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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(guó)家為應(yīng)對(duì)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的下降，大力倡導(dǎo)“再工業(yè)化、再制造化”，抓手就是3D打印等先進(jìn)制造技術(shù)。3D打印為代表的先進(jìn)制造成為各國(guó)政府搶占的戰(zhàn)略高地。
3D打印技術(shù)從單純的技術(shù)創(chuàng)新成為顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)制造方式的新生力量。然而，從傳統(tǒng)的中心式生產(chǎn)到分散式生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，是更加深遠(yuǎn)的影響。
當(dāng)前，3D打印技術(shù)正處于發(fā)展的井噴期，3D打印的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可能影響到裝備和應(yīng)用兩個(gè)方面，對(duì)此我們應(yīng)該抓緊標(biāo)準(zhǔn)的研究，掌握話語(yǔ)權(quán)。
世界經(jīng)濟(jì)論壇創(chuàng)始人兼執(zhí)行主席克勞斯?施瓦布在其出版的《第四次工業(yè)革命》一書中稱，建立在數(shù)字革命基礎(chǔ)上的第四次工業(yè)革命已經(jīng)到來(lái)，這些技術(shù)正給我們的經(jīng)濟(jì)、商業(yè)、社會(huì)和個(gè)人帶來(lái)前所未有的改變，3D打印是這些技術(shù)中的典型代表。中國(guó)工程院院士、西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長(zhǎng)盧秉恒接受記者采訪時(shí)表示，3D打印技術(shù)是顛覆性的技術(shù)，近幾年發(fā)展迅速，它重構(gòu)了社會(huì)生產(chǎn)生活方式，我們將迎來(lái)它發(fā)展的井噴期。
顛覆性技術(shù)受追捧
6月16日，兩條新聞再次將3D打印推進(jìn)人們的視野。北京大學(xué)第三醫(yī)院成功實(shí)施世界首個(gè)3D打印人工椎體植入人體手術(shù)，人工椎體誕生并獲國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局注冊(cè)批準(zhǔn)；美國(guó)亞利桑那州的3D打印汽車公司Local Motors推出了一輛3D打印的自動(dòng)駕駛電動(dòng)公交車Olli，而且這輛車的一部分是可回收的。
3D打印又名增材制造，根據(jù)數(shù)字3D圖像或模型，一層一層地打印出實(shí)物，1986年由美國(guó)最早提出，已經(jīng)出現(xiàn)二十多年了。傳統(tǒng)的加工制造是在原材料基礎(chǔ)上，使用切削、磨削、腐蝕、熔融等辦法，不斷把沒用的削掉，進(jìn)而得到零部件，這叫“減法”；3D打印無(wú)須原胚和模具，它把材料一層一層摞上去，生產(chǎn)產(chǎn)品的機(jī)器就像打印機(jī)一樣，用疊加、層疊的辦法形成產(chǎn)品，這叫作“加法”。
幾十年前的技術(shù)為何在今天再度“發(fā)燒”呢？專家認(rèn)為，一方面，3D打印在高性能加工金屬大型關(guān)鍵構(gòu)件上取得突破，成為革命性技術(shù)；另一方面，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(guó)家為應(yīng)對(duì)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的下降，大力倡導(dǎo)“再工業(yè)化、再制造化”，抓手就是3D打印等先進(jìn)制造技術(shù)。3D打印為代表的先進(jìn)制造成為各國(guó)政府搶占的戰(zhàn)略高地。
3D打印是一項(xiàng)顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)，被美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)稱為20世紀(jì)最重要的制造技術(shù)創(chuàng)新。麥卡錫報(bào)告列出了對(duì)人類生活有顛覆性影響的12項(xiàng)技術(shù)，3D打印排在第九位，在新材料和頁(yè)巖氣之前。麥卡錫報(bào)告預(yù)測(cè)在2030年3D打印將在全世界達(dá)到1萬(wàn)億美元左右的效益。2015年麥卡錫報(bào)告又將這一進(jìn)程前移，認(rèn)為增材制造2020年可達(dá)到5500億美元的效益。
