第二屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)暨世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)”為引子，從3D打印技術(shù)的起源與演變、主要技術(shù)及發(fā)展趨勢、應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)狀及存在的主要問題、對(duì)3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的政策支持情況等方面進(jìn)行詳細(xì)分析，有針對(duì)性地對(duì)3D打印的發(fā)展提出一些建議。

3D打??；材料；政策建議

2014年6月20-22日，“第二屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)”暨“世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)” 在青島舉辦，10多個(gè)國家和地區(qū)的1200多位代表參加會(huì)議。與會(huì)專家學(xué)者、企業(yè)家、行業(yè)政策制定者等就3D打印在先進(jìn)制造、生物醫(yī)學(xué)、文化創(chuàng)意、建筑領(lǐng)域的應(yīng)用，3D打印材料與裝備，3D打印商業(yè)模式等議題開展對(duì)話，110多家企業(yè)展示了最新3D打印設(shè)備、工藝和作品。大會(huì)期間，世界3D和中國3D的打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟還分別與青島高新區(qū)正式簽署投資合作協(xié)議，10多個(gè)3D打印相關(guān)項(xiàng)目同期落地青島高新區(qū)。

3D 打印——“所想即所得”，帶給人們無限的遐想空間。面對(duì)國內(nèi)外撲面而來的“3D打印”熱潮，我們是否真的迎來全新的3D打印時(shí)代？抑或即將產(chǎn)生新一輪產(chǎn)業(yè)變革？

1 3D打印技術(shù)的起源與演變

1.1 3D打印概念

3D打印技術(shù)是根據(jù)三維CAD模型或通過逆向工程重建的模型，采用離散材料（粉末、液體、片、絲、板、塊等）逐層累加來制造實(shí)體零件的技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械加工去除材料的“減材”加工技術(shù)，鍛/鑄造和粉末冶金近似“等材”的制造技術(shù)，3D打印制造又被稱為“增材制造”（ Additive Manufacturing，AM）、自由成形制造（Freeform Fabrication，F(xiàn)F）或增層制造（Additive Layer Manufacture，ALM）。美國材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)(ASTM)-F42“增材制造子委會(huì)”對(duì)“增材制造”和“3D打印”有明確的定義：“增材制造”指依據(jù)三維CAD數(shù)據(jù)將材料連接逐層累加制作物體的過程；而“3D打印”指采用打印頭（噴嘴）或其它打印技術(shù)沉積材料來制造物體的技術(shù)。在特指設(shè)備時(shí)，3D打印是指低價(jià)格或總體功能低端的增材制造設(shè)備。

1.2 3D打印起源及發(fā)展

3D打印的核心制造思想起源于美國，現(xiàn)代意義上的3D打印技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代。以1988年美國3D System公司根據(jù)Hull的專利，采用“立體平版印刷快速原型”（又稱立體光刻等）（Stereo Lithography（Appearance），SL（A））技術(shù)，通過紫外激光束掃描照射光敏樹脂固化，逐層制造得到三維實(shí)體模型所推出的SLA-250首臺(tái)商用“液態(tài)光敏樹脂選擇性固化成形機(jī)”誕生為標(biāo)志。隨后1992年美國麻省理工學(xué)院的Saches E.M.和 Cima M.J.等首先提出了“3D打印技術(shù)”概念，并創(chuàng)建了三維打印企業(yè)Z Corp。自此，3D打印日益得到關(guān)注。

立體光刻誕生后的幾年里，多種增材制造方法迅速興起，主要包括：1988年Feygin發(fā)明的分層實(shí)體制造（Laminated Object Manufacturing，LOM）、1989年Deckard的選區(qū)激光燒結(jié)（Selective Laser Sintering，SLS）、1992年Crump 的熔融沉積造型（Fuesd Depostion Modeling，F(xiàn)DM）、以及原本狹義，今天卻被媒體廣義地用作增材制造代表性術(shù)語的“三維（3D）打印”（Three DimensionPrinting,3DP）。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代，更為重要也更具價(jià)值的進(jìn)展是：采用激光燒結(jié)方法直接制造金屬零件的新技術(shù)。如，1994年德國EOS公司EOSINT M160首臺(tái)原型機(jī)及隨后的EOSINT M250工業(yè)用機(jī)。

增材制造“以信息技術(shù)為支撐，以柔性化的產(chǎn)品制造方式來最大限度滿足企業(yè)和個(gè)人無限豐富的訂制化和個(gè)性化需求”。 經(jīng)過20多年，從萌芽到產(chǎn)業(yè)化、從原型到零件直接制造，技術(shù)發(fā)展迅速。

如果沒有幾何模型的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和對(duì)其進(jìn)行分層解析的軟件技術(shù)，沒有能夠控制激光束（或電子束、電弧等高能束）按任意設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)的振鏡技術(shù)、數(shù)控機(jī)床或機(jī)械手，核心的柔性化特征無法實(shí)現(xiàn)。因此，3D打印或增材制造，應(yīng)被稱之為“信息化或數(shù)字化增材制造技術(shù)”更為準(zhǔn)確。實(shí)際上，社會(huì)公眾目前普遍見到、成為熱點(diǎn)的是由FDM機(jī)器制造的大眾消費(fèi)品和展示品。而更具工業(yè)價(jià)值，意義更重大的技術(shù)、產(chǎn)品和應(yīng)用卻并非在此。

2 3D打印主要技術(shù)及發(fā)展趨勢

2.1 3D打印主要工藝技術(shù)

