天津社會(huì)科學(xué)院現(xiàn)代企業(yè)研究所　趙云峰

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當(dāng)前經(jīng)濟(jì)背景下3D打印技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境前景分析①

天津社會(huì)科學(xué)院現(xiàn)代企業(yè)研究所趙云峰

摘 要：在當(dāng)前工業(yè)革命4.0的背景下，發(fā)達(dá)國家將面臨更為艱巨的產(chǎn)業(yè)革命的挑戰(zhàn)，在具有優(yōu)秀的制造基地、穩(wěn)定的市場(chǎng)和飛快的創(chuàng)新能力的情況下，3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展讓整個(gè)世界都倍感新奇，在各領(lǐng)域的應(yīng)用也比比皆是。本文通過分析3D打印技術(shù)的發(fā)展背景，闡述了全球發(fā)達(dá)國家3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和全球新興市場(chǎng)國家3D打印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，最后說明3D打印技術(shù)對(duì)生產(chǎn)、生活的改變及未來發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟(jì)環(huán)境3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)分析

1　3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展背景

以美國、德國為代表的發(fā)達(dá)國家一直以來都是世界先進(jìn)制造業(yè)的標(biāo)桿國家，也是先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)基地和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的領(lǐng)頭羊。當(dāng)前以美國印度為代表的新興市場(chǎng)國家長期以來一直將人口紅利、模仿創(chuàng)新的方式進(jìn)行追趕，在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)一直以此為發(fā)展路徑。隨著新產(chǎn)業(yè)革命的沖擊日漸顯現(xiàn)，世界各國對(duì)先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展制高點(diǎn)的爭(zhēng)奪日趨激烈，發(fā)達(dá)國家對(duì)新興經(jīng)濟(jì)體和發(fā)展中國家防范日深，設(shè)置了各種防范措施。當(dāng)前工業(yè)革命4.0的背景下，發(fā)達(dá)國家將面臨更為艱巨的產(chǎn)業(yè)革命的挑戰(zhàn)，在具有優(yōu)秀的制造基地、穩(wěn)定的市場(chǎng)和飛快的創(chuàng)新能力的情況下，在金融危機(jī)后馬上更新本國內(nèi)的發(fā)展戰(zhàn)略，在國家層面占有先機(jī)。當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的新興經(jīng)濟(jì)體國家如果不能盡快建立自己的技術(shù)創(chuàng)新體系和政策體系，有可能長期處于這種跟隨發(fā)達(dá)國家腳步的發(fā)展階段，更會(huì)錯(cuò)失這次次貸危機(jī)所帶來的彎道趕超的機(jī)會(huì)。

當(dāng)前，我國經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)面臨結(jié)構(gòu)性調(diào)整，國際上更面臨多方面的打壓，在這樣的背景下，我國經(jīng)濟(jì)要面臨沖破經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換所帶來的種種問題。國家更是推出一些列關(guān)于我國經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略部署的政策，比如《中國制造2025》、成立國家制造強(qiáng)國建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室等，不但在宏觀面上確立總體目標(biāo)和實(shí)施路徑，而且在具體落實(shí)過程中更要以國家經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展為基礎(chǔ)，但總體而言，制造業(yè)發(fā)展任務(wù)仍十分繁重，要同時(shí)完成工業(yè)2.0補(bǔ)課、工業(yè)3.0普及和工業(yè)4.0升級(jí)這三項(xiàng)任務(wù)。3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展讓整個(gè)世界都倍感新奇，在各領(lǐng)域的應(yīng)用也比比皆是。源于美國的3D打印技術(shù)正在慢慢改變著這個(gè)世界的制造業(yè)戰(zhàn)略格局，3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)未來有著不可估量的應(yīng)用前景。在英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志上，3D打印技術(shù)被稱作是“第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志”。

2　全球發(fā)達(dá)國家3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)環(huán)境發(fā)展現(xiàn)狀

3D打印技術(shù)源于美國和歐盟為代表的發(fā)達(dá)國家，尤其是美國在技術(shù)應(yīng)用、研發(fā)和推廣上都占有先機(jī)。美國目前將3D技術(shù)納入國家發(fā)展的重中之重，將全尺寸3D打印技術(shù)規(guī)劃為未來該項(xiàng)技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方面，美國將3D打印技術(shù)納入國家制造項(xiàng)目中的核心項(xiàng)目，政府投資超過三千萬美金。當(dāng)前，美國尖端行業(yè)已經(jīng)將3D打印技術(shù)納入其發(fā)展的重要位置，將該技術(shù)應(yīng)用于其重要部件的制造中，由于3D打印技術(shù)的便捷性，該技術(shù)的應(yīng)用不僅大大縮短了工時(shí)與費(fèi)用，而且使制造工藝有了很大的提高。

