3D打印技術將被推向更層面的制造領域

根據(jù)報告調(diào)查結(jié)果，全球3D打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988～2010年間保持著26.2%的年均增長速度。預期3D打印產(chǎn)業(yè)未來仍將持續(xù)較快地增長，到2016年，包含設備制造和服務在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達到31億美元，2020年將達到52億美元。

從中長期看來3D打印產(chǎn)業(yè)具有較為廣闊的發(fā)展前景，但目前產(chǎn)業(yè)距離成熟階段尚有較大距離，對于3D打印市場規(guī)模的短期發(fā)展不宜過分高估。因此，現(xiàn)階段產(chǎn)業(yè)界對3D打印領域的投入應以加強創(chuàng)新研發(fā)、技術引進和儲備為主，尤其要重視自主知識產(chǎn)權的建設和維護，爭取在未來的市場競爭中占據(jù)有利地位。如受到概念炒作影響，在技術尚未充分完善的現(xiàn)階段大規(guī)模投入產(chǎn)能擴張，則投資回報將面臨著較大的風險。

3D打印技術目前正在進入概念炒作的高峰階段，其技術還有待充分成熟，主流市場也有待進一步培育。3D打印技術成熟到適應市場需求還將需要5～10年的時間。在這一較為漫長的發(fā)展過程中，產(chǎn)業(yè)可能會面臨增長期望落空、技術遭遇瓶頸以及投資撤離等風險。

目前仍面臨著多方面的瓶頸和挑戰(zhàn)：一是成本方面，現(xiàn)有3D打印機造價仍普遍較為昂貴，給其進一步普及應用帶來了困難。二是打印材料方面，目前3D打印的成型材料多采用化學聚合物，選擇的局限性較大，成型品的物理特性較差，而且安全方面也存在一定隱患。三是精度、速度和效率方面，目前3D打印成品的精度還不盡人意，打印效率還遠不適應大規(guī)模生產(chǎn)的需求，而且受打印機工作原理的限制，打印精度與速度之間存在嚴重沖突。四是產(chǎn)業(yè)環(huán)境方面，3D打印技術的普及將使產(chǎn)品更容易被復制和擴散，制造業(yè)面對的盜版風險大增，現(xiàn)有知識產(chǎn)權保護機制難以適應產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的需求。

3D打印產(chǎn)婁目前面臨主要問題

當前3D打印發(fā)展尚不成熟，人們要對其有清晰的認識。中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院副院長楊拴昌在新工業(yè)革命與增材制造國際研討會上表示，3D打印目前主要面臨四個方面的問題。

一是設計工具需進一步優(yōu)化。3D打印要求開發(fā)和廣泛運用計算機輔助設計(CAD)工具。對于功能部件制造，需要新的工具來優(yōu)化形狀和材料性能，以最大化地減少材料使用和重量。對于非專業(yè)人員，需要開發(fā)出易于操作的設計工具，來進行產(chǎn)品設計。

二是可用材料需持續(xù)拓寬。目前的可用原料還不多，正逐步從樹脂、塑料擴展到陶瓷、金屬，乃至最新的金、銀以及強度極高的鈦和不銹鋼等材料。未來，仍然需要開發(fā)更多的材料，并深入研究材料的加工-結(jié)構-屬性之間關系，明確材料的優(yōu)點和局限性，為材料提供規(guī)范性標準。

三是生產(chǎn)過程需要加強工藝控制。為提高連貫性、重復性和統(tǒng)一性，需要建立裝備認證標準，并對生產(chǎn)過程進行內(nèi)部監(jiān)控和閉環(huán)反饋，如通過傳感器提供無損性評估與早期缺陷檢測，通過流程控制減少設備故障。為更好了解、預測材料性能和零部件功能特性，需要建立預測性模型，使設計師、工程師和用戶能夠估計零部件的功能特性，并通過調(diào)整設計達到預期效果。

四是產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要加強必要的監(jiān)管。如利用3D打印，犯罪分子能夠下載槍支設計軟件，私下制作槍支，而且槍支很容易隱藏，可以躲過金屬探測器。又如，3D打印的汽車方向盤如果在交通事故中失效，將很難確定事故中的責任方，失效可能是由于設計不足、制造不當、材料甚至是安裝所引起的。此外，如果將3D打印技術用于生產(chǎn)人體的腎臟等器官、嬰兒模型等，還將涉及到社會道德和倫理問題。

3D打印暫時還不可能替代傳統(tǒng)的制造技術，只是一個補充，目前市場空間依然有限。3D打印發(fā)展初期要靠國家相關部門來統(tǒng)籌布局、合理安排，不能一哄而上，在有技術、人才資源、市場基礎的地方先行先試，根據(jù)效果進行推廣。如在航空航天、汽車制造、生物醫(yī)療等領域開展一些示范，在示范的過程中制定相關行業(yè)標準，積累發(fā)展經(jīng)驗。

3D打印技術未來發(fā)展的主要趨勢

近年來，國內(nèi)如深圳維示泰克、南京紫金立德、北京殷華、江蘇敦超等企業(yè)已實現(xiàn)了3D打印機的整機生產(chǎn)和銷售，這些企業(yè)共同的特點是由海外歸國團隊建立，規(guī)模較小，產(chǎn)品技術與國外廠商同類產(chǎn)品相比尚處于低端。目前，國產(chǎn)3D打印機在打印精度、打印速度、打印尺寸和軟件支持等方面還難以滿足商用的需求，技術水平有待進一步提升。在服務領域，我國東部發(fā)達城市已普遍有企業(yè)應用進口3D打印設備開展了商業(yè)化的快速成型服務，其服務范圍涉及到模具制作、樣品制作、輔助設計、文物復原等多個領域。與內(nèi)地相比，我國港臺地區(qū)3D打印技術引入起步較早，應用更為廣泛，但港臺主要著重于技術應用，而非自主研發(fā)。

隨著智能制造的進一步發(fā)展成熟，新的信息技術、控制技術、材料技術等不斷被廣泛應用到制造領域，3D打印技術也將被推向更高的層面。未來，3D打印技術的發(fā)展將體現(xiàn)出精密化、智能化、通用化以及便捷化等主要趨勢。

提升3D打印的速度、效率和精度，開拓并行打印、連續(xù)打印、大件打印、多材料打印的工藝方法，提高成品的表面質(zhì)量、力學和物理性能，以實現(xiàn)直接面向產(chǎn)品的制造；開發(fā)更為多樣的3D打印材料，如智能材料、功能梯度材料、納米材料、非均質(zhì)材料及復合材料等，特別是金屬材料直接成型技術有可能成為今后研究與應用的又一個熱點；3D打印機的體積小型化、桌面化，成本更低廉，操作更簡便，更加適應分布化生產(chǎn)、設計與制造一體化的需求以及家庭日常應用的需求；軟件集成化，實現(xiàn)CAD/CAPP/RP的一體化，使設計軟件和生產(chǎn)控制軟件能夠無縫對接，實現(xiàn)設計者直接聯(lián)網(wǎng)控制的遠程在線制造；拓展3D打印技術在生物醫(yī)學、建筑、車輛、服裝等更多行業(yè)領域的創(chuàng)造性應用。