ASTM-F42將增材制造技術(shù)分為“光聚合、材料噴射、粘結(jié)劑噴射、材料超充、粉末床融合、片層疊加和定向能量沉積”七類。目前比較成熟應(yīng)用的3D打印技術(shù)有：

（1）粉末/絲狀材料高能束燒結(jié)及熔化成型。如激光近凈成形（Laser-Engineered Net Shaping，LENS）、選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）、激光選區(qū)熔化（SLM）、電子束熔化（EBM）等。其中粉末（粒狀物料）成型又包括：針對(duì)各類金屬與合金的直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）；可用于熱塑性塑料、金屬粉末、陶瓷粉末的選擇性激光燒結(jié)（SLS）；針對(duì)熱塑性粉末的選擇性熱燒結(jié)（SHS）；可用于鈦合金，鈷基和鎳基合金及不銹鋼的電子束選區(qū)燒結(jié)（EBM）以及針對(duì)石膏等打印基于粉末床和噴頭技術(shù)的（PP）。

（2）液態(tài)樹脂光固化成型，如紫外光固化成型（S L或S LA）和液體樹脂的數(shù)字光處理（DLP）等。

（3）絲材擠出熱熔成型。如熔融沉積制造（FD M）等。常見的材料為熱塑性材料，如ABS、蠟、尼龍、聚氨酯以及聚合物為粘接劑的聚合物基、金屬基、陶瓷基復(fù)合材料等。

（4）液體噴印成型。如立體噴印（3DP）等。適宜的材料品種多樣，包括：尼龍粉末、ABS粉末、金屬粉末、陶瓷粉末、藥片壓片用原粉和干細(xì)胞溶液等。廣泛用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)和建筑領(lǐng)域。缺點(diǎn)是目前零件致密度不高，需要后燒結(jié)、液相封滲等后處理。

（5）片/板/塊材的粘接或焊接成型。如分層實(shí)體制造（LOM）等。利用激光或刀具切割各種片材的輪廓，再通過熱壓或其他形式層層粘接疊加獲得三維實(shí)體。材料為薄層紙、塑料薄膜、金屬薄板或陶瓷薄片等片材。LOM成型速率高，維修費(fèi)和材料成本低低，常用于制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型以驗(yàn)證新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，或結(jié)合涂層等工藝制造快速模具。缺點(diǎn)是目前材料種類少，精度和力學(xué)性能還不夠高。

根據(jù)過程、技術(shù)、材料和沉積與粘合兩種方式，相對(duì)科學(xué)簡明的分類見表1 。

2.2 3D打印發(fā)展趨勢

2.2.1 3D打印設(shè)備

設(shè)備是實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)的載體，包含了高精度機(jī)械、數(shù)控、噴射和成型環(huán)境等子系統(tǒng)。美歐利用先發(fā)優(yōu)勢，不僅在設(shè)備方面，另外在關(guān)鍵元器件，如激光器、掃描振鏡、噴頭、精密傳感器件，Solid Works UG、ProE、AutoCAD三維建模等設(shè)計(jì)軟件，Magics和Minics分層處理工藝軟件，以及多種形態(tài)（粉-絲-片）多種類別（聚合物，金屬，陶瓷）專用材料，鈦合金、鈷基合金高端粉末新材料，材料的標(biāo)準(zhǔn)化，以及在航空航天、汽車、醫(yī)療和文娛等新應(yīng)用方面，不斷推陳出新，目前具有優(yōu)勢或半壟斷地位。

以打印設(shè)備為例，打印設(shè)備不斷發(fā)展，打印產(chǎn)品在成形方式與效率、自動(dòng)化和智能化水平、可加工的產(chǎn)品尺寸、分辨率、色彩豐富和精細(xì)程度、模型或零件的尺寸精度，以及表面光潔度水平等方面不斷提高。針對(duì)不同的用戶群體，已細(xì)分為“專業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)和桌面級(jí)”等高/中/低三檔次設(shè)備。

自20世紀(jì)90年代中后期以來，金屬零件直接制造的工業(yè)和專業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備技術(shù)不斷涌現(xiàn)。1998年Optomec推出首臺(tái)商業(yè)化LENS設(shè)備；1999年R?ders“控制金屬堆積設(shè)備”(Controlled Metal Buildup (CMB) machine)進(jìn)入市場；同年Extrude Hone 導(dǎo)入可直接制造金屬工模具的“金屬專用快速成形加工系統(tǒng)”（ProMetal Rapid Tooling System，PRTS）RTS-300；2002 年P(guān)recision Optical Manufacturing開始銷售“直接金屬沉積激光熔敷”DMD設(shè)備；Arcam AB推出電子束做高能源的Q系列設(shè)備，改變了對(duì)激光有反射金屬的局限性；瑞典赫根納斯結(jié)合快速沉積成形和其所擅長的粉末冶金后續(xù)致密化燒結(jié)，推出“數(shù)字金屬”（Digital Metal Process）批量化新工藝。2014年7月日本的Sodick公司高調(diào)宣布開發(fā)出用于高表面光潔度注塑模具直接制造，兼具激光金屬粉末成形與后續(xù)切削加工組合功能的3D打印機(jī)“OPM250L”，并將在今年10月東京機(jī)床展正式推出。

