3D打印對中國的影響：僅憑熱情是不夠的

　　3D打印技術(shù)并非新事物。它早就與其他工序相結合，用來(lái)生產(chǎn)電子產(chǎn)品的電路板。如今，這項技術(shù)得到了迅速改進(jìn)，能夠打印出多種多樣的物體，從簡(jiǎn)單的工具和玩具，到更加復雜的產(chǎn)品，比如飛機儀表板、人工頜骨、自行車(chē)等等。每年，美國都會(huì )打印出數百萬(wàn)個(gè)助聽(tīng)器。2011年，世界上第一輛3D打印汽車(chē)誕生了。最近，南加州大學(xué)(我工作的地方)工程學(xué)教授比洛克·霍什內維斯(BehrokhKhoshnevis)展示了他設計的、用巨型3D打印機建造房子的方法。據估計，該方法可以在不到20個(gè)小時(shí)的時(shí)間里，打印出面積為2，500平方英尺的房子，并且擁有完整的線(xiàn)路和衛生系統，成本也低于傳統的建造方法。

　　顛覆“規模經(jīng)濟”

　　這種新的制造方法具有革命意義，將徹底改變20世紀的的傳統制造方法。傳統的制造方法是基于規模經(jīng)濟的簡(jiǎn)單觀(guān)念，也就是擴大工廠(chǎng)規模，并且只生產(chǎn)同一種產(chǎn)品，從而提高生產(chǎn)效率。這種方法最初誕生于亨利·福特(HenryFord)的汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)。一百年后的今天，富士康的20多萬(wàn)工人也在做著(zhù)同樣的事情——他們在同一個(gè)地方生產(chǎn)iPhone。對于傳統的制造方法，人工成本是最重要的因素。所以，iPhones現在由富士康在中國生產(chǎn)，那里的人工成本大大低于美國。

　　3D打印技術(shù)推翻了規模經(jīng)濟的概念。相比把3D打印機四散放在不同的地方，將成千上萬(wàn)的3D打印機放在同一個(gè)地方并不能提高成本競爭力。未來(lái)的制造將是個(gè)非常分散的過(guò)程。3D打印機已經(jīng)變得非常便宜(個(gè)人3D打印機的價(jià)格不到1，000美元)，今后消費者甚至能夠在家里或商店附近打印他們的鞋子、玩具和廚具。他們可以從互聯(lián)網(wǎng)上下載產(chǎn)品設計，然后按照自己的喜好進(jìn)行修改，并改變產(chǎn)品大小來(lái)滿(mǎn)足自己的需求。未來(lái)的制造過(guò)程不再需要成千上萬(wàn)的工人在同一個(gè)地方做著(zhù)重復的工作。

　　制成品將“去全球化”，而各項專(zhuān)業(yè)服務(wù)將“全球化”

　　3D打印技術(shù)在制造業(yè)的廣泛使用將導致制成品的去全球化。在上個(gè)世紀，我們目睹了全球化進(jìn)程的出現，企業(yè)將生產(chǎn)地點(diǎn)分布在最具成本競爭力、遠離消費者的國家。在這個(gè)過(guò)程中，中國和其他發(fā)展中國家成為了制造中心，為美國等消費國生產(chǎn)產(chǎn)品。3D打印技術(shù)的使用將逆轉全球化進(jìn)程，使制造業(yè)務(wù)從中國或其他發(fā)展中國家回到產(chǎn)品消費國。

　　雖然添加制造技術(shù)可以使產(chǎn)品生產(chǎn)本地化，但包括工程、設計和知識產(chǎn)權保護在內的專(zhuān)業(yè)服務(wù)將會(huì )全球化。這將對國與國之間的收入再分配產(chǎn)生深遠影響。在添加制造技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位的美國無(wú)疑將在這個(gè)過(guò)程中成為最大的贏(yíng)家。美國公司不僅能夠在美國本地的打印商店里打印產(chǎn)品，還可以在中國為中國消費者打印美國設計的產(chǎn)品。這甚至能夠逆轉美國和中國之間的貿易差額。

