3D打印：传统制造业变革开端
岳章
12月10日下午，第六届亚洲制造业论坛年会会议茶歇，一群与会代表聚拢在会场外的一张桌子旁，围观由南京紫金立德电子有限公司总经理连宁带来的一台桌面级3D打印机。听说这台机器能在数小时内将塑料薄膜变成各种立体模具，围观者们争相询问关于此款机器的技术、售价等问题。
这个热闹的场面正折射出了3D打印在全球的火爆。
在这样的大背景下，本届制造业论坛年会也就3D打印技术进行了专题讨论。与外界的喧嚣不同，参与讨论的业内专业人士则表现得较为冷静理性：这项技术的确正在推动人类生产和生活方式变革，但这个过程显然并非那么“凶猛”而是“细微”和渐进式的，且其并不等于第三次工业革命，而只是其中的元素之一。
3D打印技术是一个舶来品，发端于上世纪80年代的美国，随后在世界各地开花结果。资料显示，在美国，3D打印技术已经初步产业化。目前全球有两家3D打印机制造巨头，分别为Stratasys和3D Systems，均在纳斯达克上市，2011年两家公司的营业收入分别为1.7亿美元和2.9亿美元。而另一家3D打印服务企业——Shapeways已拥有15万个会员及超过6000个用户，已为顾客打印过上百万件产品。
国内很多科研院校和企业也已迈出实质性步伐，并取得了显著的成绩。北京航空航天大学、华中科技大学更成为其中的翘楚。
据罗军介绍，北京航空航天大学在国际上首次全面突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术。
王华明表示，其所带领的团队运用上述相关激光直接制造技术制造出了C919大型客机机头工程样件研制所需的钛合金主风挡窗框。“大概用了不到55天，就做出来四个框，省时省钱。”
王华明指出，“高性能难加工的金属大型复杂构件激光直接制造技术是增材制造或者说3D打印的一个重要发展方向。其具有很多优势，比如不再需要模具。从这个意义上来说，它确实是一种数字化的带有变革性的短流程、低成本的数字化制造技术。”
除了北京航空航天大学，武汉滨湖机电技术产业公司、湖南华曙高科技有限责任公司、北京隆源自动成型系统有限公司也在工业级3D打印技术应用领域有所斩获。
与王华明团队采用激光直接制造大型金属构件不同。冯涛介绍说，隆源则是先“打印”沙模，之后通过灌注的方法生产出实体产品，主要应用于汽车、直升机发动机等新产品试制。
3D打印热潮
2011年2月，《经济学人》刊发题为《3D打印如何改变世界》的封面文章。文章描绘了这样的一个场景：“你在电脑上建立一个大致的3D模型，并对其形状和颜色进行必要的修正。然后你只需要轻轻一按‘打印’键，摆在附近的机器就会悄然开始工作，发出轻微的呼呼声，并一点点将你的模型打印出来。无论是往喷嘴里填充材料，还是使用胶合剂或激光来固定塑料/金属粉末薄层，都由机器自己来完成。”
上文所说的这项技术意即3D打印技术，俗称“三维打印技术”或 “快速制造技术”，是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机，采用分层加工、叠加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。
亚洲制造业协会首席执行官罗军亦表示，中国3D打印技术产业联盟之所以暂定名为“3D打印”而非“增材制造”，也是因为3D打印更加通俗易懂并已被人们熟识，而此名称的实际指向则是增材制造这种工艺模式。
罗军介绍说，3D打印分为桌面级和工业级两大类。其中，桌面级主要涉及一些大众消费品制造领域，外形样式如同南京紫金立德带来的这台3D打印机，摆放在桌面上大小接近于一台电脑，目前采用薄膜一类材料，主要用于工业设计领域。而工业级又细分为两个部分。一是原型制造；二是大型金属结构件直接制造。其在汽车、航空等工业领域已经初露锋芒。
