3D打印為何會成為一股強大科技力量

20世紀80年代后期，3D打印機的橫空出世，開啟了增材制造新時代。近年來，借著新一輪科技革命和產業(yè)變革的東風，3D打印步入快速發(fā)展期。世界各國紛紛將其作為未來產業(yè)發(fā)展新的增長點加以培育，如2012年美國將“增材制造技術”確定為首個制造業(yè)創(chuàng)新中心（后更名為“美國制造”），歐盟、日本、韓國、新加坡、俄羅斯、南非、印度等國也通過各種措施推進3D打印產業(yè)發(fā)展。

我國的3D打印技術與世界先進水平基本同步，但產業(yè)化仍處于起步階段。未來，3D打印將朝著速度更快、精度更高、性能更優(yōu)、質量更可靠的方向發(fā)展，成為一股強大的科技力量。

趨勢一：桌面級市場已陷入“紅?！?掘金工業(yè)級正當時

近幾年，桌面3D打印機“叫好又叫座”，銷量呈現大幅增長，而工業(yè)級3D打印機則略顯慘淡。根據大數據公司CONTEXT的數據，2015年全球桌面3D打印機銷量增長了33％，工業(yè)級3D打印機則下降了9％；2016年上半年全球桌面3D打印機同比增加15％，工業(yè)級3D打印機卻減少15％。桌面3D打印機門檻低、設計簡單，是企業(yè)進軍3D打印領域的較好入口。但經過多年的發(fā)展，桌面級市場競爭已近“白熱化”，加之利潤小、精度低、實用性不佳，天花板效應明顯。

而工業(yè)級市場契合了智能制造的理念，可廣泛運用于汽車、航空航天、機械工業(yè)、醫(yī)療等市場需求大、發(fā)展?jié)摿Υ蟮念I域，隨著技術的逐漸成熟和成本的不斷降低，將會爆發(fā)出難以想象的巨大能量。

2015年底，全球3D打印巨頭3D Systems公司宣布停產消費級桌面3D打印機，轉向更賺錢的專業(yè)級和工業(yè)級市場；2016年初，國內3D打印技術大咖西通電子在珠海宣布全面進軍工業(yè)級3D打印領域。

趨勢二：金屬3D打印領域快速發(fā)展應用端空間漸打開

金屬3D打印被稱為“3D打印王冠上的明珠”，是門檻最高、前景最好、最前沿的技術之一。同樣來自CONTEXT發(fā)布的數據，2015年全球金屬3D打印機銷量增長了35％，2016年上半年同比增長17％，可以說是工業(yè)級3D打印領域逆勢上漲的一朵“奇葩”。在汽車制造、航空航天等高精尖領域，有些零部件形狀復雜、價格昂貴，傳統(tǒng)鍛鑄工藝生產不出來或損耗較大，而金屬3D打印則能快速制造出滿足要求、重量較輕的產品。

2015年11月，奧迪公司使用金屬3D打印技術按照1：2的比例制造出了Auto Union（奧迪前身）在1936年推出的C版賽車的所有金屬部件；2016年9月，GE斥資14億美元收購了瑞典Arcam公司和德國SLM Solutions集團兩大金屬3D打印巨頭，加快布局3D打印航空發(fā)動機零部件業(yè)務。此外，醫(yī)療器械、核電、造船等領域對金屬3D打印的需求也十分旺盛，應用端市場正逐漸打開。

趨勢三：3D打印產業(yè)化還需時日 “增”“減”制造長期共存

3D打印采用增材制造技術，是對以“減材制造”“等材制造”為基礎的傳統(tǒng)制造業(yè)的創(chuàng)新與挑戰(zhàn)，但并不是非此即彼的關系，而是并存互補的關系。

從歷史看，傳統(tǒng)制造業(yè)經過了幾千年的積累和發(fā)展，技術、工藝、材料等已經非常成熟，而3D打印則是一個新生事物，只有30多年的發(fā)展歷程，在速度、精度、強度等方面還有諸多限制。

從現狀看，當前3D打印市場份額十分有限，專業(yè)咨詢機構Wohlers Associates發(fā)布的數據顯示，2015年全球3D打印市場規(guī)模為51．65億美元，至2020年將達到212億美元，而這與數十萬億美元的制造業(yè)市場相比，還微乎其微。

相比傳統(tǒng)制造，3D打印研發(fā)周期更短、用料更省，在小批量、個性化定制等方面優(yōu)勢明顯，但在大規(guī)模生產方面存在著許多不足之處。增材制造雖然不能完全替代減材制造、等材制造，但作為傳統(tǒng)制造技術的有益補充，3D打印將極大地推動制造業(yè)的轉型升級。

趨勢四：產品生產方式加速變革 “整”“分”制造攜手共進

3D打印是“工業(yè)4．0”時代最具發(fā)展前景的先進制造技術之一，它從兩個方面改變了產品的生產方式：一方面，傳統(tǒng)制造業(yè)以“全球采購、分工協作”為主要特征，產品的不同部件往往在不同的地方進行生產，再運到同一地方進行組裝。而3D打印則是“整體制造、一次成型”，省去了物流環(huán)節(jié)，節(jié)約了時間和成本。

另一方面，傳統(tǒng)制造業(yè)以生產線為核心、以工廠為主要載體，生產設備高度集中。而3D打印則體現了以大數據、云計算、物聯網、移動互聯網為代表的新一代信息技術與制造業(yè)的融合，生產設備分散在各地，實現了分布式制造，從而省去了倉儲環(huán)節(jié)。

