3D打印引发制造业革命为时尚早
2013-06-14 10:41:01   来源：第一新闻网   评论：0 点击：

　　食品、衣服、手枪、汽车、飞机……越来越多的产品正被3D打印机“打”出来，一场制造业的风暴正在积聚。
　　
　　最近，首届世界3D打印技术产业大会在北京召开，600多位来自全球各地的3D打印行业人士，在中国大饭店一起探讨3D打印可能引发的“革命”。
　　
　　不过，即便人们对“一个非常振奋人心的3D时代”投入很多期望，这个新兴技术仍然面临许多有待解决的瓶颈和难题。那些断言，3D打印会彻底颠覆制造业的激情言论，也许需要冷静一下。
　　
　　“所有重要的科技都是短期内被高估，长期看被低估。”被称为“新工业革命”预言家的美国《连线》杂志前主编克里斯·安德森的话很有哲理。这意味着，长期而言3D打印“看上去很美”，可眼下却不能“吹得太高”。
　　
　　尤其对“中国制造”而言，即便在3D打印领域起步并不晚，在某些领域技术也不落后，可从整个3D打印产业链的构建上，需要用心“补课”的环节一点都不少。
　　
　　“万能制造机”？
　　
　　3D打印机似乎无所不能的制造能力，正不断撩拨着人们的神经。
　　
　　25岁的美国得州大学学生科迪·威尔森，最近开发了全球首款利用3D打印技术制造的左轮手枪，这成为3D打印技术最“炫”的成果。这款打印出来的手枪名为“解放者”，包括16个利用3D打印技术制造的部件，可以使用标准的手枪弹匣、并支持不同口径的子弹。
　　
　　虽然专家们正在为“打印武器”的社会伦理问题争论不休，而普通人却只顾着为这款能够躲过机场安检搜查的塑料“一次性”手枪感到惊奇。
　　
　　英国伦敦设计师阿拉德不那么“暴力”，这位时尚爱好者曾经打印过花瓶、灯具和珠宝，最近则成功地用3D打印机独有的选择性激光烧结(SLS)技术，“打”出了太阳镜，据称效果比一般太阳镜更“酷”。
　　
　　荷兰一名设计师更富有想象力，他准备把水泥、石头和沙子灌入3D打印机，将打印出来的“单片环状结构件”组合起来，盖成一栋占地1000平方米的别墅。
　　
　　美国一家名为“太空生产”的公司，在与美国宇航局合作，开展在零重力环境下的3D打印尝试。他们的目标是尝试让3D打印机在太空打印出更可口、保质期更长的太空食品以及其他太空用品，这将解决长期飞行的宇航员的后勤保障难题。
　　
　　在上海，一群“80后”开设了一家3D照相馆，可将顾客的全身外形数据扫描至电脑，再根据顾客的设想进行定制化设计，之后通过全彩3D打印机及精细的后期手工雕琢，为顾客制作出超出想象的“时光留影”。据称，为了保证效果到位，他们每天只接受10位顾客预约。
　　
　　湖南一家经营“3D激光打印机”的企业宣称，与模具制造等传统工艺相比，“3D打印机”制造同类产品可减重65%、节材90%，并能“打印”出设计者想要得到的任何外形复杂的零部件，可称为“万能制造机”。
　　
　　上个月，国内知名电商京东商城隆重推出了首款个人用3D打印机。这台奇妙的机器大小和一台烤箱差不多，可以打印最大不超过14立方厘米的物品，比如打印一个手机壳大约需要两小时。
　　
　　据称，这款3D打印机所配套ABS塑料售价为699元/件，如果要购买全套打印机，加上7种颜色的ABS塑料，总价19892元。京东商城表示，5月预售出了20多台。
　　
　　其实，在淘宝网上一些价格相对低廉的“组装版”3D打印机已经开始销售。一款价格为5200元的3D打印机在30天里售出90多件。据淘宝网统计，最近3D打印机的搜索指数上升了88.3%，与去年同期比，上升了数十倍。
　　
　　事实上，3D打印的工业用途更有想象空间。北京航空航天大学材料专家王华明教授表示，目前飞机上的钛合金部件用3D打印机制造，将会大大节省时间和材料费用。
　　