面向大眾的桌面機(jī)等，2011年以來也推出了多款新型和低價(jià)打印機(jī)及其配套的多種專用材料。如，Objet可構(gòu)建更小體積多材料模型的Objet 260Connex；Stratasys可將ABS plus材料與一種可溶性支撐材料進(jìn)行復(fù)合的Fortus250mc；Bulidatron Systems基于RepRap的Buildaron1；3D System基于覆膜傳輸成像的PROJET1500；MakerBo可打印更大體積、可擠出更多顏色ABS或PLA、售價(jià)1759美元的MakerBot Replicator；3Dsystems售價(jià)低于1300美元Cube單材料消費(fèi)者導(dǎo)向型3D打印機(jī)；2013年4月德國Doppelbock 大學(xué)發(fā)明具“自我復(fù)制”能力的3D 打印機(jī)；2014年5月，Brad Hill公開了最低價(jià)475美元的開源DLP 3D打印機(jī)Little DLPer等等。

2.2.2 3D打印材料

目前以有機(jī)高分子材料和金屬兩大類為主。金屬（鈦合金、鈷基合金、不銹鋼、高溫合金）、陶瓷、生物相容性與活性材料（如Kelyniam Global的新型聚醚醚酮PEEK、Objet的新型生物相容性材料MED 610）以及復(fù)合材料的打印成為研發(fā)新熱點(diǎn)。桌面級(jí)打印機(jī)的材料主要是有機(jī)高分子材料，如PA（尼龍）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 ）、PLA（聚乳酸）、聚碳酸酯（PC）等，已相對(duì)成熟，近期新推出的主要包括：Objet的類ABS的數(shù)字材料以及VeroClear清晰透明材料、Solidscape的可使鑄造蠟?zāi)８陀玫?Plus CAST、Optomec的大面積氣溶膠噴射材料、Stratasys的新型靜態(tài)損耗材料ABSESD7等。

作為近十年來的研究熱點(diǎn)和未來能體現(xiàn)工業(yè)價(jià)值的重點(diǎn)，金屬材料直接成形倍受重視。為促進(jìn)增材制造技術(shù)在下游推廣，ASTM發(fā)布了含3種鋁基合金、2種鈷基合金、6種工具鋼、5種鎳基高溫合金、6種不銹鋼、4種鈦及鈦合金、1種銅合金和2種金銀首飾合金的“金屬材料體系標(biāo)準(zhǔn)”及相關(guān)屈服強(qiáng)度-硬度“力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)”。

從增材制造近年來在美歐的發(fā)展趨勢來看，一方面桌面級(jí)設(shè)備通過智能化和成本不斷降低，促進(jìn)了大眾化和社會(huì)化應(yīng)用。另一方面，圍繞金屬零件的直/間接制造，提高效率、致密度、精度、表面光潔度、實(shí)時(shí)在線測量缺陷的工業(yè)級(jí)和專業(yè)級(jí)高能激光和電子束增材制造技術(shù)不斷進(jìn)步，金屬原材料品種持續(xù)豐富，標(biāo)準(zhǔn)不斷完善，在工業(yè)界開始逐步應(yīng)用。近期，則在陶瓷材料、新型功能-結(jié)構(gòu)一體化復(fù)合零件的制造，醫(yī)用假體制造，3D細(xì)胞打印，組織器官類生命體制造等形成新的熱點(diǎn)。

3 3D打印的應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化

相比傳統(tǒng)制造方式，3D打印的優(yōu)勢在于：1）異型和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的創(chuàng)意設(shè)計(jì)空間無限，并可精確實(shí)體復(fù)制（3D照相）；2）制造多孔、內(nèi)部流道、封閉內(nèi)孔及薄壁結(jié)構(gòu)減重的復(fù)雜零部件和多樣化產(chǎn)品，并不增加成本，可免組裝；3）節(jié)約原材料，廢料少，凈終（Near Net Shaping）成形；4）可多種材料組合打印，利于零件的復(fù)合化及功能化；5）隨設(shè)備智能化，“云”計(jì)算與服務(wù)的發(fā)展，可“零技能”、“便攜”或“就地就近”及時(shí)調(diào)整個(gè)性化或訂制化的設(shè)計(jì)方案、制造并交付。

3.1 3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域

隨技術(shù)和商業(yè)服務(wù)模式的不斷進(jìn)步和擴(kuò)散，從早期的原（模）型和樣品，向消費(fèi)品和工業(yè)品兩大應(yīng)用方向的諸多領(lǐng)域不斷拓展。在過去的幾年中，消費(fèi)品、航空、醫(yī)療是增長速度最快的應(yīng)用領(lǐng)域。

（1）航空航天軍工：鈦合金關(guān)鍵大型承力結(jié)構(gòu)件、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、燃油噴嘴等直接零件制造和設(shè)計(jì)與工藝驗(yàn)證。兵器單件小批零件的生產(chǎn)和戰(zhàn)時(shí)零件修復(fù)；

（2）汽車等工業(yè)制造業(yè)：高端汽車或賽車的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，發(fā)動(dòng)機(jī)等復(fù)雜零件的直接和間接制造，含異型水路流道注塑工模具復(fù)雜零部件的設(shè)計(jì)驗(yàn)證與直接制造，異形復(fù)雜表面零部件的修復(fù)再制造；

