孫玲++李憲

文章編號(hào)：2095-6835（2017）04-0036-02

摘 要：3D打印技術(shù)，也叫“快速成型技術(shù)”或“增材制造技術(shù)”。作為近年來(lái)新興的一種革命性產(chǎn)業(yè)技術(shù)，3D打印技術(shù)呈現(xiàn)出的快速增長(zhǎng)趨勢(shì)令各行各業(yè)始料未及，其受關(guān)注程度在國(guó)際上也是絲毫不減。這一被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)，其發(fā)展現(xiàn)狀如何？今后又將面臨怎樣的發(fā)展環(huán)境？值得我們深思。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù)；成本較高；技術(shù)單一；效率低下

中圖分類號(hào)：TP334.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.04.036

近年來(lái)，3D打印技術(shù)受到國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，與其相關(guān)的話題更是被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)。調(diào)查顯示，3D打印技術(shù)已成為美國(guó)增長(zhǎng)最快的工業(yè)之一。造就如此現(xiàn)狀的原因正是西方發(fā)達(dá)國(guó)家在3D打印技術(shù)上投入大量的人力、物力和財(cái)力，研發(fā)出更加豐富的打印原料，促使這一技術(shù)日趨成熟，精度不斷提高，而且成本越來(lái)越低。據(jù)報(bào)道，美國(guó)軍方已將3D打印技術(shù)應(yīng)用于武器研發(fā)領(lǐng)域，甚至成功制造出了世界上第一支“3D打印手槍”。隨著這一技術(shù)在國(guó)外的大熱，我國(guó)也開始重視3D打印技術(shù)的研發(fā)，并在不斷研發(fā)中取得了可喜的成就。

1 各國(guó)3D打印技術(shù)的發(fā)展情況

增材制造領(lǐng)域知名市場(chǎng)咨詢公司W(wǎng)ohlers Associates發(fā)布的《沃勒斯報(bào)告2016》指出，2015年全球增材制造和3D打印市場(chǎng)銷售額達(dá)到51.65億美元，比2014年同比增長(zhǎng)25.9%，增長(zhǎng)額達(dá)到10億美元。在整個(gè)3D打印領(lǐng)域，美國(guó)制造占了將近75%，歐洲各國(guó)和以色列占了20%，而我國(guó)在這一領(lǐng)域所占的比例只有不到4%.

1.1 3D打印行業(yè)的領(lǐng)頭羊——美國(guó)

自3D打印技術(shù)于20世紀(jì)70年代在美國(guó)開發(fā)以來(lái)，這一市場(chǎng)就長(zhǎng)期被美國(guó)所占領(lǐng)。據(jù)行業(yè)內(nèi)部統(tǒng)計(jì)，美國(guó)3D Systems和Stratasys 2家公司就占據(jù)了2/3的市場(chǎng)份額。正是得益于長(zhǎng)期的技術(shù)沉淀和大量的資金支持，3D打印技術(shù)在美國(guó)已形成一定的商業(yè)模式。除此之外，政府的大力支持也是美國(guó)的3D打印技術(shù)領(lǐng)先于世界的重要原因。奧巴馬政府為提升3D打印技術(shù)在美國(guó)的領(lǐng)先地位，早在2012年的國(guó)情咨文中就曾宣布對(duì)先進(jìn)制造業(yè)領(lǐng)域（包括3D打印技術(shù)、人工智能、機(jī)器人技術(shù)等）加大資金投資力度，期初每年為5億美元，2016年翻倍，達(dá)到10億美元。除了資金投入，美國(guó)更加重視人才培養(yǎng)，例如在俄亥俄州建立的3D打印技術(shù)創(chuàng)新研究所就是最好的證明。在這一大環(huán)境下，全球僅有的2家3D打印技術(shù)納斯達(dá)克上市公司均位于美國(guó)。美國(guó)無(wú)疑成為這一領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。

1.2 日本企業(yè)加速發(fā)展

近年來(lái)，日本的3D打印技術(shù)發(fā)展舉世矚目，在專利申請(qǐng)方面，全球領(lǐng)先的10家公司，日本就占據(jù)7席。更令世界稱嘆的是，日本松下企業(yè)3D打印技術(shù)專業(yè)申請(qǐng)數(shù)量后來(lái)居上，成為該領(lǐng)域全球第一，多達(dá)54件?！段掷账箞?bào)告2016》更將日本3D打印技術(shù)公司東芝稱為2015年該領(lǐng)域“很有前途的新進(jìn)入者”。這充分說(shuō)明日本3D打印技術(shù)的快速發(fā)展，日本已經(jīng)成為3D打印領(lǐng)域不可忽視的重要力量。

