潘 慧

(廣東省科學(xué)技術(shù)情報研究所，廣東 廣州 510033)

廣東省發(fā)展3D打印的現(xiàn)狀與對策建議

潘 慧

(廣東省科學(xué)技術(shù)情報研究所，廣東 廣州 510033)

通過對華南理工大學(xué)、中科院廣州電子技術(shù)研究所、南方醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院(廣東省骨科研究院)、廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、廣州市3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、廣州邁普再生醫(yī)學(xué)科技有限公司、廣州中望龍騰軟件股份有限公司、深圳維示泰克技術(shù)有限公司等15家單位和機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)研，分析了廣東省發(fā)展3D打印的意義、現(xiàn)狀，指出其存在的問題，并提出了相關(guān)對策建議。

3D打印；發(fā)展現(xiàn)狀；對策建議

3D打印技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代的美國，近年來，隨著其越來越廣泛地應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、工業(yè)及個性化等領(lǐng)域，其對制造業(yè)發(fā)展的革命性影響日益凸顯，被視為新工業(yè)革命的核心技術(shù)之一，為許多國家和地區(qū)所矚目。在此背景下，發(fā)展3D打印對于處在從制造業(yè)大省邁向制造業(yè)強(qiáng)省的廣東來說，意義重大。

1 廣東省發(fā)展3D打印的意義

發(fā)展3D打印的意義在于可以推動廣東省乃至我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，滿足廣東省在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、社會和政府領(lǐng)域的發(fā)展需求。

a.技術(shù)領(lǐng)域。3D打印消除了材料浪費(fèi)，可直接制造復(fù)雜產(chǎn)品，取消模具和多級裝配。物流配送環(huán)節(jié)也因3D打印可即地生產(chǎn)的特點(diǎn)而減少(或消除)，其環(huán)保、快速、高效、便捷的特點(diǎn)與廣東省戰(zhàn)略發(fā)展需求不謀而合。

b.產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。拉動經(jīng)濟(jì)發(fā)展是以3D打印為代表的制造產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢所在，在未來3D打印必定為廣東省創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

c.社會領(lǐng)域。3D打印可使社會民眾參與產(chǎn)品制造過程，使生產(chǎn)和消費(fèi)模式更趨個性化、實時化、經(jīng)濟(jì)化，并改變經(jīng)濟(jì)格局和生活方式，這將滿足廣東省對新模式、新方式的社會需求。

d.政府領(lǐng)域。3D打印將刺激社會需求，有效地提升整個社會的參與程度，大幅提高社會就業(yè)率，這將有助于緩解廣東省就業(yè)壓力以及提高全民參與度。

2 廣東省3D打印發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題

2.1廣東省3D打印發(fā)展現(xiàn)狀

a.廣東省3D打印應(yīng)用需求旺盛，發(fā)展空間巨大。

廣東省3D打印技術(shù)應(yīng)用較早，在20世紀(jì)90年代末，深圳市、中山市已經(jīng)開始引進(jìn)3D打印技術(shù)。在“十二五”期間，根據(jù)《廣東省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》的重要精神和《廣州市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》的重要內(nèi)容，加快培育壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提升自主創(chuàng)新能力均作為未來5年甚至10年的重點(diǎn)工作。廣東省戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)支持高端新型電子信息產(chǎn)業(yè)、新能源汽車、LED、生物、高端裝備制造、節(jié)能環(huán)保、新能源、新材料，重點(diǎn)支持高端新型電子信息、新能源汽車、LED三大領(lǐng)域，并形成了廣州市成為全國信息、軟件、生物、新材料產(chǎn)業(yè)基地。比如，深圳市已成為全國電子信息、生物醫(yī)藥、電動汽車等產(chǎn)業(yè)基地。3D打印技術(shù)將促進(jìn)廣東省的科技創(chuàng)新能力與關(guān)鍵技術(shù)突破能力的提升與發(fā)展，對戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的培育與壯大有著舉足輕重的重要作用。廣東省在消費(fèi)類電子產(chǎn)品、家電、汽車和機(jī)械制造等優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，尤其是在汽車、醫(yī)療、模具、動漫領(lǐng)域具有旺盛的需求，發(fā)展應(yīng)用空間巨大。

(1)汽車領(lǐng)域。汽車產(chǎn)業(yè)是廣東省的支柱產(chǎn)業(yè)，《廣東省新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2013-2020年)》提出，到2020年，實現(xiàn)生產(chǎn)能力達(dá)200萬輛純電動汽車和插電式混合動力汽車、累計產(chǎn)銷量超過500萬輛，燃料電池汽車、車用氫能源產(chǎn)業(yè)與國際同步發(fā)展的目標(biāo)。這為廣東省汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向，進(jìn)一步提升了廣東省汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間，為3D打印在廣東省汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用提供了用武之地。