（3）醫(yī)療：顱骨修復(fù)多孔鈦合金網(wǎng)等植入體 ，微創(chuàng)醫(yī)療支架、齒科矯形與個(gè)人訂制化義齒；

（4）建筑：建筑模型風(fēng)洞試驗(yàn)和效果展示，利用粘土打印房屋等建筑；

（5）教育：復(fù)制古生物化石等大中小學(xué)的基本形象直觀的教具；

（6）日用品：個(gè)性化燈具，家具，玩具、游戲玩偶、時(shí)尚首飾和配飾、服裝鞋帽、禮品的直接制造；

（7）食品：個(gè)性化DIY冰淇淋、巧克力、蛋糕等食品。

3.2 商業(yè)模式創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)服務(wù)化

在設(shè)備和原材料目前仍顯昂貴的情況下，歐美發(fā)達(dá)國家3D打印產(chǎn)業(yè)，一方面有實(shí)力的領(lǐng)銜企業(yè)，如：3D Systems 2011年11月收購 Z Corp公司之后，鞏固了在3D 打印領(lǐng)域的龍頭地位，通過“全價(jià)值鏈”服務(wù)模式，向客戶提供包括硬件、軟件、材料、工藝、教育培訓(xùn)和應(yīng)用支持的“一站式”全套增值解決方案。在專業(yè)領(lǐng)域，2014年7月通過收購3D虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)模擬領(lǐng)域的全球領(lǐng)先者Simbionix后，可以支持從手術(shù)前的規(guī)劃和培訓(xùn)、指導(dǎo)到實(shí)際植入完整流程。

另一方面，相關(guān)行業(yè)機(jī)構(gòu)，結(jié)成聯(lián)盟。打印服務(wù)商發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，消費(fèi)者使用簡單的基于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用軟件定制自己的產(chǎn)品，然后下單請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)或在線服務(wù)型公司將個(gè)體定制獨(dú)一無二的實(shí)物產(chǎn)品打印出來，將零散的企業(yè)和個(gè)人的需求集合形成一定規(guī)模的需求，委托專業(yè)零件制造企業(yè)加工制造，實(shí)現(xiàn)3D打印技術(shù)的批量規(guī)模經(jīng)濟(jì)性，以便能與傳統(tǒng)加工技術(shù)形成競爭。2014年8月，美國3D打印鞋公司Feetz通過其網(wǎng)站接受4款設(shè)計(jì)的預(yù)定，每雙鞋價(jià)格約為200美元。顧客只需以不同的角度拍攝自己的腳，F(xiàn)eetz就會(huì)制作出一雙按照你自己獨(dú)特雙腳定制的鞋。2014年7月，亞馬遜正式推出“3D 打印產(chǎn)品商城”，讓顧客可以自己進(jìn)行制造。

3.3 產(chǎn)業(yè)整合發(fā)展加速

美國3D Systems、Stratasys 兩家公司的產(chǎn)品占據(jù)了全球3D 打印絕大多數(shù)的市場份額。3D Systems 于2011和2012年，陸續(xù)收購了Huntsman公司光敏聚合物及數(shù)字快速成型機(jī)部分，以及Contex Group 、Z Corp和 Vidar Systems和CAD軟件領(lǐng)域的Alibre等公司。通過系列并購，實(shí)現(xiàn)了對(duì)CAD和3D打印的捆綁，獲得了互補(bǔ)性的全彩高速印刷技術(shù)，加快了3D打印內(nèi)容的增長，經(jīng)銷商覆蓋范圍也增長了一倍。Stratasys 公司2010 年與傳統(tǒng)打印行業(yè)巨頭惠普簽訂了生產(chǎn)HP品牌打印機(jī)協(xié)議，2012年4月又與著名的以色列Objet宣布合并。

2014年8月，領(lǐng)先的桌面3D打印機(jī)制造商Makerbot宣布成立歐洲業(yè)務(wù)平臺(tái)—MakerBot Europe并擬收購其德國的經(jīng)銷商合作伙伴。通過并購，銷售網(wǎng)將覆蓋歐美20多個(gè)國家。

發(fā)達(dá)國家的資本市場密切關(guān)注3D產(chǎn)業(yè)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2011年11月至2014年6月，涉及國外3D打印行業(yè)知名技術(shù)企業(yè)的并購?fù)顿Y事例，超過24起。其中最大的為3D Systems并購Z Corp和 Vidar Systems，金額達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的14億美元。

3.4 3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展新趨勢

3D打印領(lǐng)域有20多年跟蹤研究史的美國第三方咨詢研究機(jī)構(gòu)沃勒斯協(xié)會(huì)（Wohlers Associates），近期發(fā)布了《Wohlers Report 2014》報(bào)告：2013年全球3D產(chǎn)值30.7億美元。過去的26年打印設(shè)備和服務(wù)，年均增長27%。北美和歐洲自2009年以來，3D打印市場快速增長。2011-2013年復(fù)合年增長率CAGR達(dá)32.3%。歸功于價(jià)格低于5,000美元的“個(gè)人”3D打印機(jī)的銷售和在金屬零件領(lǐng)域的應(yīng)用拓展，2013年同比2012年CAGR 達(dá)到34.9%，為近17年來最高，并預(yù)計(jì)到2019年將實(shí)現(xiàn)60億美元的產(chǎn)值。

另外，打印服務(wù)收入首超3D設(shè)備銷售額；從快速原型到直接零件制造已成主流趨勢。金屬直接成型特別是選區(qū)激光熔融技術(shù)（SLM）快速發(fā)展。噴射成型（inkjet）技術(shù)趨于成熟，成型精度上已接近激光成型，在成型尺寸和效率上優(yōu)勢明顯，市場快速擴(kuò)張。設(shè)備向?qū)C(jī)方向發(fā)展，如假牙，首飾和砂型成型機(jī)等專用設(shè)備市場進(jìn)一步細(xì)分。

4 我國3D打印現(xiàn)狀及存在的主要問題

4.1 研究與開發(fā)取得一定突破

我國在增材制造技術(shù)方面的起步并不晚，目前國內(nèi)涉及并擁有各自特色核心技術(shù)的3D打印相關(guān)研究院所、科研機(jī)構(gòu)有10多家。