　　以3D打印技術(shù)為典型代表的新型制造技術(shù)成為引領(lǐng)未來(lái)制造業(yè)變革的重要技術(shù)之一，該技術(shù)有可能從根本上改變生產(chǎn)組織方式。3D打印技術(shù)是通過(guò)計算機輔助設計技術(shù)完成一系列數字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機上，后者采用分層加工、疊加成形，即將連續的薄型層面堆棧起來(lái)，直到一個(gè)固態(tài)物體成型。其工作原理與普通打印機基本相同，與計算機連接后，通過(guò)計算機控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計算機上的藍圖變成實(shí)物。

　　新型制造技術(shù)的單個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)成本與大規模生產(chǎn)的單位產(chǎn)品成本的無(wú)差將顛覆傳統的規模經(jīng)濟理論。大規模產(chǎn)品生產(chǎn)優(yōu)勢的削弱使得中小企業(yè)甚至個(gè)體企業(yè)家變得更具有競爭力，并使集約式的生產(chǎn)模式向著(zhù)分布式生產(chǎn)的方向發(fā)展。此外，新型制造技術(shù)可以極大地釋放人的創(chuàng )造力和想象力，使創(chuàng )新經(jīng)濟商業(yè)模式成為可能。一臺筆記本計算機和一個(gè)3D打印機便可完成產(chǎn)品的制造，同時(shí)將導致勞動(dòng)力成本占總成本的比例會(huì )越來(lái)越小，新興國家的低勞動(dòng)力成本優(yōu)勢將急劇下降?？苛畠r(jià)勞動(dòng)力獲得大量就業(yè)崗位的新興國家，可能又要將這些崗位拱手讓給發(fā)達國家，并改變世界產(chǎn)業(yè)格局。

　　3D打印對中國的影響

　　據媒體報道，為加快推動(dòng)3D打印制造技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，工業(yè)和信息化部正在醞釀頂層設計和統籌規劃，準備制定支持3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的專(zhuān)項政策。

　　種種跡象表明，中國3D打印產(chǎn)業(yè)正迎來(lái)新一輪發(fā)展機遇。

　　3D打印技術(shù)誕生于上世紀80年代，其原理是以數字模型為基礎，運用粉末狀材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構建物品。2012年，旨在重振美國制造業(yè)的“制造業(yè)創(chuàng )新國家網(wǎng)絡(luò )”將3D打印作為首個(gè)發(fā)展方向，英國《經(jīng)濟學(xué)人》雜志也發(fā)表文章稱(chēng)，3D打印是第三次工業(yè)革命的重要標志，在多方力量共同推動(dòng)下，從前不溫不火的3D打印變得炙手可熱。

　　根據最新的報告顯示，2010~2012年，3D打印市場(chǎng)的復合年增長(cháng)率為27.4%，2012年市場(chǎng)規模為22.04億美元，約合135億元人民幣。

　　值得注意的是，3D打印技術(shù)在中國的起步并不晚。上世紀90年代，西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)和清華大學(xué)等高校就已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行3D打印領(lǐng)域的研究。截至今年5月，國內已經(jīng)有40多家從事3D打印技術(shù)的上下游企業(yè)和科研單位。

　　在過(guò)去30多年的發(fā)展過(guò)程中，3D打印技術(shù)已經(jīng)在航空航天、汽車(chē)、生物醫學(xué)等領(lǐng)域廣泛應用。我國也取得了一系列進(jìn)展。

　　1993年以來(lái)，中國工程院院士、快速制造國家工程研究中心主任盧秉恒率先在國內開(kāi)拓光固化快速成型制造系統研究，開(kāi)發(fā)出具有國際首創(chuàng )的紫外光快速成型機及有國際先進(jìn)水平的機、光、電一體化快速制造設備和專(zhuān)用材料。

