3D打印衣服、鞋子、汉堡等已不是新鲜事了，据国外媒体报道，美国的一名患者成功接受一例具有开创性的手术，用3D打印头骨替代75%的自身头骨。2012年，3D打印成为科技界的热点。3D打印对于传统制造业的冲击日益激烈，作为制造业大国的中国将如何应对？中国将如何发展3D打印产业？

　　谁在吹响革新的号角？

　　美国3D打印设备巨头3DSystems(DDD.NYSE)的创始人，查尔斯·胡尔(CharlesW.Hull)比颜永年小1岁，他至今仍管理着公司，担任执行副主席一职，还是公司的首席技术官。1982年，在一家紫外线设备生产企业任职的胡尔，尝试把光学技术应用于快速成型领域。他将一种液态光敏树脂倒入大容器中，在容器里放置一个升降平台，容器上方的紫外激光器根据计算机指令照射液面，所到之处，材料会发生光聚合反应，迅速从液态转变为固态，当一层打印完成后，未被照射的地方仍保持液态，此时在液面以下0.05～0.15毫米的升降平台会下降一层，激光器开始打印第二层。这个过程不断重复，直到整个物件制造完毕。这项立体光刻(SLA)技术就是最早的3D打印。

　　胡尔于1986年申请了专利，并成立3D Systems公司。“30年前发明这项技术时，我们觉得这对制造业来说是一个机会。”胡尔的合伙人、3D Systems公司总裁亚伯拉罕·雷切特勒(Abraham Reichental)说，“现在，客户比我们还要积极，推动我们进行适用性研究。五年前，大部分客户购买设备用于设计；从两年前开始，有一半的客户用在了直接制造上。”

　　许多种“耗材”都适用于3D打印：沙子、人造橡胶、塑料、金属，甚至生物材料；3D打印的应用范围已经渗入生物医疗、航空、汽车、工业设计等多个行业，且仍在不断拓宽。“就连美国海军都购买了90台机器用于航空领域的研发。”雷切特勒说。

　　全世界的实验室里，正在实践一些更具雄心的想法：澳大利亚的研究人员加快了制造金属零件的速度，试制出打印汽车金属零部件的设备；意大利的一个研究团队正开发用于特种建筑的3D打印机，计划使用月球尘埃为材料，在月球上快速建造人类基地。

　　除了省去制造模具的成本以外，相比传统制造工艺，3D打印对材料的利用率也惊人。美国F-22猛禽战斗机大量使用钛合金结构件，如使用传统的整体锻造方法，最大的钛合金整体加强框材料利用率不到4.9％，使用3D打印利用率接近100％。

　　3D打印技术通过对金属材料的烧结或熔化，直接生成出金属零部件的发展趋势，让传统制造业感受到巨大压力。“如果在金属材料上得到广泛应用，3D打印就可能引领新一轮工业革命。”华中科技大学机械科学与工程学院教授张海鸥预测说。

　　3D打印专利如何分布?

　　专利申请是技术创新成果的主要衡量指标，专利文献中饱含着丰富的技术信息，据世界知识产权组织(WIPO)的统计，90%～95%的研发成果包含在专利文献中，截至2013年1月24日，全球增材制造相关专利数量达到2444个专利族（每个专利族包括同一基础专利在不同国家申请的所有专利），经从技术层面、区域格局、竞争机构等角度分析判断出以下趋势。

　　技术发展态势短期回稳：国际增材制造技术自上世纪80年代中后期开始稳定发展，在2004年之前以较快幅度攀升，之后便呈现出专利量基本稳定甚至略为减少的态势，相关专利的申请量和公开量分别在2007年（251个专利族）和2008年（219个专利族）达到波峰。目前正进入第三阶段技术成熟期，专利申请数量和申请人数量趋于稳定甚至有开始减少的趋势，产业进入壁垒提高。塑料成型是增材制造中发展最快、专利申请最为集中的技术领域，但近年开始出现回落。

　　美国彰显区域优势。增材制造的专利申请主要集中在美、日、德、中、韩五个国家，上述五国的专利申请量占全球增材制造专利申请总量的九成。其中，美国以近半的份额在增材制造技术专利上具有绝对优势。日本、德国尽管位居第二、第三位，但15%、14%的申请份额已较美国有了明显差距，中国、韩国则分别以7%、5%的份额位列全球第四、第五位。

　　企业成为创新主体。全球增材制造专利申请最多的前10家机构均为高科技研发与制造型企业，除专注于3D打印技术研发的3D Systems、美国Stratesys和德国EOS等领先者以外，还包括了材料、半导体、飞机制造等领域的跨国公司，说明增材制造正积极朝着产业化方向发展，市场前景明朗。虽然上述企业的专利数量很多，但在专利质量上的情况却非如此光鲜。来自美国的麻省理工学院和Zcorp公司的专利引证率分别为11.95和4.56，平均每篇专利的研究价值超过了上述排名前十位的企业。

