近期，英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志在《第三次工業(yè)革命》一文中，將3D打印技術(shù)作為第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志之一，引發(fā)了世人對(duì)3D打印的關(guān)注。作為新生事物，3D打印究竟是什么含義?它與傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)制造有什么區(qū)別?發(fā)展3D打印的意義何在?我國發(fā)展現(xiàn)狀如何?下一步應(yīng)如何發(fā)展?針對(duì)這些問題，本文將依次作出解答。

3D打印概況

3D打印機(jī)依托多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，在航空航天、汽車摩托車、家電、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了一定應(yīng)用，發(fā)展前景廣泛。

1、什么是3D打印

 
3D Systems sPro™ 60 SD SLS®商用3D打印機(jī)

3D打印(3Dprinting)是制造業(yè)領(lǐng)域正在迅速發(fā)展的一項(xiàng)新興技術(shù)，被稱為“具有工業(yè)革命意義的制造技術(shù)”。運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的主要流程是：應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件，設(shè)計(jì)出立體的加工樣式，然后通過特定的成型設(shè)備(俗稱“3D打印機(jī)”)，用液化、粉末化、絲化的固體材料逐層“打印”出產(chǎn)品。

3D打印是“增材制造”(AdditiveManufacturing)的主要實(shí)現(xiàn)形式。“增材制造”的理念區(qū)別于傳統(tǒng)的“去除型”制造。傳統(tǒng)數(shù)控制造一般是在原材料基礎(chǔ)上，使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法，去除多余部分，得到零部件，再以拼裝、焊接等方法組合成最終產(chǎn)品。而“增材制造”與之截然不同，無需原胚和模具，就能直接根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過增加材料的方法生成任何形狀的物體，簡化產(chǎn)品的制造程序，縮短產(chǎn)品的研制周期，提高效率并降低成本。

2、3D打印所需的關(guān)鍵技術(shù)

3D打印需要依托多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)，至少包括以下方面：

信息技術(shù)：要有先進(jìn)的設(shè)計(jì)軟件及數(shù)字化工具，輔助設(shè)計(jì)人員制作出產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，并且根據(jù)模型自動(dòng)分析出打印的工序，自動(dòng)控制打印器材的走向。

精密機(jī)械：3D打印以“每層的疊加”為加工方式。要生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品，必須對(duì)打印設(shè)備的精準(zhǔn)程度、穩(wěn)定性有較高的要求。

材料科學(xué)：用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結(jié)合起來，并具有合格的物理、化學(xué)性質(zhì)。

3、3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域

具體應(yīng)用領(lǐng)域包括：

1.工業(yè)制造：產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、原型制作、產(chǎn)品評(píng)審、功能驗(yàn)證;制作模具原型或直接打印模具，直接打印產(chǎn)品。3D打印的小型無人飛機(jī)、小型汽車等概念產(chǎn)品已問世。3D打印的家用器具模型，也被用于企業(yè)的宣傳、營銷活動(dòng)中。

2.文化創(chuàng)意和數(shù)碼娛樂：形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊的藝術(shù)表達(dá)載體。科幻類電影《阿凡達(dá)》運(yùn)用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工藝的水平。

3.航空航天、國防軍工：復(fù)雜形狀、尺寸微細(xì)、特殊性能的零部件、機(jī)構(gòu)的直接制造。

4.生物醫(yī)療：人造骨骼、牙齒、助聽器、假肢等。

5.消費(fèi)品：珠寶、服飾、鞋類、玩具、創(chuàng)意DIY作品的設(shè)計(jì)和制造。

6.建筑工程：建筑模型風(fēng)動(dòng)試驗(yàn)和效果展示，建筑工程和施工(AEC)模擬。

7.教育：模型驗(yàn)證科學(xué)假設(shè)，用于不同學(xué)科實(shí)驗(yàn)、教學(xué)。在北美的一些中學(xué)、普通高校和軍事院校，3D打印機(jī)已經(jīng)被用于教學(xué)和科研。

8.個(gè)性化定制：基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)下載、電子商務(wù)的個(gè)性化打印定制服務(wù)。國內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及問題

3D打印機(jī)雖然發(fā)展迅速，但仍面臨缺乏宏觀規(guī)劃和引導(dǎo)、研發(fā)投入不足、產(chǎn)業(yè)鏈缺乏統(tǒng)籌發(fā)展、缺乏教育培訓(xùn)和社會(huì)推廣等一系列問題。

發(fā)展現(xiàn)狀

1.技術(shù)研發(fā)

我國已有部分技術(shù)處于世界先進(jìn)水平。其中，激光直接加工金屬技術(shù)發(fā)展較快，已基本滿足特種零部件的機(jī)械性能要求，有望率先應(yīng)用于航天、航空裝備制造;生物細(xì)胞3D打印技術(shù)取得顯著進(jìn)展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尖端科學(xué)研究提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