　　许多分析师认为，即便3D打印的高端应用目前还只是“实验室里的成功”，但长期看，中国大飞机和先进战斗机制造，都离不开3D打印技术。
　　
　　中航工业沈飞公司总经理袁立最近在一个高端制造业论坛上表示，航空制造业最大特点是“多品种、小批量”，许多零部件都需要单件定制，因此加工制造成本非常高，目前在飞机制造的流水线上“好多都是靠手工”。
　　
　　他认为，3D打印技术确实代表了制造业数字化、一体化、分布化、柔性化的大趋势，如果在制造精度、耐久性上达到标准，对航空制造业的改变将是巨大的。而眼下的问题，是“如何尽早走出实验室，形成批量制造能力”。
　　
　　3D打印需突破技术瓶颈
　　
　　资本市场对“新概念”总是很敏感。去年以来，3D打印技术被“热炒”，体现在股市上则是相关股票的暴涨。
　　
　　在美国，两家3D打印机制造巨头(分别为Stratasys和3DSystems)均在美国纳斯达克上市，2012年这两家公司股票都上涨2~3倍，而同期纳斯达克指数涨幅仅为13.63%。美国总统奥巴马公开宣布将投入5亿美元用于3D打印，确保美国制造业回流。这显然给3D概念股打了激素。
　　
　　在中国，行业研究人士不断发出乐观预期，助长了市场的热情。中国3D打印技术产业联盟秘书长罗军最近表示，未来三年时间是3D打印技术非常关键的时期，市场规模会在现有基础上翻一番。
　　
　　他预计，中国有潜力成为世界最大的3D打印市场，未来三年中国3D打印市场可能会从约10亿元人民币增长到100亿元。
　　
　　去年，工信部曾表示将加大对3D打印产业的支持力度。今年科技部公布的《国家高技术研究发展计划(863计划)以及国家科技支撑计划制造领域2014年度备选项目征集指南》中，3D打印产业首次入选。
　　
　　业内人士称，我国将在三年内正式启动至少10个3D打印创新中心，发展500家传统企业进入3D打印技术产业联盟。
　　
　　这些利好消息早就在股市“兑现”。比如，中航重机在投资了北航王华明教授的激光成型技术后，在A股被爆炒，去年底一度创下近3倍涨幅，远远超过同类股票。其他3D概念股也涨势喜人。
　　
　　不过，事实上3D打印的“颠覆之路”还很长。即便罗军对产业前景很看好，但他强调3D打印技术总体而言处于“起步阶段”，距离大规模应用还有一段时间。他认为，3D打印会不会完全取代传统制造业，到目前为止，“传统制造业所擅长的批量化规模化生产、精益化生产，恰恰是3D打印技术的短腿”。
　　
　　在首届世界3D打印技术产业大会上，中国工程院院士徐志磊指出，3D打印技术的大规模应用还面临很多挑战。比如，3D打印技术能否在精度上，达到传统机械加工零件需达到的微米级别，同时还要以同样高的效率生产出来？这是一个很大的挑战。
　　
　　他认为，3D打印的“材料瓶颈”，主要体现在高精度、高强度、能够长期应用、耐疲劳等工艺标准上，眼下的3D打印还达不到高端工业领域的要求。
　　
　　对于有些业内人士把3D打印技术提高到“引领新工业革命”的高度，中国3D打印技术产业联盟顾问、中科院宁波材料研究所研究员张文武表示，这需要更系统、更全面的认识。
　　
　　他强调，“新工业革命”的大前提必须包含新能源革命，而到目前为止3D打印只是制造业的新变化，并没有与一场新能源革命相联系。“如果不告别矿石燃料为基础的能源体系、经济体系，新工业革命就无从谈起，其他都是次要的”。
　　
　　在他看来，3D打印只是在智能制造领域打开了一扇门，使得网络化、分布式、个性化生产得以实现，摆脱了福特式大工业生产的千篇一律。但如果开启一场“新工业革命”，还要期待能源、信息和材料等几个方面新技术的大跨越与大融合。
　　
　　中国要整合3D打印产业链
　　
　　一项单个技术的推广，如果不能构建起一个上下游结合的产业链，它的影响就是有限的。
　　