　　3D打印有哪些趋势？

　　3D打印——按需定制、以相对低廉的成本制造产品一度被认为是科幻想象，而现在已经变成现实。在2013年，这种趋势将逐渐加速。

　　成为工业化力量

　　3D打印原先只能用于制造产品原型以及玩具，而现在它将成为工业化力量。你乘坐的飞机将使用3D打印制造的零部件，这些零部件能够让飞机变得更轻、更省油。事实上，一些3D打印的零部件已经被应用于飞机上。该技术也将被国防、汽车等工业应用于特种零部件的直接制造。总之，在你不知不觉的情况下，通过3D打印制造的飞机、汽车乃至家电的零部件数量将越来越多。

　　开始治病救人

　　通过3D打印制造的医疗植入物将提高你身边一些人的生活质量，因为3D打印产品可以根据确切体型匹配定制，如今这种技术已被应用于制造更好的钛质骨植入物、义肢以及矫正设备。打印制造软组织的实验已在进行当中，很快通过3D打印制造的血管和动脉就有可能应用于手术之中。目前，3D打印技术在医疗应用方面的研究涉及纳米医学、制药乃至器官打印。做最理想的情况是，3D打印技术在未来某一天有可能使定制药物成为现实，并缓解（如果不能消除的话）器官供体短缺的问题。

　　定制化成为常态

　　今后购买的产品将根据自己确切的具体信息进行定制，该产品通过3D打印制造并直接送到你的家门口。通过3D打印技术，创新公司将凭借与竞争对手的标准化产品相同的价格为用户提供定制化体验，以此获得竞争优势。起初，这种体验可能包括制造定制智能手机外壳这样的新奇物品或是为标准化工具进行符合人体工程学的改造，但它很快就会扩张到新的市场。公司领导者将对销售、分销以及营销渠道进行调整，以充分利用其直接向消费者提供定制化体验的能力。定制化同样也将在医疗器械领域发挥重要作用，比如通过3D打印制造助听器和义肢。

　　产品创新速度加快

　　从新车型到更好的家电，一切产品的设计速度都将加快，从而将创新更快地推向消费者。由于运用3D打印的快速原型制造技术能够缩短把产品概念转化为成熟产品设计的时间，设计人员将能够专注于产品的功能。虽然使用3D打印的快速原型制造技术并不是新鲜事物，但迅速降低的成本、功能得到改进的设计软件以及越来越多的打印材料意味着设计人员将能更方便地使用3D打印机，使他们能够在设计的早期阶段就打印出原型产品、进行修改以及重新打印等等，从而加速创新，其结果将是更好的产品以及更快的设计速度。

　　开发出创新的商业模式

　　你今后将有机会投资购买一家3D打印公司的IPO。新一代公司将作为发明家、黑客以及“制造者”大量涌现，利用3D打印技术创造新的产品，并向蓬勃发展的3D打印机市场提供服务。一些公司将走向失败，并有可能出现一个盛衰循环，但3D打印将催生出创造性的新商业模式。

　　3D打印店在购物商场开张

　　3D打印店将开始出现，它们最初会凭借高品质的3D打印技术为本地市场提供服务。一开始是快速原型制造以及其他利基功能，但这些打印店会转移到消费市场。零售商开始“运送设计，而不是产品”，在这种情况下，本地的3D打印店有一天将成为你获取自己定制的本地制造产品的地方，就像如今你在本地沃尔玛商场内冲印照片一样。

　　知识产权归属辩论激烈

　　3D打印机可以很容易地复制拥有版权的产品设计，随着制造商和设计者开始应对这种情况，未来将出现关于产品设计知识产权归属的高调诉讼案例。文件共享网站使音乐的复制和共享变得简单，从而撼动了整个音乐行业，与此类似，3D打印技术轻松复制、共享、修改以及打印3D产品的能力将引发新一波知识产权问题。

　　新产品让人们意乱情迷

　　跟如今制造的产品相比，那些只能通过3D打印机制造的新产品将融新材料、纳米尺度以及印刷电子器件于一体，从而展示出堪称神奇的新特性。这些通过3D打印制造的产品将令人喜爱，并具备明显的竞争优势。其秘诀在于，3D打印技术可以在制造过程中控制所用材料，精度可达分子和原子级别。随着目前对未来可行的商用3D打印机的研究不断完善，我们可以期待令人兴奋和向往的新产品携惊人的特性出现在世人面前。现在的问题是：这些产品都是什么以及谁将销售它们？

　　为制造工厂提供助力

　　我们有望在制造工厂里看到3D打印机。一些特殊的零部件已经由3D打印机更经济地生产出来了，但仅仅是在小规模范围内。对于3D打印技术，很多制造商将开始尝试原型制造以外的应用。随着3D打印机的性能不断提高以及制造商将其整合进生产线和供应链的经验变得更加丰富，我们有望看到集成了3D打印零部件的混合制造工艺。而消费者渴望的那些需要通过3D打印机制造的产品将进一步加速此进程。

　　“看我做出了什么东西！”