2.產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

目前，依托高校成果，對(duì)3D打印設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作的公司實(shí)體主要有：北京殷華(依托于清華大學(xué))、陜西恒通智能機(jī)器(依托西安交通大學(xué))、湖北濱湖機(jī)電(依托華中科技大學(xué))。這些公司都已實(shí)現(xiàn)了一定程度的產(chǎn)業(yè)化，部分公司生產(chǎn)的便攜式桌面3D打印機(jī)的價(jià)格已具備國際競爭力，成功進(jìn)入歐美市場。

一些中小企業(yè)成為國外3D打印設(shè)備的代理商，經(jīng)銷全套打印設(shè)備、成型軟件和特種材料。還有一些中小企業(yè)購買了國內(nèi)外各類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)。其中，廣東省工業(yè)設(shè)計(jì)中心、杭州先臨快速成型技術(shù)有限公司等企業(yè)，設(shè)立了3D打印服務(wù)中心，發(fā)揮科技人才密集的優(yōu)勢，向國內(nèi)外客戶提供服務(wù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

存在的問題

1.缺乏宏觀規(guī)劃和引導(dǎo)

3D打印產(chǎn)業(yè)上游包括材料技術(shù)、控制技術(shù)、光機(jī)電技術(shù)、軟件技術(shù)，中游是立足于信息技術(shù)的數(shù)字化平臺(tái)，下游涉及國防科工、航空航天、汽車摩配、家電電子、醫(yī)療衛(wèi)生、文化創(chuàng)意等行業(yè)，其發(fā)展將會(huì)深刻影響先進(jìn)制造業(yè)、工業(yè)設(shè)計(jì)業(yè)、生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)、文化創(chuàng)意業(yè)、電子商務(wù)業(yè)及制造業(yè)信息化工程。但在我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、發(fā)展智能制造業(yè)的相關(guān)規(guī)劃中，對(duì)3D打印這一交叉學(xué)科的技術(shù)總體規(guī)劃與重視不夠。

2.企業(yè)對(duì)技術(shù)研發(fā)投入不足

我國雖已有幾家企業(yè)能自主制造3D打印設(shè)備，但企業(yè)規(guī)模普遍較小，研發(fā)力量不足。在加工流程穩(wěn)定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術(shù)等諸多具體環(huán)節(jié)，存在較大缺陷，難以完全滿足產(chǎn)品制造的需求。

而占據(jù)3D打印產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)地位的美國3Dsystems、Stratasys等公司，每年都投入1000多萬美元研發(fā)新技術(shù)，研發(fā)投入占銷售收入的10%左右。兩家公司不僅研發(fā)設(shè)備、材料和軟件，而且以簽約開發(fā)、直接購買等方式，獲得大量來自企業(yè)外部的相關(guān)細(xì)分技術(shù)、專利，已掌握一批關(guān)鍵核心技術(shù)。

3.產(chǎn)業(yè)鏈缺乏統(tǒng)籌發(fā)展

3D打印行業(yè)的發(fā)展需要完善的供應(yīng)商和服務(wù)商體系、市場平臺(tái)。供應(yīng)商和服務(wù)商體系中，包含工業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)、3D數(shù)字化技術(shù)提供商、3D打印機(jī)及耗材提供商、3D打印設(shè)備經(jīng)銷商、3D打印服務(wù)商。市場平臺(tái)包含第三方檢測驗(yàn)證支持、金融支持、電子商務(wù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等支持。而目前國內(nèi)的3D打印企業(yè)還處于“單打獨(dú)斗”的初步發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)整合度較低，主導(dǎo)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)平臺(tái)尚未確立，技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用還處于無序狀態(tài)。

4.缺乏教育培訓(xùn)和社會(huì)推廣

目前，企業(yè)購置3D打印設(shè)備的數(shù)量非常有限，應(yīng)用范圍狹窄。在機(jī)械、材料、信息技術(shù)等工程學(xué)科的教學(xué)課程體系中，缺乏與3D打印相關(guān)的必修環(huán)節(jié)，3D打印停留在部分學(xué)生的課外興趣研究層面。

我國發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)的重要戰(zhàn)略意義

發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以在提升我國工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平的同時(shí)有助于攻克技術(shù)難關(guān)，并且易形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，促進(jìn)就業(yè)。

當(dāng)前，全球正在興起新一輪數(shù)字化制造浪潮。發(fā)達(dá)國家面對(duì)近年來制造業(yè)競爭力的下降，大力倡導(dǎo)“再工業(yè)化、再制造化”戰(zhàn)略，提出智能機(jī)器人、人工智能、3D打印是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)，并希望通過這三大數(shù)字化制造技術(shù)的突破，鞏固和提升制造業(yè)的主導(dǎo)權(quán)，加快3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動(dòng)我國由“工業(yè)大國”向“工業(yè)強(qiáng)國”的轉(zhuǎn)變。

1、發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以提升我國工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平，提高工業(yè)設(shè)計(jì)能力