“整體制造”和“分布式制造”在字義上看似矛盾，在3D打印技術上則實現了統(tǒng)一，前者強調生產過程，后者強調生產行為，共同推動著產品生產方式的變革。

趨勢五：成型尺寸向兩邊延伸 “大”“小”產品顛覆想象

隨著3D打印應用領域的擴展，產品成型尺寸正走向兩個極端：一方面往“大”處跨，從小飾品、鞋子、家具到建筑，尺寸不斷被刷新，特別是汽車制造、航空航天等領域對大尺寸精密構件的需求較大，如2016年珠海航展上西安鉑力特公司展示的一款3D打印航空發(fā)動機中空葉片，總高度達933毫米。

另一方面向“小”處走，可達到微米納米水平，在強度硬度不變的情況下，大大減輕產品的體積和重量，如哈佛大學和伊利諾伊大學的研究員3D打印出比沙粒還小的納米級鋰電池，其能夠提供的能量卻不少于一塊普通的手機電池。未來，3D打印的成型尺寸將不斷延伸，從大的不可思議到小的瞠目結舌，“只有想不到的，沒有做不到的”。

趨勢六：材料瓶頸待攻克 “質”“量”趨升“價”趨降

“巧婦難為無米之炊”。3D打印材料是3D打印技術發(fā)展不可或缺的物質基礎，也是當前制約3D打印產業(yè)化的關鍵因素。近年來，隨著3D打印需求的增加，3D打印材料種類得到了迅速拓展，主要包括高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料等三大類。但與傳統(tǒng)材料相比，3D打印材料種類依然偏少。

以金屬3D打印為例，可用材料僅有不銹鋼、鈦合金、鋁合金等為數不多的幾種。另外，3D打印對材料的形態(tài)也有著嚴格的要求，一般為粉末狀、絲狀、液體狀等，相比普通材料價格比較昂貴，根本無法滿足個人與工業(yè)化生產的需要。足夠多“買得起”的材料才能為技術的發(fā)展提供足夠多的選擇空間、為應用的擴展提供足夠多的想象空間。

未來，3D打印材料將成為研究開發(fā)的焦點、資本涌入的風口，材料種類、形態(tài)將得到進一步拓展，價格下降可期，精度、強度、穩(wěn)定性、安全性也更加有保障。

趨勢七：“黑科技”闖進醫(yī)療界手術可“排練”、治療更精準

3D打印的“個性化定制”與醫(yī)療行業(yè)的“對癥下藥”有著天然的契合性，二者的結合主要體現在四個方面：一是術前演練，利用3D打印技術還原出病患部位模型，讓醫(yī)生更直觀地了解病理結構，增加了手術的成功率；二是醫(yī)療器械，包括助聽器、護具、假肢等外部設備以及關節(jié)、軟骨、支架等內植物；三是“量身”制藥，根據患者的生理特點、具體需要調配藥物，提高了藥物的有效性；四是生物打印，用人造血管、心臟、神經、皮膚等來修復、替代和重建病損組織和器官。盡管3D打印在醫(yī)療領域的應用還面臨著材料、成本、精度、標準等制約，市場規(guī)模也較小，但考慮到醫(yī)療領域巨大的需求潛力與極小的需求彈性，3D打印在醫(yī)療領域的應用將不斷擴展，在實施更為精準的診療方案、提供更為充足的移植器官等方面大顯身手。

趨勢八：3D打印牽手云制造有商業(yè)影響力的平臺不斷涌現

全球已經進入了高度的信息化時代，互聯網作為信息化的重要工具正在重新定義各行各業(yè)。3D打印設備尚未普及，技術使用也不“傻瓜”，沒有設備、沒有技術的普通人該怎樣實現自己的設計想法呢。

成立于2008年的Shapeways公司搭建了一個基于互聯網的3D打印平臺，擔當起服務供應商和需求用戶之間的“紅娘”，解決了用戶的這個“痛點”。如今，MakeXYZ、3DLt、3DHubs、先臨三維、光韻達、魔猴網等也做著類似的事情，南京壹千零壹號自動化科技公司的“1001號云制造平臺”還入選2016年中國“互聯網＋”在工業(yè)應用領域十大新銳案例之首。

“互聯網＋3D打印”開拓了一種全新的商業(yè)模式——“云打印”，并將共享經濟的思維引進來，閑置的3D打印機得到了有效使用，客戶也能選擇稱心如意的設備和供應商。

趨勢九：混合打印創(chuàng)造更多可能功能材質色彩也“混搭”

隨著3D打印技術的發(fā)展，人們對3D打印機的期望越來越高，早已不滿足于單一功能、單一材質、單一色彩等。未來，3D打印機可實現3D打印技術與傳統(tǒng)數控機床技術（或不同3D打印技術）的自由切換，實用性將變得更強；3D打印機的“口糧”更加豐富，金屬、塑料、橡膠等多種材料（或不同屬性的材料）的混合使用，將加工出結構更為復雜的產品；打印出的產品也會五彩繽紛。

如日本研發(fā)出的一款五軸混合3D打印機（由3D打印機與數控銑床混合而成），能夠在現有工業(yè)級5軸控制技術的基礎上連續(xù)進行擠出式3D打印和銑削作業(yè)；MIT研發(fā)的MultiFab 3D打印機能同時處理包括晶狀體、紡織物、光纖等10種材料；加拿大的ORD Solutions公司推出的一款3D打印機，可以使用五種不同顏色的線材打印出多彩作品。