在快速原型制造（RP、RPM）技術(shù)方面，我國自20世紀(jì) 90 年代初西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京隆源等單位就率先開展技術(shù)、裝備和工業(yè)應(yīng)用研究。其中西安交大學(xué)致力于SLA、生物組織制造、陶瓷光固化增材制造工藝；華中科大致力于LOM、SL技術(shù)研究 ；清華致力于FDM及生物打??；北京隆源致力于SLS工藝及裝備產(chǎn)業(yè)化推廣。二十多年來，取得了不少國際先進(jìn)的研究成果，在航空、航天、汽車、軍工、模具、醫(yī)療等工業(yè)中逐步應(yīng)用。

金屬零件增材制造研究方面，北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)、中航工業(yè) 625 所、北京有色金屬研究總院等單位，在20世紀(jì)90 年代中期開始金屬零件激光熔化沉積增材制造工藝、裝備及應(yīng)用等研究。近年來西安交大、華中科大、中航625 所、華南理工、北工大、西北有色院、清華等單位所開展的金屬零件激光及EBM工藝、裝備及應(yīng)用也取得突破性進(jìn)展。西工大學(xué)為國產(chǎn)大飛機(jī)C919完成了機(jī)翼關(guān)鍵件等研發(fā)配套工作；北航與飛機(jī)設(shè)計(jì)和制造企業(yè)緊密結(jié)合，突破了鈦合金、超高強(qiáng)度鋼大型關(guān)鍵構(gòu)件制造技術(shù)，研制生產(chǎn)出 30 余種鈦合金及超高強(qiáng)度鋼大型整體關(guān)鍵主承力構(gòu)件，在C919 客機(jī)等多型飛機(jī)的研制和生產(chǎn)中得到工程應(yīng)用，2012 年獲得了“國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)”。

4.2 在資本市場催化下，3D打印市場競爭主體蓬勃發(fā)展

據(jù)“中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”估計(jì)，2013年國內(nèi)3D打印市場規(guī)模約20億元人民幣。

技術(shù)發(fā)展到一定程度，要獲得規(guī)模化發(fā)展和廣泛應(yīng)用，孵化、重組、并購迅速做大做強(qiáng)，所必需的資金投入，離不開多層次資本市場的持續(xù)關(guān)注與推動(dòng)。

目前國內(nèi)股票證券市場涉足3D打印的上市公司有二三十家，如銀邦股份、南風(fēng)股份、中航重機(jī)、華中數(shù)控、華工科技、金運(yùn)激光、光韻達(dá)、福晶科技、大恒科技、蘇大維格、金發(fā)科技、海源機(jī)械、南通鍛壓、科達(dá)機(jī)電、昆明機(jī)床、秦川發(fā)展、沈陽機(jī)床、軸研科技、中航飛機(jī)、鋼研高納和安泰科技等，并多與國內(nèi)該領(lǐng)域的5～6個(gè)領(lǐng)軍人物有多層次關(guān)聯(lián)關(guān)系。

圍繞3D打印產(chǎn)業(yè)鏈，國內(nèi)還形成了一批中小為主的企業(yè)群體。包括依托高校、海歸和國際合作從事3D打印設(shè)備等研發(fā)生產(chǎn)的公司如：北京殷華、太爾時(shí)代、昆山永年、西安瑞特、華曙高科、恒通智能、南京寶巖、尤尼科技、先臨三維、紫金立德、濱湖機(jī)電、捷諾飛公司等。部分公司生產(chǎn)的桌面3D打印機(jī)價(jià)格已具國際競爭力，成功進(jìn)入歐美市場。

另有相當(dāng)數(shù)量的中小服務(wù)型和大學(xué)生創(chuàng)業(yè)企業(yè)，雖無自主核心技術(shù)，但對(duì)3D打印的未來充滿激情和創(chuàng)新。有的購買了國內(nèi)外3D打印設(shè)備，專門為相關(guān)企業(yè)的研發(fā)、生產(chǎn)提供服務(wù)。有的成為國外3D打印設(shè)備代理商，經(jīng)銷全套打印設(shè)備、軟件和特種材料。有的開辦了網(wǎng)絡(luò)打印服務(wù)平臺(tái)，針對(duì)廣大的創(chuàng)客、愛好者專門銷售DIY套件。商業(yè)模式花樣快速翻新，據(jù)統(tǒng)計(jì)2011年10月至2014年6月，至少15家創(chuàng)業(yè)型企業(yè)，以低價(jià)位桌面機(jī)、迷你3D打印機(jī)企業(yè)和DIY套件，成功以眼下最熱門的“眾籌”模式進(jìn)行低價(jià)格門檻式商業(yè)推廣。

另據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年8月至2014年7月間，國內(nèi)3D打印行業(yè)涉及重組并購增資等活動(dòng)的重要事例至少16起。涉及的企業(yè)包括：紫晶立方、銀禧科技、太爾時(shí)代、落地創(chuàng)意、德莫特、巧時(shí)器美、光韻達(dá)、海源、華科三維、西瑞、海達(dá)數(shù)云、瑞特、寶巖和飛爾康等。

4.3 我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍存在不足

我國的3D打印在部分技術(shù)方面與國際巨頭縮小了差距，基本處于同一水平。但從總體來看，在裝備與核心元件、材料、軟件、產(chǎn)業(yè)整合、服務(wù)模式等方面，與美歐還有差距。