技術(shù)創(chuàng)新能力和發(fā)展?jié)摿κ呛饬扛偁幜?qiáng)弱的重要標(biāo)志，一輛乘用車由約3萬個零部件構(gòu)成，其中超過40%的部件在研發(fā)、設(shè)計驗證、試制過程中有快速成型/快速制造的需求。與傳統(tǒng)工藝相比，金屬快速成型在研發(fā)過程的各個步驟都為客戶節(jié)約了大量時間和金錢。

汽車行業(yè)的內(nèi)飾、外飾、結(jié)構(gòu)件、發(fā)動機(jī)原型、樣車等的研發(fā)試制過程，都對功能性金屬零部件有巨大的應(yīng)用需求。同時3D打印設(shè)備更是可以直接制造多種發(fā)動機(jī)零部件，在時間、成本方面與傳統(tǒng)方式相比優(yōu)勢巨大。

①CAD逆向工程。對車身通過反求工程逆向進(jìn)行車身三維坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集，三維曲面重構(gòu)，最后完成整車車身的CAD模型構(gòu)建，并使用光固化技術(shù)進(jìn)行快速開發(fā)，極大地提高了新車型的設(shè)計及研發(fā)速度。

②車身及綜合檢具開發(fā)。采用光固化技術(shù)進(jìn)行車身的快速制備和綜合檢具的快速開發(fā)，將車身的試制周期縮短到兩個半月，相對以前的六個月有大幅度縮短。

③汽車發(fā)動機(jī)及關(guān)鍵零部件。多款車型的整車及儀表盤、前后保險杠、發(fā)動機(jī)殼體等關(guān)鍵部件的快速研發(fā)，采用光固化技術(shù)制造的相關(guān)部件。

④發(fā)動機(jī)復(fù)雜鑄型制備。使用3D打印技術(shù)制作一些任務(wù)緊、時間急的單件小批量鑄造用熔模，相比傳統(tǒng)制作工藝(主要指模具注射成形)，生產(chǎn)周期可縮短60%。同時，整個制造過程無需模具，節(jié)省大量費(fèi)用。尤其是一些特別復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)工藝需分體制作然后拼接，不僅工藝繁瑣，而且精度難以保證；而3D打印技術(shù)可以整體制作復(fù)雜熔模，同時保證較高的精度。

(2)醫(yī)療領(lǐng)域。2013年廣東省醫(yī)療器械產(chǎn)值達(dá)720億元，居全國前列。同時，作為實現(xiàn)發(fā)展轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的重點(diǎn)扶持產(chǎn)業(yè)，廣東省政府力圖在“十二五”期末實現(xiàn)廣東醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值1 000億元。3D打印為醫(yī)療市場注入了新的生命力，可為患者個性化需求提供有力的支撐。

3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用包括下面4個技術(shù)范圍：一是基于生物醫(yī)學(xué)圖像(如CT、MRI等)的生物三維建模，然后轉(zhuǎn)化為個性化的生物體外模型，應(yīng)用于外科整形、手術(shù)規(guī)劃和個性化假肢設(shè)計等領(lǐng)域；二是基于仿生的多尺度生物復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立具有多尺度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生物系統(tǒng)模型，采用具有生物相容性的材料，制造出可植入的集合體；三是組織支架(Tissue Scaffolds)和類組織結(jié)構(gòu)體(Tissue Precursor)的生物制造技術(shù)；四是3D直接細(xì)胞打印技術(shù)，后兩者主要應(yīng)用于人工器官與組織的制造，它們不僅涉及3D打印(增材成形)，而且具有生長成形的某些特征。3D打印技術(shù)個性化制備的復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)是優(yōu)異的植入材料，已廣泛應(yīng)用于臨床，如鈦合金頭蓋骨、骨板、人工關(guān)節(jié)及股骨頭等個性化醫(yī)用植入體。

使用一臺3D打印設(shè)備即可替代月產(chǎn)1萬顆義齒的生產(chǎn)線的全部人工，這將大幅節(jié)約成本?？谇恍迯?fù)體每年有200億元的市場，個性化手術(shù)導(dǎo)板可創(chuàng)造300億元的市場。3D打印可以直接加工個性化植入體，通過工藝控制表面的粗糙度更利于細(xì)胞粘附和增強(qiáng)細(xì)胞活性，每年全國市場規(guī)模超過2 000億元。目前，我國每年在組織器官移植方面的市場規(guī)模超過1 000億元人民幣。