1.3 我國(guó)處于起步階段

20世紀(jì)90年代，以清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)等國(guó)內(nèi)高校為首的諸多單位看到了3D打印技術(shù)的廣闊前景，紛紛投入到這一技術(shù)的研發(fā)、推廣和應(yīng)用中，并且取得了可喜的成就。但與以美國(guó)為首的西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)仍處于3D打印技術(shù)的起步階段。在3D打印技術(shù)中，我國(guó)所掌握的激光直接加工金屬技術(shù)有望首先實(shí)現(xiàn)突出，被應(yīng)用于航空航天裝備制造領(lǐng)域。這是3D打印技術(shù)在我國(guó)發(fā)展最快的技術(shù)領(lǐng)域。同時(shí)，生物細(xì)胞3D打印技術(shù)經(jīng)過(guò)多年實(shí)驗(yàn)，取得顯著進(jìn)步，已經(jīng)可以制造出立體的模擬生物組織，相信在不久的將來(lái)會(huì)在我國(guó)尖端醫(yī)療領(lǐng)域大放異彩。除此之外，我國(guó)多所高校推出的3D打印機(jī)，其中部分技術(shù)已達(dá)到國(guó)際頂尖水平，并且聯(lián)合亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)、國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)，于2012年成立中國(guó)3D打印技術(shù)聯(lián)盟。這有利于聯(lián)合國(guó)內(nèi)多股分散力量，盡快為我國(guó)3D打印技術(shù)建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2 3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和存在的問(wèn)題

經(jīng)歷過(guò)20世紀(jì)后期幾十年的沉寂后，21世紀(jì)迎來(lái)了3D打印技術(shù)的崛起。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，起初在產(chǎn)品試制時(shí)的初次嘗試，促成了3D打印機(jī)的誕生。與傳統(tǒng)的產(chǎn)品制造復(fù)雜的流程不同，3D打印技術(shù)的應(yīng)用，使得產(chǎn)品的生成過(guò)程大大簡(jiǎn)化。這也正是3D打印被稱為“快速成型”的最重要的原因。在精密零部件制造方面，得益于3D打印技術(shù)的天然優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自然無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方式無(wú)法達(dá)到的高穩(wěn)定性，而被廣泛應(yīng)用于高精度制造領(lǐng)域，比如飛行器制造。在藝術(shù)品展示方面，3D打印技術(shù)的加持使得原本復(fù)雜雕塑的復(fù)制成為可能，等比例復(fù)制的模型已經(jīng)達(dá)到了非常逼真的地步。在醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可以在病人手術(shù)前實(shí)現(xiàn)等比例建模，通過(guò)對(duì)打印模型的研究，可以大大提升手術(shù)的成功概率，不僅快速、安全，還減輕了患者的痛苦；同時(shí)利用3D打印技術(shù)“打印”出的人體組織能與人體高度契合，大大降低了醫(yī)療難度。雖然3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域如此之廣，但其存在的問(wèn)題也比較突出。

2.1 成本較高

雖然3D打印技術(shù)所具備的先天優(yōu)勢(shì)對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)具有顛覆性的意義，但較高的成本也成為制約其發(fā)展的一大因素。設(shè)備昂貴、材料稀缺、無(wú)法大批量生產(chǎn)等，最根本的原因就是3D打印技術(shù)成本較高。

2.2 國(guó)內(nèi)技術(shù)發(fā)展不成熟

3D打印技術(shù)進(jìn)入我國(guó)時(shí)間較短，發(fā)展還不成熟，金屬零部件的直接打印更是受到技術(shù)制約。金屬具有高強(qiáng)度的特性，使得打印過(guò)程中需要達(dá)到較高的熔點(diǎn)。這就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中等問(wèn)題。這一問(wèn)題不解決，3D打印技術(shù)在金屬零部件制造方面的瓶頸就不會(huì)被打破。

2.3 技術(shù)單一，效率低下

技術(shù)單一主要體現(xiàn)在當(dāng)前的3D打印技術(shù)都要依賴激光作為能量源。雖然激光能量較為集中，但單單依靠這一種不成熟的技術(shù)根本無(wú)法滿足國(guó)內(nèi)對(duì)3D打印技術(shù)的需求，同時(shí)激光作為能量源這一技術(shù)本身的發(fā)展就存在缺陷，長(zhǎng)期使用，其昂貴、維修難度大、技術(shù)應(yīng)用復(fù)雜等缺陷會(huì)暴露得更加徹底。此外，利用3D打印技術(shù)進(jìn)行制造的過(guò)程中，一旦遇到層厚大的物體，其打印精度和打印效率都會(huì)大打折扣。就目前的技術(shù)層面，這一問(wèn)題無(wú)法得到根本改善。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著3D打印技術(shù)的日趨完善，行業(yè)對(duì)其的發(fā)展前景也是十分看好的。我們有理由相信，3D打印技術(shù)在未來(lái)推動(dòng)我國(guó)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展方面必將發(fā)揮建設(shè)性的作用。

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〔編輯：劉曉芳〕