（1）整體的研究基礎(chǔ)仍顯薄弱，推廣應(yīng)用不足。作為一種新型制造技術(shù)，在工業(yè)制造業(yè)方面獲得應(yīng)用，目前成熟度遠(yuǎn)不能同金屬切削、鑄、鍛、焊、粉末冶金等制造技術(shù)相比，尚有大量基礎(chǔ)研究工作需開展，如激光成型專用合金材料、材料的標(biāo)準(zhǔn)、零件的顯微組織結(jié)構(gòu)與性能控制、應(yīng)力應(yīng)變控制、缺陷檢測與控制、過程精度控制、后加工與后處理技術(shù)開發(fā)等等。掌握了金屬直接成型的核心技術(shù)，才有可能在未來的工業(yè)競爭中獲得話語權(quán)。目前國內(nèi)僅有10多所科研機(jī)構(gòu)涉及該領(lǐng)域研究，基礎(chǔ)薄弱，力量和資金投入方面還很不足。設(shè)備集成、軟件開發(fā)、材料學(xué)和后加工綜合方面的高端人才稀缺，亟待培養(yǎng)引進(jìn)。

（2）大部分原材料依賴進(jìn)口。目前國際上可供3D打印的材料超過300種，但從下游應(yīng)用來看，品種數(shù)量仍顯太少，且價(jià)格昂貴，對(duì)于直接零件制造的高端工業(yè)應(yīng)用更是如此。其中大部分又為石膏、樹脂、可粘結(jié)的粉末顆粒等，復(fù)雜性、致密度、強(qiáng)度、精度和表面光潔度等難以達(dá)到較高要求，主要應(yīng)用于各類模型、玩具消費(fèi)品等領(lǐng)域。

（3）3D打印裝備是機(jī)械、功率元件、自控、光學(xué)、軟件和材料核心技術(shù)的集成，與國家整體制造業(yè)水平的進(jìn)步相匹配，模仿并不易。當(dāng)前3D打印機(jī)價(jià)格還相對(duì)昂貴，大多數(shù)設(shè)備成型尺寸偏小，尚未被大多數(shù)工程師了解和使用，設(shè)備穩(wěn)定性和重復(fù)精度遠(yuǎn)沒有達(dá)到切削加工機(jī)床的水平，主要用于模型制造有限價(jià)值的設(shè)備。即使3D打印機(jī)成本能逐步降下來，單個(gè)商品的制造成本還需較長時(shí)間解決。未達(dá)經(jīng)濟(jì)規(guī)模和未進(jìn)入工業(yè)規(guī)模應(yīng)用之前，仍需要大量的時(shí)間、人力、財(cái)力前期投入。

國內(nèi)目前雖有幾家企業(yè)能自主制造3D打印設(shè)備，但規(guī)模普遍較小，市場應(yīng)用需求不足，但卻要面對(duì)國際巨頭的激烈競爭，長期的生存與發(fā)展有隱憂。

（4）服務(wù)水平、模式及能力亟待提高。對(duì)一個(gè)初生的行業(yè)，特別是個(gè)性彰顯、不完全成熟，成本目前競爭力不足的3D打印行業(yè)，能否體現(xiàn)出3D打印個(gè)性化服務(wù)的潛在優(yōu)勢，通過服務(wù)使下游樂意采用該技術(shù)，不僅重要，有時(shí)更是競爭獲勝的關(guān)鍵。個(gè)性化消費(fèi)品的網(wǎng)絡(luò)定制，低端桌面級(jí)打印設(shè)備和DIY套件眾籌等促銷，雖然熱鬧，但實(shí)際對(duì)質(zhì)量性能要求不高，相對(duì)容易。而未來最具價(jià)值的工業(yè)級(jí)和專業(yè)級(jí)設(shè)備和產(chǎn)品的推廣，用戶需要的不僅是一臺(tái)設(shè)備，而是一個(gè)流程和一套完整的解決方案。不成熟，沒有良好口碑，很難有銷售業(yè)績表現(xiàn)。對(duì)于營銷推廣和售前售后技術(shù)支持人員，也必須是能夠協(xié)助客戶解決實(shí)際問題的一大批專業(yè)人士，并非僅憑行業(yè)領(lǐng)軍人物幾次有轟動(dòng)性的宣傳能解決，培養(yǎng)需要時(shí)間。

5 對(duì)3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的政策支持情況

為推動(dòng)3D打印技術(shù)發(fā)展，多個(gè)國家推出了3D技術(shù)產(chǎn)業(yè)促進(jìn)政策和研究計(jì)劃。

5.1 國外情況

2012 年3 月，美國宣布振興美國制造的新舉措，將投資10 億美元幫助美國制造體系的改革。8月，聯(lián)合了三個(gè)州14所大學(xué)、40余家企業(yè)、11家非營利機(jī)構(gòu)和專業(yè)協(xié)會(huì)的美國“增材制造創(chuàng)新研究所”成立；英國政府2011年起持續(xù)增加對(duì)增材制造技術(shù)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，并在英國工程與物理科學(xué)研究委員會(huì)中建有由15所大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)參加的“增材制造研究中心”； 德國、法國、瑞士、西班牙、澳大利亞和日本等國政府也很重視增材制造技術(shù)發(fā)展，通過組建研發(fā)中心等方式促進(jìn)“產(chǎn)學(xué)研用”緊密結(jié)合，并加大資金投入。