(3)模具領(lǐng)域。廣東省模具出口占全國總額的近50%。目前，廣東省將高端新型電子信息、新能源汽車和半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)作為近期產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)，以推動整個產(chǎn)業(yè)布局,最終實現(xiàn)整體調(diào)整，其中發(fā)展新能源汽車正是帶動整個廣東省模具整體發(fā)展的重大機(jī)遇。與此同時，廣東省電子信息制造業(yè)的快速發(fā)展，未來也將對精密模具產(chǎn)生較大的市場需求。目前具備立體熱流道、立體冷卻水道模具制作能力的廠家在中國屈指可數(shù)，該類模具是模具行業(yè)的發(fā)展趨勢，在美國、日本、歐洲等模具技術(shù)領(lǐng)先的國家和地區(qū)其所占比重已經(jīng)超過40%。3D打印設(shè)備正是填補(bǔ)國內(nèi)這一加工能力空白的最佳選擇，同時，也是制作快速模具的最佳設(shè)備，其能縮短模具的制作周期至少50%，對于要求快速制造的客戶是最佳的選擇。

(4)動漫領(lǐng)域。動漫已成為廣東省新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，而3D打印技術(shù)能為動漫創(chuàng)作提供有力的支持手段。3D打印能夠滿足個性需求和個人的創(chuàng)作想法，將創(chuàng)作提前以3D實體展現(xiàn)，同時3D打印技術(shù)還可滿足動漫對創(chuàng)造多種活靈活現(xiàn)形象的需求。

b.廣東省3D打印技術(shù)空間及領(lǐng)域分布。

目前在廣東省高校、科研院所集聚了以金屬、樹脂、塑料等為3D打印材料的科研力量，此外還有多家企業(yè)涉及3D打印產(chǎn)品的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，見表1。

c.廣東省成立多家3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。

目前，廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、廣州市和東莞市3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、廣州市3D打印協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)盟相繼成立。廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟整合廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)上、中、下游產(chǎn)業(yè)鏈資源，促進(jìn)行業(yè)間的交流與共同發(fā)展；發(fā)揮在3D打印產(chǎn)業(yè)的智庫作用并積極承擔(dān)省內(nèi)3D打印技術(shù)和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)具體工作；加快推動廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和整體布局，搶抓新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重大機(jī)遇。廣州市3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟以整合及協(xié)調(diào)廣州市3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)上下游資源，營造廣州地區(qū)3D打印技術(shù)發(fā)展環(huán)境，促進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)有機(jī)結(jié)合，最終實現(xiàn)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化集群為其宗旨。其包括了廣州市30多家與3D打印行業(yè)以及工業(yè)設(shè)計產(chǎn)業(yè)相關(guān)的企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)，囊括了3D打印技術(shù)行業(yè)的軟件設(shè)計、產(chǎn)品研發(fā)、機(jī)械制造、材料供應(yīng)、技術(shù)應(yīng)用等上下游產(chǎn)業(yè)鏈。值得一提的是，其成員中包括多家醫(yī)院。目前廣東省很多醫(yī)院都已擁有3D打印設(shè)備和相關(guān)研究室。

目前，廣州市3D打印產(chǎn)業(yè)園已授牌成立，東莞市3D打印產(chǎn)業(yè)園正在積極籌備。

d.3D打印已經(jīng)列為廣東省科技廳重大專項。

從2014年4月開始，廣東省科技廳牽頭開展省重大科技專項的系統(tǒng)謀劃和遴選凝煉工作。經(jīng)過廣泛征集建議、深入調(diào)研、反復(fù)論證，最終遴選出9個重大科技專項，其中增材制造(3D打印)技術(shù)赫然在列。同時，省科技廳編制廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖，為制定3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策提供了依據(jù)。

2.2廣東省3D打印發(fā)展存在的問題

廣東省在3D打印發(fā)展上已取得了一定成果，涉及領(lǐng)域涵蓋首飾模型、精密零部件、金屬功能零部件、生物醫(yī)學(xué)等，具體技術(shù)包括應(yīng)用加工服務(wù)、3D打印材料技術(shù)、設(shè)備制造、3D打印云制造以及軟件開發(fā)等，但與發(fā)達(dá)國家相比，存在的制約因素主要有：頂層設(shè)計、整體規(guī)劃及統(tǒng)籌發(fā)展的缺乏；產(chǎn)學(xué)研及跨學(xué)科的合作不緊密；從事3D打印技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)的單位及企業(yè)不多，“小而散”、“單打獨(dú)斗”格局形式明顯，研發(fā)力量不強(qiáng)[1]。

3 廣東省發(fā)展3D打印的對策建議

a.加強(qiáng)宏觀規(guī)劃，加快推動廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和整體布局。