　　北京航空航天大學(xué)教授王華明率領(lǐng)的團隊歷經(jīng)20年的研究，在國際上首次全面突破了鈦合金等難加工大型復雜整體關(guān)鍵構件激光成型工藝、成套裝備和應用關(guān)鍵技術(shù)。

　　中科院重慶綠色智能技術(shù)研究院3D打印技術(shù)中心開(kāi)發(fā)出液體光敏樹(shù)脂紫外固化技術(shù)，打印精度能夠達到微米良機。另外，該中心正在研發(fā)一項跨尺度高精度打印，將大面積的快速打印和局部的精細打印相結合，從而滿(mǎn)足客戶(hù)的特定需求。

　　雖然我國3D打印起步不算晚，也有了一定的進(jìn)展，但從目前發(fā)展情況來(lái)看，我國的3D打印技術(shù)還有多方面瓶頸待突破。

　　首先是設備問(wèn)題。目前，國內的3D打印設備和國外相比可靠性較弱，一些高端設備和關(guān)鍵部件在國產(chǎn)化方面也需進(jìn)一步努力。其次，國內3D打印技術(shù)還面臨著(zhù)材料的難題，一些材料的配比未能掌握，一些試驗需要的材料還需要從國外進(jìn)口。

　　此外，我國3D打印技術(shù)的市場(chǎng)也需要進(jìn)一步拓展。據報告顯示，2012年全球3D打印的市場(chǎng)規模為21億美元，而中國3D打印市場(chǎng)規模只有10億元人民幣。

　　要想抓住3D打印技術(shù)的發(fā)展契機，首先應該突破和掌握3D打印的核心技術(shù)，比如智能終端、掃描儀器等設備的精度、速度，掌握更為豐富的材料，如智能材料、功能材料、復合材料，及多種金屬材料直接成型，還要推進(jìn)3D打印設計軟件、工程軟件、制造軟件和控制系統的開(kāi)發(fā)應用。

　　這樣才能掌握3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈的自主權，避免淪為產(chǎn)業(yè)鏈低端，僅僅作為廉價(jià)勞動(dòng)和加工制造基地。

　　而要想實(shí)現上述技術(shù)的突破，我國3D打印產(chǎn)業(yè)需要加強資源整合，走抱團發(fā)展、集群發(fā)展之路。長(cháng)期以來(lái)，3D打印行業(yè)“小而散”，相互之間各自為政，設備、軟件、材料、工藝等都需要自己研究，沒(méi)有團結起來(lái)，不能形成一種合力。因此，3D打印需要創(chuàng )新科研機制的支撐，研發(fā)機構應該各有分工，相互補充。

　　2012年10月，中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立。該聯(lián)盟在南京等城市集中優(yōu)勢資源建設中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新中心，將從事3D打印技術(shù)研發(fā)的科研單位和企業(yè)整合起來(lái)，形成合力，通過(guò)行業(yè)抱團發(fā)展的模式逐步打開(kāi)市場(chǎng)。

　　今年8月，中國3D打印研究院在南京成立。該研究院將集成國內外研發(fā)力量，重點(diǎn)開(kāi)展醫療康復、航空制造、航天科技(000901，股吧)、汽車(chē)研發(fā)、生物制造等領(lǐng)域3D打印工藝、裝備、材料、應用等產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研發(fā)，逐漸實(shí)現技術(shù)轉化。

　　上述進(jìn)展說(shuō)明，我國3D打印正從以往的單打獨斗，轉而形成整體合力，這將有助于推動(dòng)我國3D打印行業(yè)資源整合、標準建立以及國際間的對話(huà)交流。

　　3D打印技術(shù)在文化創(chuàng )意、生物醫學(xué)和工業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛應用。而我們看到，在過(guò)去的30多年里，3D打印技術(shù)之所以未產(chǎn)生太大影響，一個(gè)很重要的原因，就是用戶(hù)和企業(yè)對3D打印技術(shù)缺乏足夠的信心，市場(chǎng)需求始終沒(méi)有起來(lái)。