傳統(tǒng)的工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)方法，往往是先開磨具，然后再做出樣品，而運(yùn)用3D打印技術(shù)，無需開磨具，可以把制造時(shí)間降低為以前的1/10到1/5，費(fèi)用降低到1/3以下。一些好的設(shè)計(jì)理念，無論其結(jié)構(gòu)和工藝多么復(fù)雜，均可利用3D打印技術(shù)，短時(shí)間內(nèi)制造出來，從而極大地促進(jìn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效克服我國工業(yè)設(shè)計(jì)能力薄弱的問題。

2、發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以生產(chǎn)出復(fù)雜、特殊、個(gè)性化產(chǎn)品，有助于攻克技術(shù)難關(guān)

3D打印可以為基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)的研究提供重要的技術(shù)支持。在航天、航空、大型武器等裝備制造業(yè)，零部件種類多、性能要求高，需要進(jìn)行反復(fù)測試。運(yùn)用3D打印，除了在研制速度上具有優(yōu)勢外，還可以直接加工出特殊、復(fù)雜的形狀，簡化裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，化解技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵性能的趕超。

3、發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以形成新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，促進(jìn)就業(yè)

隨著3D打印的普及，“大批量的個(gè)性化定制”將成為重要的生產(chǎn)模式。3D打印與現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的緊密結(jié)合，將衍生出新的細(xì)分產(chǎn)業(yè)、新的商業(yè)模式，創(chuàng)造出新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。

如自主創(chuàng)業(yè)者可以通過購置或者租賃低成本的3D打印設(shè)備 (一些3D打印設(shè)備已低于1萬元)，利用電子商務(wù)等平臺(tái)提供服務(wù)，為大量消費(fèi)者定制生活用品、文體器具、工藝裝飾品等各類中小產(chǎn)品，激發(fā)個(gè)性化需求，形成一個(gè)數(shù)百億甚至數(shù)千億元規(guī)模的文化創(chuàng)意制造產(chǎn)業(yè)，并增加社會(huì)就業(yè)。

支持我國3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策建議

采取財(cái)稅金融政策上積極支持、積極引導(dǎo)建立行業(yè)協(xié)會(huì)，鼓勵(lì)研發(fā)，加強(qiáng)教育培訓(xùn)等措施，進(jìn)一步促進(jìn)3D打印社會(huì)化推廣。

1、制定數(shù)字化制造規(guī)劃，促進(jìn)3D產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)展

建議將3D打印技術(shù)定位為生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)、文化創(chuàng)意、工業(yè)設(shè)計(jì)、先進(jìn)制造、電子商務(wù)及制造業(yè)信息化工程的關(guān)鍵技術(shù)和共性技術(shù)，將該產(chǎn)業(yè)納入優(yōu)先發(fā)展產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品目錄。在財(cái)稅金融政策上，鼓勵(lì)企業(yè)投資、研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用3D打印，支持3D打印設(shè)備的進(jìn)出口。

2、加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、行業(yè)協(xié)會(huì)建設(shè)，推動(dòng)3D產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展

積極引導(dǎo)工業(yè)設(shè)計(jì)企業(yè)、3D數(shù)字化技術(shù)提供商、3D打印機(jī)及材料研發(fā)企業(yè)和機(jī)構(gòu)、3D打印服務(wù)應(yīng)用提供商組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，利用有關(guān)學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)的平臺(tái)加強(qiáng)研討和交流，共同推動(dòng)3D打印技術(shù)研發(fā)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定。促進(jìn)3D打印技術(shù)發(fā)展的市場平臺(tái)建設(shè)，包括3D打印電子商務(wù)平臺(tái)、3D打印數(shù)據(jù)安全和產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制、3D打印及周邊項(xiàng)目投融資機(jī)制等，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3、加大科技扶持力度，提升3D打印技術(shù)水平

設(shè)立專項(xiàng)基金，重點(diǎn)推進(jìn)數(shù)字化技術(shù)、軟件控制、打印裝置、材料技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。在研發(fā)扶持中，要注意建立公平、公正的研發(fā)績效評(píng)估體系，鼓勵(lì)各研發(fā)主體探索不同的技術(shù)路徑。加強(qiáng)對(duì)3D打印產(chǎn)學(xué)研合作的支持，特別對(duì)實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)在市場銷售、社會(huì)推廣上給予政策支持。

4、加強(qiáng)教育培訓(xùn)，促進(jìn)3D打印社會(huì)化推廣

將3D打印技術(shù)納入相關(guān)學(xué)科建設(shè)體系，培養(yǎng)3D打印技術(shù)人才。依靠行業(yè)協(xié)會(huì)、博覽會(huì)、論壇等組織形式進(jìn)行3D打印技術(shù)和周邊應(yīng)用的培訓(xùn)。在科技館、文化藝術(shù)中心、青少年活動(dòng)中心等公共機(jī)構(gòu)進(jìn)行3D打印技術(shù)的展示、宣傳和推廣。發(fā)展3D打印服務(wù)中心，推廣3D打印技術(shù)應(yīng)用，為發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)積累應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。