由3D打印產(chǎn)業(yè)權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的產(chǎn)業(yè)報(bào)告中表明，自2012年開始全球市場(chǎng)中3D打印技術(shù)的總收入超過20億美元，美國沃勒斯公司作為研究機(jī)構(gòu)中的權(quán)威機(jī)構(gòu)顯示22億美元的產(chǎn)業(yè)總收入涉及設(shè)備制造、高端服務(wù)等領(lǐng)域，而美國則占總量的三分之二以上，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷增長，居民對(duì)3D打印服務(wù)的需求也是逐年增長，據(jù)美國相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)的最新公布數(shù)據(jù)，3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值未來兩年之內(nèi)可以突破50億美金。

從地理范圍來看，據(jù)Wohlers Associates發(fā)布的2013年度報(bào)告顯示，美國、日本、德國、中國是目前擁有3D打印設(shè)備最多的國家，他們擁有的3D打印設(shè)備占全球3D打印設(shè)備的比例分別為38%、9.7%、9.4%和8.7%。北美、歐洲、亞太三大地區(qū)擁有的3D打印設(shè)備占全球3D設(shè)備份額分別是40.2%、29.1%和26.3%，拉丁美洲、中東和非洲地區(qū)擁有其余4.4%的市場(chǎng)份額。在3D打印服務(wù)產(chǎn)業(yè)中，制造業(yè)企業(yè)中大部分分布在歐洲發(fā)達(dá)國家，中國有7家，美國僅有5家，雖然從企業(yè)數(shù)量上來看，作為發(fā)展中國家的中國有一定量專業(yè)的制造企業(yè)，但是在3D打印產(chǎn)業(yè)中大部分高端制造業(yè)還是分布在歐洲國家，其排名前四位的有：美國3D Systems公司、Stratasys公司，以色列Object公司和德國EOS公司，這四家公司已經(jīng)占據(jù)了世界上大部分的市場(chǎng)，已經(jīng)形成了壟斷的態(tài)勢(shì)。

3　全球新興市場(chǎng)國家3D打印技術(shù)經(jīng)濟(jì)環(huán)境發(fā)展現(xiàn)狀

3D打印技術(shù)無論從產(chǎn)品研發(fā)還是技術(shù)應(yīng)用都是啟動(dòng)時(shí)期，對(duì)于新興市場(chǎng)國家來說，本國內(nèi)部的工業(yè)發(fā)展與發(fā)達(dá)國家來比較還是處于劣勢(shì)，但是，3D打印技術(shù)對(duì)于新興市場(chǎng)來講無論在產(chǎn)品推廣還是技術(shù)研發(fā)上都有很大的增長空間。從工業(yè)角度看分析，以中國為代表的新興市場(chǎng)國家在激光熔覆方面的技術(shù)具有一定優(yōu)勢(shì)，這有助于在以激光燒結(jié)為成型技術(shù)的3D打印設(shè)備制造和打印服務(wù)領(lǐng)域進(jìn)行發(fā)展。從3D打印技術(shù)產(chǎn)品的應(yīng)用角度分析，應(yīng)用的推廣速度取決于對(duì)于3D打印這一技術(shù)認(rèn)知的提高，所以，相關(guān)輔助平臺(tái)的發(fā)展顯得越來越重要。從行業(yè)分布來看，新興國家市場(chǎng)的3D打印技術(shù)在消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車、航空航天、醫(yī)療、軍工、地理信息、藝術(shù)設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。其中，用于消費(fèi)電子領(lǐng)域的打印技術(shù)仍然占主導(dǎo)地位，大約占20.3%的市場(chǎng)份額，其他主要領(lǐng)域依次是汽車(19.5%)、醫(yī)療/牙科(15.1%)、工業(yè)及商用機(jī)器(10.8%)。現(xiàn)階段新興市場(chǎng)國家主要的3D打印企業(yè)一般以材料供應(yīng)，設(shè)備制造和打印服務(wù)的綜合形式存在，這是由產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期技術(shù)推廣和市場(chǎng)規(guī)模的限制所致。從長遠(yuǎn)的角度來分析，3D產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)位置都會(huì)有專業(yè)化剝離出來，當(dāng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定階段，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)都會(huì)獨(dú)立出來并向產(chǎn)業(yè)鏈下游移動(dòng)，最后將成為工具平臺(tái)。