　　你孩子将从学校带回通过3D打印制造的物品。在学校，数字素养——包括网页和应用程序开发、使用电子设备、协作以及3D设计的能力——的培育将得到3D打印机的支持。很多中学和高中已经装备了3D打印机，随着3D打印技术的成本持续下降，更多的学校将会开始使用。数字素养将不仅关乎“字节”，还关乎实物。

　　中国的3D打印现状如何？

　　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，也促使各国政府开始重视3D打印。

　　虽然目前中国有关3D打印的战略规划尚未出台，我国的3D打印技术其实自上世纪90年代就已经开始了，在还未引起国家重视的时候就已经有所发展。目前，我国的3D打印已经取得了一批技术研究和产业化成果，部分成果甚至世界领先。清华大学、西安交通大学、北京航空航天大学、西北工业大学等高校都投入了较大的研发力量。在技术方面，目前我国的金属结构件直接制造技术已经可以满足特种零部件的机械性要求，生物细胞打印技术也不断取得新的进展。

　　此外，我国在3D打印设备的产业化方面也取得了一定的成果。目前国内已经诞生了一批生产3D打印设备的企业，这些企业对于3D打印的普及有着不可忽视的作用。比如，北京泰尔时代科技有限公司已经推出万元级3D打印机，2012年产品销量达3000台。

　　虽然我国的3D打印在基础研究和产业化方面已经有了一定的进展，我国3D打印产业的发展距离美国仍有较大差距。比如没有形成产业链、工业环境不配套等等。此外，在一些核心技术和关键器件上，如3D打印机中的激光器，也仍然对国外依赖较大。

　　在应用方面，我国的3D打印也远未达到美国的丰富程度。目前我国3D打印的大部分应用仍然集中在军工领域的开发与模具的制造上。而从设备数量上看，美国目前各种3D打印设备的数量占全世界40%，而中国只有8%左右。

　　3D打印能否取代传统制造业？

　　目前，3D打印的产值在全球制造业中所占份额仍然微不足道。2011年，全球3D打印市场规模为17.1亿美元，仅占世界制造业总产出的0.02％。但是，技术革命不会因为新技术的出现而立刻发生。

　　哈佛商学院教授克莱顿·克里斯坦森(Clayton Christensen)所提出的颠覆式创新理论也表明，新进入者如果抓住市场的特殊需求，进入边缘应用领域，当它的技术不断改进直至被主流市场所接受时，便会替代传统技术轨迹晋升为主流技术。

　　从长远看，这项技术最终将给工业生产和经济组织模式带来颠覆式的改变。3D打印技术未来的发展空间，很大程度上取决于是否有完整的产业链支撑，包括设备制造、材料、模型软件，以及服务商。作为全国工业的主管部门，工信部联合中国电子信息产业发展研究院，在2012年9月开展了第三次工业革命的专题研究，初步判断，第三次工业革命的到来还需要一个较长过程，不可能完全替代既有的生产方式和发展模式，但它为后发国家成功实现“赶超”打开了一扇“机会窗口”。

　　距离3D打印的广泛应用可能还要十年，现在重视完全来得及。目前我国3D打印还没有形成完整的产业链，对于现阶段3D打印热潮，需要冷静看待。为此，工信部准备组织研究制定3D打印技术路线图、中长期发展战略，推动完善3D打印技术规范和标准制定；而且会研究制定支持3D打印产业发展的专项财税政策。

　　3D打印产业该如何发展?

　　采取财税金融政策上积极支持、积极引导建立行业协会，鼓励研发，加强教育培训等措施，进一步促进3D打印社会化推广。

　　促进3D产业优先发展

　　建议将3D打印技术定位为生产性服务业、文化创意、工业设计、先进制造、电子商务及制造业信息化工程的关键技术和共性技术，将该产业纳入优先发展产业及产品目录。在财税金融政策上，鼓励企业投资、研发、生产和应用3D打印，支持3D打印设备的进出口。

　　推动3D产业协同发展

　　积极引导工业设计企业、3D数字化技术提供商、3D打印机及材料研发企业和机构、3D打印服务应用提供商组建产业联盟，利用有关学会、协会的平台加强研讨和交流，共同推动3D打印技术研发和行业标准制定。促进3D打印技术发展的市场平台建设，包括3D打印电子商务平台、3D打印数据安全和产权保护机制、3D打印及周边项目投融资机制等，促进产业可持续发展。

　　提升3D打印技术水平

　　设立专项基金，重点推进数字化技术、软件控制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。在研发扶持中，要注意建立公平、公正的研发绩效评估体系，鼓励各研发主体探索不同的技术路径。加强对3D打印产学研合作的支持，特别对实施产业化的企业在市场销售、社会推广上给予政策支持。

　　促进3D打印社会化推广

　　将3D打印技术纳入相关学科建设体系，培养3D打印技术人才。依靠行业协会、博览会、论坛等组织形式进行3D打印技术和周边应用的培训。在科技馆、文化艺术中心、青少年活动中心等公共机构进行3D打印技术的展示、宣传和推广。发展3D打印服务中心，推广3D打印技术应用，为发展3D打印产业积累应用经验。

　　（OFweek激光网供稿）