在盧秉恒看來(lái)，3D打印之所以被稱為顛覆性技術(shù)還在于它對(duì)人們的生產(chǎn)生活的影響。他認(rèn)為，3D打印改變?nèi)藗兊纳詈凸ぷ髂Ｊ?，人們以后可以不在商?chǎng)挑商品，可以自己設(shè)計(jì)自己需要的商品，把自己的需求發(fā)布到網(wǎng)上，很多創(chuàng)客進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后分包組織生產(chǎn)，再進(jìn)行物理配送。如此一來(lái)，它使社會(huì)生產(chǎn)模式發(fā)生了變化，給創(chuàng)新帶來(lái)更大的空間。
“人們不再受單位的約束，設(shè)計(jì)師可能就是自由職業(yè)者，這使得社會(huì)生產(chǎn)的組織模式、社會(huì)生活的模式發(fā)生很大變化。今天你可以設(shè)計(jì)飛機(jī)，明天可以設(shè)計(jì)時(shí)裝。個(gè)人的創(chuàng)新能力可以最大程度地得到發(fā)揮，形成一個(gè)真正創(chuàng)新型社會(huì)。”盧秉恒表示，隨著個(gè)性化消費(fèi)時(shí)代的到來(lái)，大批量的生產(chǎn)如果設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差，產(chǎn)銷不對(duì)路，就賣不出去造成浪費(fèi)?，F(xiàn)在海爾跟用戶一起設(shè)計(jì)，體現(xiàn)用戶需求，這個(gè)產(chǎn)品肯定是用戶需求的。個(gè)性化、定制化變成可能，是因?yàn)樾畔⒒峁┝藗€(gè)性化設(shè)計(jì)制造的平臺(tái)。盧秉恒說(shuō)，3D打印已經(jīng)成為創(chuàng)客最歡迎的工具之一。它可為可穿戴電子、家居用品、文化產(chǎn)業(yè)、服裝設(shè)計(jì)等行業(yè)提供個(gè)性化定制生產(chǎn)模式，有望引領(lǐng)生產(chǎn)從大批量制造走向個(gè)性化定制的第三次工業(yè)革命，有力促進(jìn)大眾創(chuàng)新，萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)。
《零邊際成本社會(huì)》作者杰里米?里夫金先生為我們描繪了3D打印的美好未來(lái)，它從單純的技術(shù)創(chuàng)新成為顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)制造方式的新生力量。然而，從傳統(tǒng)的中心式生產(chǎn)到分散式生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，是更加深遠(yuǎn)的影響。
打印引爆技術(shù)革命
盧秉恒表示，3D打印可以帶來(lái)很多顛覆性的變革，例如，在航空航天領(lǐng)域，可以使材料利用率由5％提升至90％以上，制造周期由數(shù)月壓縮為幾天；概念飛機(jī)的設(shè)計(jì)可以減輕質(zhì)量的60％；生產(chǎn)新能源汽車，可以把2萬(wàn)個(gè)零件集成為40個(gè)零件，6天打印完成且減重1/3。與規(guī)?；a(chǎn)的商品不同，3D打印產(chǎn)品可以很容易地進(jìn)行量身定制。目前這一技術(shù)已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、人類健康、消費(fèi)品等領(lǐng)域。
《第四次工業(yè)革命》一書認(rèn)為，在制造業(yè)方面，3D打印的引爆點(diǎn)是第一輛3D打印汽車的問世，該書的調(diào)查顯示，84%的受訪者認(rèn)為引爆點(diǎn)會(huì)在2025年之前出現(xiàn)。美國(guó)《財(cái)富》雜志最近報(bào)道了3D打印技術(shù)應(yīng)用于制造業(yè)的一個(gè)案例：通用電氣公司生產(chǎn)的leaP噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)不僅是該公司的明星產(chǎn)品，還即將配置完全由增材制造技術(shù)制造的燃油噴嘴。6月16日，美國(guó)亞利桑那州的3D打印汽車公司Local Motors推出了一輛3D打印的自動(dòng)駕駛電動(dòng)公交車Olli，而且這輛車的一部分是可回收的。