可見，新興國家市場(chǎng)的整個(gè)3D打印產(chǎn)業(yè)鏈都存在巨大的潛在發(fā)展空間。在技術(shù)應(yīng)用推廣的起步階段，3D打印服務(wù)企業(yè)無疑會(huì)較快地帶來收益，許多新興市場(chǎng)國家已經(jīng)將3D打印產(chǎn)業(yè)納入發(fā)展規(guī)劃。例如，南非政府對(duì)于3D打印技術(shù)的關(guān)注非常重視，將3D打印技術(shù)中的機(jī)械設(shè)備的制造和開發(fā)納入本國內(nèi)制造業(yè)戰(zhàn)略的規(guī)劃中，將核心技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用與本國的經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略相協(xié)同規(guī)劃。中國對(duì)于3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也非常關(guān)注，在國內(nèi)經(jīng)濟(jì)科技發(fā)展優(yōu)秀的地區(qū)都建立3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心和科技園。在很長一段時(shí)間內(nèi)，3D打印房屋可能只會(huì)用在一些臨時(shí)建筑上，而自2013年開始，3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)有了新的突破。荷蘭阿姆斯特丹的建筑師們通過3D打印技術(shù)制造出世界上首個(gè)全尺寸3D打印房屋，美國加州哈德斯菲爾德大學(xué)和德國慕尼黑技術(shù)大學(xué)的教授和學(xué)生完成了移動(dòng)版迷你房屋。雖然從現(xiàn)階段來看，3D打印房屋還需要克服諸如規(guī)模變大帶來的功能失效等問題，但是，3D打印技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)建筑業(yè)的進(jìn)軍，也讓之前不能移動(dòng)的建筑有了更加靈活的改變。

4　3D打印技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)

3D打印機(jī)激發(fā)了人們的想象力，人們借助3D技術(shù)，也不斷實(shí)現(xiàn)對(duì)自我限制的突破，生活中越來越多不可能的事情正在逐步變成可能。工程師們可以用其打印模具，“極客”牙醫(yī)可用它打印加壓，汽車維修公司可以用其打印稀缺的汽車零部件，而不是忍受全球物流的繁瑣和時(shí)間消耗，3D打印技術(shù)已經(jīng)切實(shí)的改變了我們的生產(chǎn)與生活方式。在2014年巴西世界杯開球儀式上，28歲的巴西殘疾青年平托來到場(chǎng)邊，他身著一種借助3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)的“外骨骼”機(jī)器衣為世界杯開球，成功實(shí)現(xiàn)了雙腿的移動(dòng)?，F(xiàn)在人造器官的研究已經(jīng)相當(dāng)可觀了，但是仍然面臨的一個(gè)難題就是如何在里面架構(gòu)血管以輸送營養(yǎng)物質(zhì)并排泄代謝廢物。德國的一個(gè)團(tuán)隊(duì)目前找到了一種解決方案即用3D打印機(jī)打印一些毛細(xì)血管出來。打印使用的特殊油墨含有高分子聚合物以及生物分子，這樣可以減弱排異反應(yīng)。而通過一系列化學(xué)反應(yīng)，將打印出來的血管轉(zhuǎn)變成具有彈性的固體材料，這樣研究人員就能精確構(gòu)造毛細(xì)血管，這項(xiàng)研究成果將有力的推動(dòng)大型人體器官的制造。此外，歐洲的研究人員正在研究能夠打印易消化食物的3D打印機(jī)，這一研究將會(huì)幫助歐盟完成為體弱老人推出的個(gè)性化糧食供應(yīng)體系，以保證老年人的身體健康。

西班牙巴塞羅那的Foodini3D打印機(jī)為食客們提供了便利。但是其每盤菜的打印時(shí)間明顯受到不同因素的影響比如菜肴的復(fù)雜程度和包含的食材種類。隨意點(diǎn)的食物類型需要花費(fèi)幾分鐘打印，而復(fù)雜的巧克力造型就需要20分鐘。當(dāng)然，精度不高或者速度太慢都不足以否定3D打印，因?yàn)槊恳环N改變世界的技術(shù)都會(huì)經(jīng)歷同樣的階段，只要發(fā)現(xiàn)問題，就一定有解決的辦法——一切都是時(shí)間問題。

3D打印正在各行各業(yè)中如火如荼地發(fā)展著，一方面，3D打印無需機(jī)械加工或者模具就可以從計(jì)算機(jī)中打印出任何形狀的零部件，從而極大的縮短產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本；另一方面，隨著開源軟件、新商業(yè)模式的出現(xiàn)，3D打印技術(shù)在帶來工業(yè)變革的同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行一定的規(guī)范，關(guān)于知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、危險(xiǎn)品限制和人類倫理規(guī)范等問題需要更多的法律保障?？傊?，隨著3D技術(shù)的不斷普及，生活中用到的物品會(huì)越來越多的反映在3D打印技術(shù)上，只有更豐富更實(shí)用的材料才能讓3D打印技術(shù)盡快地融入生產(chǎn)和生活。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：F416.63

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-0298（2016）05（a）-141-02

基金項(xiàng)目：①天津社會(huì)科學(xué)院重點(diǎn)研究課題“天津先進(jìn)制造業(yè)基地建設(shè)研究”(16YZD-04)。

作者簡(jiǎn)介：趙云峰(1983-)，男，天津人，管理學(xué)博士，天津社會(huì)科學(xué)院現(xiàn)代企業(yè)研究所，副研究員，主要從事宏觀經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)方面的研究。