　　與傳統制造的大規模、大批量的加工制造相比，3D打印在少批量、小尺寸、高精度、造型復雜的零部件元器件的加工制造方面更具優(yōu)勢。因此，3D打印可以與傳統產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢互補，融合發(fā)展，開(kāi)發(fā)出適合傳統制造業(yè)所需要的技術(shù)和產(chǎn)品，幫助傳統產(chǎn)制造業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，從而為傳統制造業(yè)的創(chuàng )新發(fā)展注入新的活力和動(dòng)力。

　　此外，發(fā)展3D打印這項新興技術(shù)，僅憑熱情是不夠的。目前，面對3D打印的廣闊前景，各地紛紛興建3D打印產(chǎn)業(yè)園，并出臺各項優(yōu)惠政策，面對這一現狀，我們應該進(jìn)行科學(xué)規劃布局，避免在發(fā)展初期一哄而上，形成惡性競爭，重蹈光伏行業(yè)的覆轍。

　　當前全球經(jīng)濟持續低迷，外需疲軟，內需不振，制造企業(yè)在新一輪經(jīng)濟起飛中扮演著(zhù)重要角色。牽住3D打印這個(gè)“牛鼻子”，使其在產(chǎn)業(yè)升級和結構調整中發(fā)揮作用，將為傳統制造業(yè)的發(fā)展帶來(lái)新的希望。

　　中國與西方最大差距在觀(guān)念而非技術(shù)

　　在中國和美國，很多3D打印技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)和工業(yè)研究都是在并行進(jìn)行的，特別是在生物化醫療領(lǐng)域。我覺(jué)得西方總的來(lái)說(shuō)主要是美國、歐洲，還有中歐以及其他歐洲國家已經(jīng)更快地采用了這個(gè)技術(shù)來(lái)進(jìn)行工業(yè)化的應用。所以，從這個(gè)角度來(lái)看，兩個(gè)國家的區別主要是在理解什么是可能的上面。但是在生產(chǎn)上，我覺(jué)得關(guān)鍵是這種技術(shù)會(huì )適用于哪些領(lǐng)域。如果你想把這樣的技術(shù)應用于大批量生產(chǎn)的話(huà)，那么你肯定會(huì )失敗的，因為這個(gè)領(lǐng)域在可預見(jiàn)的未來(lái)，3D打印產(chǎn)品非常小眾的，所以我覺(jué)得這是在3D打印機生產(chǎn)當中應該正視的問(wèn)題。

　　還有成本的問(wèn)題。使用3D打印的材料和機器，我們要做一個(gè)平衡的分析，必須要看它的成本效益，要具體情況具體分析，看一下這種技術(shù)是不是適合這個(gè)領(lǐng)域。美國和歐洲在這個(gè)方面做了很多工作。他們試圖去了解哪些地方適用3D打印技術(shù)，這種技術(shù)的缺陷在哪里，這種下游的運行都需要用來(lái)保證質(zhì)量的要求。所以，這些東西都不簡(jiǎn)單，只是簡(jiǎn)單地打印出一個(gè)產(chǎn)品很容易，但實(shí)際上要把它做成高質(zhì)量的零部件是需要花很多心思和功夫的，所以我覺(jué)得這是在西方和中國之間存在理解上的一個(gè)差異。

　　我認為既有我們自身的原因，也有外部的原因，自身的原因我認為是兩個(gè)方面。一方面，3D打印技術(shù)不是一個(gè)替代性很強的技術(shù)，它替代不了傳統的制造業(yè)。另一方面，是我們自身的原因。我們現在從事3D打印技術(shù)的基本上都是清一色的專(zhuān)家、大學(xué)教授和科研單位的專(zhuān)家。專(zhuān)家對市場(chǎng)駕馭能力的缺乏導致3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展總是不那么順利。既是專(zhuān)家、科學(xué)家，又是企業(yè)家的，全球成功的也沒(méi)有幾個(gè)。所以，推廣市場(chǎng)的應用這方面是我們的短板。