將3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃納入廣東省“十三五”規(guī)劃，明確廣東省3D打印技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，重點(diǎn)推進(jìn)應(yīng)用領(lǐng)域和省內(nèi)重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，建立廣東省3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金，扶持重點(diǎn)企業(yè)發(fā)展，增強(qiáng)省內(nèi)3D打印企業(yè)競爭力。以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，按照市場主導(dǎo)、政府調(diào)控、創(chuàng)新驅(qū)動、開放發(fā)展、重點(diǎn)突破、整體推進(jìn)、立足當(dāng)前、著眼長遠(yuǎn)的原則，在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理地編制《廣東省產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》[2]。

b.完善產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟建設(shè)，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研合作。

推進(jìn)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、行業(yè)協(xié)會建設(shè)，進(jìn)一步發(fā)揮產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的帶動作用。加大產(chǎn)學(xué)研合作力度，大力扶持3D打印研究、應(yīng)用機(jī)構(gòu)和服務(wù)、教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)。整合優(yōu)勢資源，集群發(fā)展，重點(diǎn)支持跨學(xué)科研究院的建設(shè)，整合各學(xué)科領(lǐng)域的優(yōu)勢資源，成立3D打印研究院，將基礎(chǔ)研究與應(yīng)用緊密結(jié)合起來。

c.因地制宜，推進(jìn)示范應(yīng)用。

廣東省“十二五”規(guī)劃以及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求為3D打印在模具、醫(yī)療、汽車、動漫等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的空間，可加強(qiáng)3D打印在這些優(yōu)勢領(lǐng)域的示范應(yīng)用。比如，在以上4個領(lǐng)域分別通過發(fā)展高端模具，建立生物醫(yī)療硬組織3D打印修復(fù)體示范中心，加強(qiáng)3D打印在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，成立文化創(chuàng)意服務(wù)中心以推進(jìn)廣東省3D打印示范應(yīng)用，提高廣東省自主創(chuàng)新能力，提升競爭力，促進(jìn)傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。

d.加大對科技研發(fā)尤其是技術(shù)核心攻關(guān)的支持力度。

鼓勵各類經(jīng)濟(jì)體投資、研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用3D打印機(jī)，幫助廣東省3D打印企業(yè)申報國家和省級科研項目，爭取國家和省里的政策和資金支持。在對3D打印技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行細(xì)劃的基礎(chǔ)上分層次資助，比如前沿探索、重大裝備及應(yīng)用、應(yīng)用轉(zhuǎn)化、區(qū)域產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等。重點(diǎn)攻克一批關(guān)鍵技術(shù)(3D打印技術(shù)、軟件控制、打印裝置、材料技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù))、核心技術(shù)和共性技術(shù)，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，為搶占3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機(jī)提供科技支撐。

e.加強(qiáng)3D打印人才培育。

將3D打印領(lǐng)域相關(guān)人才的培養(yǎng)納入廣東省高等院校學(xué)科建設(shè)體系，培育3D打印技術(shù)各層次人才：在高校培養(yǎng)研究生層次的技術(shù)創(chuàng)新型高端人才和應(yīng)用創(chuàng)新型人才；在職業(yè)技術(shù)類學(xué)校開設(shè)3D打印技術(shù)專業(yè)，培養(yǎng)操作型人才，完善人才體系的建設(shè)。積極幫助企業(yè)從海內(nèi)外引進(jìn)3D打印技術(shù)研發(fā)人才，與廣東省高校建立產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，打造本土的研發(fā)團(tuán)隊。通過組織3D打印技術(shù)相關(guān)講座和科普宣傳活動，加強(qiáng)公眾對3D打印技術(shù)的認(rèn)知度，引導(dǎo)社會各界參與推動3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展[3]。

[1] 潘慧．廣東搶占3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機(jī)[J].廣東科技，2013(19)：10-14.

[2] 孫智強(qiáng)．我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[J].江蘇科技信息，2014(6)：19-20.

[3] 杜升明，肖春生．淺談3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路與對策[J].才智，2013(4)：301-302.

Current status and countermeasures on the development of 3D printing in Guangdong Province

PAN Hui

(Guangdong Science and Technology Information Institute, Guangdong Guangzhou, 510033, China)

3D printing technology is one of the core technologies of the new industrial revolution, has become a point of concern to many countries and regions. Based on analysis of the significance, status quo and problems of development of 3D printing in Guangdong Province, it puts forward the suggestions for further developing the 3D printing industry.

3D printing; current development situation; countermeasures and suggestions

10.3969/j.issn.2095-509X.2015.03.001

2015-01-27

潘慧(1970—)，女，湖南長沙人，廣東省科學(xué)技術(shù)情報研究所副研究員，主要研究方向為科技情報、社會發(fā)展戰(zhàn)略、科技管理和科技信息傳播。

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2095-509X(2015)03-0001-04