在中国3D打印技术产业联盟理事长、北京航空航天大学教授王华明看来，3D打印实际上诞生已经近30年，最近之所以骤然变“热”，除了媒体的炒作之外，也与美国特别是奥巴马政府的重视有关。
今年3月9日，奥巴马宣布了重振美国制造业计划，准备在美国成立一个制造创新的网络。该网络主要由15个制造创新的研究院组成，每一个研究院主要致力于具有广阔应用价值的前沿新技术的研发、示范、人才培训等工作，并将这些新技术推向制造业实现应用，以提供就业机会，提升美国在制造业的全球竞争力和领导地位。
当日，奥巴马就责成美国国防部等五个联邦部门选择一种技术，先期成立了一个研究所，约在4月17日便选择了第一个技术——3D打印，后于8月16日成立了国家增材制造创新研究院。这是创新网络的第一个研究院，该研究院得到政府投资3000万美元，企业投资4500万美元，主要由联邦政府负责管理和组建，是一个产学研结合的机构。“这就是增材制造3D打印从5月份开始热起来的重要原因。”王华明表示。
不过，清华大学教授颜永年并不完全赞成这种观点。他认为，3D打印之所以“升温”，主因在于桌面级机器相应技术日渐成熟，其免维修性和可维护性不断提升且售价大幅下降，从而使其步入普及阶段。“达到像家庭的打印机、复印机这种量级了，自然就热起来了。”颜称。
无论怎样，3D打印确实已经火爆起来。就连著名科技杂志《连线》原主编安德森都坐不住了，毅然选择下海经商创立3D Robotics公司，从事与3D打印有关的业务。不仅如此，与3D打印概念相关的大族激光、中航重机等国内上市公司的股价也曾出现一波大涨。
市场前景与发展瓶颈并存
3D打印在工业品制造领域大显身手的同时，在医学领域亦有广泛应用空间。颜永年表示，3D打印可以用于生命体的制造，以完成医学所需要的各种器件和器官，可称之为“细胞3D打印”。
对此，王安琪称，利用3D打印技术打印骨头等人工假体，较之传统工艺有两大优势：“第一，它可以非常真实的根据病人的CT数据把骨头重建出来，其细微结构可以完全模仿骨骼的结构。第二，它可以通过细胞在材料表面附着机理的研究进行细胞表面工程化，从而控制表面空隙率、空隙流向、结构等等。”
此外，与会人士对桌面级3D打印技术的市场前景极为乐观。颜永年表示，“中国是人口大国，同时，当前全世界经济已经发展到相当水平，在此环境下，由于数字成型技术、数字建模技术普及，用3D打印做一些概念模型进行相关的培训、教育或者动漫艺术品、装饰品、首饰品，都有很大的市场潜力。”
有前景也有隐忧。除了相关技术亟待突破并不断成熟之外，材料供给成为最大的瓶颈。由于3D打印技术目前总体并不成熟，产业规模并不大，所以国内生产3D打印材料的企业极少，很多金属材料更是依赖进口。而在材料性能、数据积累上，全世界都属于非常匮乏的状态，且有关数据积累也大多集中在钛合金等贵金属材料上，这也在一定程度上推高了3D打印的成本，限制了该技术的普及。
对于材料掣肘，连宁似乎深有体会：“未来的发展重点就是要在应用材料上有比较大的突破，比如说能不能做出生物薄膜材料，这样的话，3D打印机应用前景更加宽广一些。”
催生第三次工业革命？
《经济学人》杂志则认为，3D打印技术将成为第三次工业革命到来的重要标志。到底什么才是推动工业变革的决定性力量？
连宁表示，3D打印技术不可能对现代制造业产生颠覆性的作用，但是3D打印技术一定会和互联网一样深入到人们生活工作的任何一个角落，也就是说它会在第三次工业革命中产生巨大的推动作用，但它并不能起到决定性作用。
对此，颜永年则从学术融合的角度指出，“不是单纯一个技术就能构成第三次工业革命，它必然是信息技术、材料技术、生命科学技术和制造技术的结合。所以，3D打印技术在这里的地位是不言而喻的，如果没有一个融合的过程，它的作用也发挥不了。”
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