5.2 國內(nèi)情況

我國于2012年10月16日也由亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合華中科大、北航、清華大學(xué)和3D行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)共同發(fā)起成立了“中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”。由中國科學(xué)院路甬祥院長和中國工程院周濟(jì)院長領(lǐng)銜制定的發(fā)展3D打印相關(guān)建議報(bào)告2012年提交高層領(lǐng)導(dǎo)，提到把“航空航天領(lǐng)作為增材制造技術(shù)發(fā)展的重中之重”。日前還研究制定了《國家增材制造發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2014-2020年)》(征求意見稿)，初步擬定了3D打印五個(gè)發(fā)展方向：1）金屬材料增材制造，包括針對(duì)航空航天，核電、能源等機(jī)械零部件直接制造，研制鈦合金、高溫合金等金屬材料；2）非金屬材料增材制造；3）醫(yī)用材料增材制造，例如針對(duì)牙齒、假肢、手術(shù)導(dǎo)板、手術(shù)輔助器械等方面需求，開發(fā)醫(yī)用外部矯形器械專用材料等；4）設(shè)計(jì)及工藝軟件；5）增材制造裝備關(guān)鍵零部件。

（1）國家科技計(jì)劃層面：我國政府前期通過總裝預(yù)研計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、國家“863”計(jì)劃、“973”計(jì)劃等相關(guān)科研計(jì)劃在裝備制造及新材料領(lǐng)域，對(duì)3D打印，特別是“金屬零件高能束增材制造成形技術(shù)”等作為重點(diǎn)予以了持續(xù)資助。 2013年科技型中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目指南將3D打印列為重點(diǎn)支持技術(shù)方向。國家工業(yè)和信息化部在2014年度課題申報(bào)指南“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備” 重大專項(xiàng)中已安排多個(gè)3D打印項(xiàng)目。

（2）地方政府層面：推進(jìn)區(qū)域3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展的活動(dòng)也非常積極踴躍。2014年6月北京市科委、市發(fā)展改革委等部門提出《促進(jìn)北京市增材制造（3D打?。┛萍紕?chuàng)新與產(chǎn)業(yè)培育的工作意見》；2014年1月廣東省促進(jìn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室印發(fā)“加快廣東省3D打印技術(shù)和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)施方案的通知”；青島高新區(qū)將3D打印產(chǎn)業(yè)作為“1+5”主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)體系中高端智能制造業(yè)的重要組成部分全力推進(jìn)；江蘇省科技廳2013年1月發(fā)布了《江蘇省三維打印技術(shù)發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)方案》，組建成立了成員單位達(dá)43家的3D打印技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟；浙江出臺(tái)3D打印技術(shù)專項(xiàng)實(shí)施方案，全面提升3D打印產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)水平。

在各級(jí)地方政府的推動(dòng)下，還成立了不少協(xié)同創(chuàng)新、制造、服務(wù)和體驗(yàn)平臺(tái)。目前北京、廣州、深圳、成都、武漢等全國各地已建立3D打印創(chuàng)新服務(wù)中心有20多家，發(fā)揮區(qū)域優(yōu)勢，向國內(nèi)外客戶提供服務(wù)。在剛剛召開的“第二屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)”上，中國3D打印創(chuàng)新服務(wù)中心總部落戶青島高新區(qū)，擬投資4000萬，建立展示體驗(yàn)中心、加工服務(wù)中心和技術(shù)研發(fā)中心。

6 推動(dòng)3D打印產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展的政策建議

通過國內(nèi)外媒體的廣泛宣傳，3D打印已引起了各級(jí)政府、各類機(jī)構(gòu)、資本市場和普通社會(huì)公眾的高度且廣泛的關(guān)注。怎樣科學(xué)對(duì)待3D打印？如何保持一定程度的冷靜，避免類似光伏產(chǎn)業(yè)，因短時(shí)間過度關(guān)注和投資過熱，大起大落，反而危害行業(yè)的發(fā)展？值得各方研究與探討。

6.1 冷靜對(duì)待公眾媒體掀起的3D打印熱潮

德國作為有嚴(yán)謹(jǐn)傳統(tǒng)的制造業(yè)強(qiáng)國，歷來重視制造技術(shù)進(jìn)步?！犊萍既?qǐng)?bào)》記者2013年3月對(duì)“德國光子學(xué)研究”計(jì)劃負(fù)責(zé)人席立-羅森博士等進(jìn)行了專訪報(bào)道：德國目前還沒有出臺(tái)專門針對(duì)3D打印技術(shù)的資助計(jì)劃，僅在“德國光子學(xué)研究”計(jì)劃中一部分內(nèi)容與3D打印技術(shù)有關(guān)，特別是“選擇性激光熔結(jié)技術(shù)”。席立-羅森博士等的觀點(diǎn)：“商業(yè)媒體討論的主要是投資市場，因此在關(guān)注周期內(nèi)影響強(qiáng)烈。而德國聯(lián)邦教研部（BMBF）和工業(yè)研究則從連續(xù)的、長期發(fā)展的角度來考慮3D打印技術(shù)。從大約20年前關(guān)注‘快速成型’就已開始，包括對(duì)由此產(chǎn)生的生產(chǎn)方式的理解。目前3D更適用于原型或只有有限功能的單件產(chǎn)品的快速生產(chǎn)。 應(yīng)用迄今仍被局限于利基市場。在過去的10年，與利基市場平行發(fā)展的有兩個(gè)新趨勢：一是用于塑料模型制造的3D打印機(jī)變得便宜了很多，已經(jīng)開始面向個(gè)人用戶，并產(chǎn)生了一個(gè)世界性的業(yè)余愛好活動(dòng)‘制造者’。另一個(gè)則是研究機(jī)構(gòu)的‘選擇性激光熔結(jié)’等技術(shù)，在過去的10年中已經(jīng)從一種實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展成為工業(yè)生產(chǎn)方法。至于是否會(huì)在某個(gè)時(shí)候徹底改變工業(yè)生產(chǎn)，即所謂的第三次工業(yè)革命，還有待觀察?！碧貏e是近日《麻省理工技術(shù)評(píng)論》編輯大衛(wèi)·羅特曼在“制造者和制造商之間的區(qū)別”中指出：“通過3D打印技術(shù)徹底改變工業(yè)生產(chǎn)方式這樣感情奔放的結(jié)論，往往是由于對(duì)目前的工業(yè)現(xiàn)實(shí)缺乏認(rèn)識(shí)所造成的。從德國聯(lián)邦教研部的角度看，3D打印技術(shù)首先是一個(gè)很有意思的補(bǔ)充生產(chǎn)工具，必須在未來幾年的工業(yè)實(shí)踐中證明自己?！睂?duì)于目前3D打印機(jī)進(jìn)入個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域的前景，與專業(yè)3D打印機(jī)相比，質(zhì)量不高但很實(shí)惠的低端3D打印機(jī)被提供給個(gè)人消費(fèi)者，這應(yīng)該是一個(gè)聰明的營銷問題，創(chuàng)建了一個(gè)“還沒有被關(guān)注到的需求市場”。作為補(bǔ)充生產(chǎn)的工具，3D打印的發(fā)展不可能脫離原有的技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用市場的考驗(yàn)。對(duì)于3D打印的未來，哥本哈根未來研究學(xué)院（CIFS）名譽(yù)主任約翰·彼得·帕魯坦的一句話值得深思：“我們的社會(huì)通常會(huì)高估新技術(shù)的可能性，同時(shí)卻又低估它們的長期發(fā)展?jié)摿??！?/p>