在人類健康領(lǐng)域，《第四次工業(yè)革命》稱，技術(shù)的引爆點(diǎn)是進(jìn)行首例3D打印肝臟的移植技術(shù)，調(diào)查顯示，76%的受訪者認(rèn)為引爆點(diǎn)會(huì)在此2025年之前出現(xiàn)。在未來(lái)，3D打印機(jī)不僅能夠打印物品，還能夠制造人體器官——這一過(guò)程被稱為“生物打印”。器官與普通物品的打印過(guò)程大致相同，只是對(duì)材料有特殊要求，例如制造骨骼需要鈦粉。3D打印在滿足顧客的定制化需求方面具有巨大潛力，而沒有什么比人體更加需要定制了。“未來(lái)，人們可以打印自己身體需要的‘零件’，哪里壞了換哪里?，F(xiàn)在有科技人員在研究運(yùn)用可降解材料，建造一個(gè)和人體需要的臟器差不多的支架，在其中附著上干細(xì)胞生長(zhǎng)因子，營(yíng)造出一個(gè)臟器生長(zhǎng)環(huán)境。等降解材料逐漸降解、生長(zhǎng)出細(xì)胞，從而打印出最終需要的器官。”盧秉恒表示。
2015年8月，南京市兒童醫(yī)院在全國(guó)率先將3D打印應(yīng)用于兒童先天性心臟病的治療過(guò)程——該院心外科專家使用3D打印技術(shù)，以1：1的比例打印出一個(gè)嬰兒的心臟模型，并將其應(yīng)用于手術(shù)中，成功地對(duì)一名出生僅3個(gè)月的復(fù)雜先心病嬰兒進(jìn)行了心臟修復(fù)。今年6月16日，北京大學(xué)第三醫(yī)院宣布成功實(shí)施世界首個(gè)3D打印人工椎體植入人體手術(shù)，人工椎體誕生并獲國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局注冊(cè)批準(zhǔn)。
在消費(fèi)品領(lǐng)域，《第四次工業(yè)革命》稱，3D打印的引爆點(diǎn)是3D打印的消費(fèi)品占到總量的5%，該書的調(diào)查顯示，81%的受訪者認(rèn)為引爆點(diǎn)會(huì)在2025年之前出現(xiàn)。只要擁有一臺(tái)3D打印設(shè)備，任何人都能輕松進(jìn)行3D打印。這一技術(shù)能使某些傳統(tǒng)消費(fèi)品根據(jù)需求進(jìn)行本地化打印，顧客就不必特意前往商店購(gòu)買。3D打印機(jī)有望成為辦公室甚至是家庭中必不可少的設(shè)備。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2014年，全球3D打印機(jī)的出貨量達(dá)到13.3萬(wàn)臺(tái)，比2013年增長(zhǎng)了68%。其中大多數(shù)打印機(jī)的售價(jià)不超過(guò)1萬(wàn)美元，該售價(jià)適用于實(shí)驗(yàn)室、學(xué)校和小型制造企業(yè)。
3D打印技術(shù)已經(jīng)成為各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略高地。美國(guó)奧巴馬政府斥資7000萬(wàn)美元建立國(guó)家增材制造創(chuàng)新研究院。新加坡政府在未來(lái)制造計(jì)劃方面投資5億美元，重點(diǎn)用于提高工人和工程師的技術(shù)水平以及建立一個(gè)新的3D打印行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
為應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，我國(guó)制定《中國(guó)制造2025》，堅(jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、智能轉(zhuǎn)型、強(qiáng)化基礎(chǔ)、綠色發(fā)展，加快從制造大國(guó)轉(zhuǎn)向制造強(qiáng)國(guó)。去年8月底，國(guó)務(wù)院總理李克強(qiáng)主持國(guó)務(wù)院專題講座，討論加快發(fā)展先進(jìn)制造與3D打印等問題。這是本屆政府首次舉辦專題講座，3D打印作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)，首次出現(xiàn)在本屆國(guó)務(wù)院的專題講座中。據(jù)記者了解，我國(guó)有關(guān)部門也對(duì)重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目增材制造立項(xiàng)，該項(xiàng)目計(jì)劃用三年的時(shí)間，投入20億元研發(fā)3D打印主流技術(shù)和主流裝備，并對(duì)重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域研發(fā)做出示范。
未來(lái)幾年3D打印將迎來(lái)井噴期
近年來(lái)，3D打印產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)。2015年全球增材制造和3D打印市場(chǎng)銷售額達(dá)51.65億美元，比2014年增長(zhǎng)了25.9%。根據(jù)預(yù)測(cè)，2016年全球總銷售額將增加至73億美元，2018年這個(gè)數(shù)字將是127億美元，到2020年市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到212億美元。