　　在3D打印技术产业大会上，不少业内人士都在议论，中国自己的3D打印技术在原材料和工艺稳定性等诸多方面还面临着瓶颈，而且国内从事3D打印技术研发的科研机构和企业目前“小而零散，各自为战”，3D打印的产业化还需一个漫长过程。
　　
　　从全球范围看，中国的3D打印技术研发起步并不晚，目前在单项技术领域，甚至一点都不比美国等国差。比如，在航空工业的钛合金激光打印技术上，王华明教授领导的团队在研发上就走在世界前列。
　　
　　差距在哪里？中国工程院院士、西安交通大学机械学院院长卢秉恒认为，美国企业介入3D打印技术较多，研发实力较强，而中国当时只是几所大学在搞研发，没有创新力和产业链，技术研发集中在设备上，材料和软件没配套，各家都是“单打独斗”。
　　
　　另外，政府的支持力度也不够。在上世纪90年代中期，中国政府对3D打印技术大概支持了两三千万元，后来资金支持就断了，在3D打印技术上的投入很少，直到2012年才又重视起来。
　　
　　有业内人士打趣，“是奥巴马给中国官员上了一堂课，奥巴马政府说要占领制造业的高端，要轮到中国人为自己的制造业感到担忧了。”
　　
　　2012年，美国政府正式宣布建立国家增材制造创新机构，推动3D打印技术向国家主流制造技术发展。随后2012年12月，中国工信部副部长苏波表态将推动3D打印产业化。
　　
　　中科院教授柳卸林认为，美国的新技术研发主要是市场驱动，而且他们的战略规划很有眼光，具有“概念领导力”，像3D打印、智慧地球、云教育等等，通过一项新技术的推广和传播，能够带动整个产业链的变化与发展。相对而言，中国的产业规划缺乏这种大视野。
　　
　　“中国的科研立项，还停留在照搬和模仿阶段，没有敌人或没有对手，我们就不敢去干，美国欧洲没立项，我们就不能去研发。”他说，“事实上，真正的创新要去发掘未知的未来，去探寻看不见的东西，这最需要的是观念创新。”
　　
　　从完整产业链看，3D打印技术至少包括上游的设计、材料和下游的制造、营销等环节，国内制造商在制造环节也许并不落后，但在上游的软件开发、设计研发以及市场营销等方面，则缺乏“整体化配合”。
　　
　　同时，3D打印的市场本来就有民用和工业用两大板块，差异性极大。比如，从材料和规格看，打印塑料制品的打印机只需几千元，例如西安交通大学推出的一款家用打印机售价仅为6800元；打印树脂制品的设备价格在40万到200万元；打印金属制品的设备价格在350万到1500万元。
　　
　　“我们需要创新科研机制的支撑。现在几所院校都在各自领域研发自己的东西，设备要自己设计，软件要自己开发，材料要自己去弄，工艺要自己研究，都很费劲，发展很慢。”卢秉恒院士强调，我国的3D打印研发机构应该各有分工，互助互补。
　　
　　国务院发展研究中心产业经济部王忠宏等学者，系统调研了国内3D打印产业的现状后提出，3D打印产业的发展需要完善的供应商和服务商体系及市场平台。
　　
　　在供应商和服务商体系中，包含工业设计机构、3D数字化技术提供商、3D打印机及耗材提供商、3D打印设备经销商、3D打印服务商；市场平台包含第三方检测验证支持、金融支持、电子商务、知识产权保护等支持。
　　
　　“而目前国内的3D打印企业的产业整合度较低，主导的技术标准、开发平台尚未确立，技术研发和推广应用还处于无序状态”。
　　
　　他们还认为，3D打印技术更需要教育培训和社会推广。目前，中国多数制造企业尚未接受“数字化设计”、“批量个性化生产”等先进制造理念，对3D打印这一新兴技术的战略意义认识不足。一般企业购置3D打印设备的数量非常有限，应用范围狭窄。
　　
　　此外，在机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中，缺乏与3D打印技术相关的必修环节，还停留在部分学生的课外兴趣研究层面。