6.2 引導(dǎo)3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展的具體做法

3D打印技術(shù)是我國制造行業(yè)與國外先進(jìn)水平差距較小的領(lǐng)域之一，為此建議：

（1）加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)整體規(guī)劃與設(shè)計(jì)。深入研判全球3D技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢，制定適合我國3D發(fā)展的總體規(guī)劃和行動(dòng)計(jì)劃，明確產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體原則、目標(biāo)、技術(shù)路線、重點(diǎn)任務(wù)和政策措施，加強(qiáng)國家與地方的政策協(xié)同，明確政府和市場的職責(zé)界定，根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑和產(chǎn)業(yè)化規(guī)律，真正建立以市場化為導(dǎo)向的政府創(chuàng)新引導(dǎo)機(jī)制。引導(dǎo)資本市場的規(guī)模投入，以大項(xiàng)目、大企業(yè)帶動(dòng)，培育有國際競爭力企業(yè)。

（2）加強(qiáng)3D技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的集成。從支持長期良性發(fā)展的輿論引導(dǎo)上，將其作為傳統(tǒng)規(guī)模制造技術(shù)的一個(gè)有益補(bǔ)充，主動(dòng)加強(qiáng)和引導(dǎo)3D技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的對(duì)接、集成，及其在工業(yè)設(shè)計(jì)、文化創(chuàng)意、創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)等先導(dǎo)市場的推廣應(yīng)用。

（3）加大研發(fā)投入，提升3D公共技術(shù)研發(fā)和服務(wù)水平。發(fā)揮聯(lián)盟組織作用，搭建產(chǎn)、學(xué)、研、用創(chuàng)新服務(wù)平臺(tái)，加強(qiáng)3D公共技術(shù)研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)等建設(shè)；加強(qiáng)3D打印的科普宣傳，吸引市場和社會(huì)公眾加大對(duì)3D打印服務(wù)業(yè)投入，采用“創(chuàng)新工廠”、“創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽”等新模式推廣。

（4）制定人才、金融等優(yōu)先政策，引導(dǎo)3D產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)比較好的地區(qū)率先發(fā)展。研究制定有利于跨區(qū)域合作的創(chuàng)新人才引進(jìn)與激勵(lì)機(jī)制，開展產(chǎn)業(yè)聯(lián)合技術(shù)開發(fā)；引導(dǎo)、鼓勵(lì)地方設(shè)立專項(xiàng)資金或產(chǎn)業(yè)基金，加大對(duì)3D打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的資金支持力度。

[1]宗貴升，馮濤.“3D打印-制造新紀(jì)元”報(bào)告.北京隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司,2013，05.

[2]楊永強(qiáng)等.3D打印設(shè)備國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化可行性分析，華南理工大學(xué)，新材料產(chǎn)業(yè)，2013第8期，P13～P20.

[3]“Additive Manufacturing with metal powders: Design for Manufacture evolves into Design for Function”,Juan F Isaza P and Claus Aumund-Kopp， “Powder Metallurgy Review” Summer 2014，Vol.3 No.2 P41P51.

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[5]黃衛(wèi)東.如何理性看待增材制造（3D打?。┘夹g(shù).西北工業(yè)大學(xué)，新材料產(chǎn)業(yè)，2013第8期，P9～P12.

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[8]“南極熊3D打印網(wǎng)”, www.dddyin. com ,行業(yè)動(dòng)態(tài)等欄目.

[9]“德國3D打印專家：冷靜看待3D打印熱潮”，《科技日?qǐng)?bào)》社記者專訪報(bào)道，2013年3月3日柏林電.

[10]吳復(fù)堯、劉黎明等.3D 打印技術(shù)在國外航空航天領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)態(tài).

[11]盧秉恒等.增材制造( 3D 打印) 技術(shù)發(fā)展.