西南證券研究報(bào)告指出，國(guó)內(nèi)二級(jí)市場(chǎng)對(duì)于3D打印仍處于主題投資為主的階段，設(shè)計(jì)材料類、設(shè)備類和應(yīng)用服務(wù)類個(gè)股整體受益。未來(lái)幾年中國(guó)3D打印市場(chǎng)仍將保持40%左右的增長(zhǎng)速度，到2018年有望突破200億元。面對(duì)百億級(jí)市場(chǎng)，珠海、青島、武漢、成都等城市也已經(jīng)開始興建3D打印產(chǎn)業(yè)園，并在資金、土地、配套政策上給予支持。
盧秉恒表示，我國(guó)3D打印研究工作做得不錯(cuò)，排在世界前列，3D打印專利的數(shù)量在世界上排名第二。3D打印在某些方面的研究處于全球領(lǐng)先地位，北京航空航天大學(xué)教授王華明打印出飛機(jī)起落架，現(xiàn)在已批量列裝。2001年，西安交大做個(gè)性化的下頜骨修復(fù)，直到2012年歐洲才做第一例。
盧秉恒同時(shí)指出，我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展距離美國(guó)仍有較大差距。比如沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈、工業(yè)環(huán)境不配套等等。此外，在一些核心技術(shù)和關(guān)鍵器件上，如3D打印機(jī)中的激光器，仍然對(duì)國(guó)外依賴較大。目前，我國(guó)3D打印的大部分應(yīng)用仍然集中在軍工領(lǐng)域的開發(fā)與模具制造上。而從設(shè)備數(shù)量上看，美國(guó)目前各種3D打印設(shè)備的數(shù)量占全世界40%，而中國(guó)只有8%左右。
未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展還面臨哪些瓶頸？盧秉恒表示，3D打印技術(shù)要突破的瓶頸第一個(gè)是產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模要上去首先要解決標(biāo)準(zhǔn)化的問題。沒有標(biāo)準(zhǔn)就沒法解決準(zhǔn)入的問題，無(wú)法準(zhǔn)入就沒辦法推廣應(yīng)用。“我們2001年突破頜面骨修復(fù)技術(shù)，成果早就很成熟，申報(bào)認(rèn)證有六七年了，由于缺乏國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，一直沒有批復(fù)下來(lái)，沒有標(biāo)準(zhǔn)就不能發(fā)證，就不能大規(guī)模應(yīng)用。用于航空也很難，也沒有標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法衡量是否符合適航標(biāo)準(zhǔn)，就不能大規(guī)模應(yīng)用。而這兩個(gè)行業(yè)應(yīng)用前景廣闊。”第二就是原創(chuàng)技術(shù)的問題，我們現(xiàn)在自己原創(chuàng)的不多，核心器件的開發(fā)不夠。3D打印還有很多創(chuàng)新的空間，所以我們應(yīng)該發(fā)揚(yáng)學(xué)科交叉去發(fā)展原創(chuàng)技術(shù)。
盧秉恒表示，當(dāng)前，3D打印技術(shù)正處于發(fā)展的井噴期，3D打印的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)可能影響到裝備和應(yīng)用兩個(gè)方面，對(duì)此我們應(yīng)該抓緊標(biāo)準(zhǔn)的研究，掌握話語(yǔ)權(quán)。在航空件和高端醫(yī)療器械方面，要積極研究面對(duì)3D打印個(gè)性化制造產(chǎn)品準(zhǔn)入的標(biāo)準(zhǔn)，以利于新技術(shù)的應(yīng)用。要加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，發(fā)展原創(chuàng)技術(shù)，在3D打印的新材料研發(fā)、顯著提升打印件的質(zhì)量和打印效率等方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新；建立創(chuàng)新體系，為企業(yè)提供核心技術(shù)和共性技術(shù)；攻克關(guān)鍵核心器件，打造產(chǎn)業(yè)鏈；美國(guó)的微軟、蘋果和亞馬遜都加入了3D打印的行業(yè)，我們要助推我國(guó)的3D打印企業(yè)做大做強(qiáng)，形成若干個(gè)具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)規(guī)模的企業(yè)。
