3D打印从快速成形走向直接产品制造

有一种打印机，它既不需要纸，也不需要墨；它可以打印出会飞的飞机、能吃的蛋糕、可穿的鞋子……近来，一种3D打印的潮流蔓延开来，英国《金融时报》评论称，3D打印机将像蒸汽机、内燃机和计算机一样，开创一个崭新的工业时代。业内人士也纷纷预测，未来的3D打印将“革了传统制造业的命”。

那么这个并不为人所熟知的产业其未来发展的前景如何，又将对中国制造业产生怎样的影响呢？

打印出来的世界

3D打印究竟为何物？据中国3D打印技术产业联盟理事长、北京航天航空大学材料学院王华明教授介绍，3D打印技术，又称快速原型制造技术，是通过电子制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术，使特定金属粉或者记忆材料熔化，并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来，最终把电子模型图变成实物。

目前，这种全新的制造技术正变得无所不能。今年7月，美国宾夕法尼亚大学宣布用改进的3D打印技术打印出了鲜肉，这种利用糖、蛋白质、脂肪、肌肉细胞等原材料打印出的肉具有和真正的肉类相似的口感和纹理。其后不久，空客公司的机舱设计师宣布将从打印飞机的小部件开始，最终在2050年左右用3D打印机打印出整架飞机。

据亚洲制造业协会首席执行官罗军介绍，3D打印可免除制造刀具、夹具和模具的过程，直接进行产品加工，解决了生产工艺难以解决的问题，还节约材料、缩短时间。

清华大学机械工程系张人佶教授也表示，3D打印技术还可以生产结构非常复杂的产品，突破原有加工技术，而且相对于传统制造业成本更加低廉，代表制造业发展的新趋势。据介绍，在飞机、核电和火电等行业所使用的重型机械、高端精密机械装备上，传统的焊接和零部件加固的方法，使得部件之间的连接非常费工，而且牢固性还有待提高。但若使用3D打印技术，无缝连接是其最大亮点之一，结构之间的稳固性和连接强度将得到很大的提升。

近年来，3D打印的应用也愈加广泛，遍及教育行业、建筑设计、金属铸件、产品原型设计、娱乐与艺术等领域。据业内预测，3D打印行业的收入增长率在未来几年内将达到50％以上。美国《时代》周刊更将3D打印产业列入“美国十大增长最快的产业”。

产业化之路还遥远

据科技行业独立咨询公司Wohlers Associates的数据显示，2011年全球3D打印市场规模为17.1亿美元，预计2012年将增长至21.4亿美元，2015年将达到37亿美元。

尽管诸多迹象都显示出数字化制造时代正在慢慢临近，3D打印技术在市场中的表现也风头正劲，可是这种技术距离产业化甚至飞入寻常百姓家，还有一段路要走。

张人佶说，当3D打印技术应用于产品试制时，比传统模具更占优势，可以节约成本和时间，具有较大的价值；但是由于生产工艺尚不成熟，产品的精度、稳定性、重复性不高，所以批量化生产的价值并不大。

“目前，国内已经由企业在生产，并且打印出产品和模具进行销售。”王明华则表示，从装备、原材料、服务角度来讲，中国3D打印技术已经有了产业化的形态，只是规模不大。

据介绍，3D打印技术发展的瓶颈之一是材料的局限性。王华明告诉记者，目前，3D打印的材料多为石膏、无机粉料、光敏树脂、塑料等，而如果真要“打印”房屋或汽车，光靠这些材料是远远不够的。而对于3D打印技术最重要材料之一的金属构件，王华明表示，这恰恰是3D打印的软肋，目前的研发和生产的难度还很大。

罗军也表示，3D打印技术的发展，主要依托于信息技术、精密机械以及材料科学等多学科的尖端技术，而国内自动化控制系统方面与国外相比还有较大的差距，运行稳定性有待提高。

标准化之困

对于这一全新的技术产业，其标准状况如何呢？飞而康快速制造科技有限公司副总经理王安琪在接受本报记者采访时表示，3D打印技术从原材料开始到加工过程，再到制成成品的过程，都是全新的东西，所以整个标准体系的建立非常困难，需要一个长期的数据积累的过程。

王安琪说，目前，全球所有国家的3D打印技术都缺乏标准规范，只有在该技术的产业化过程中，通过大量的先期数据积累，标准才会一点点的完善。

张人佶告诉记者，标准对于行业的规范作用十分重要。行业内在2002年成立了标准化工作小组，着手制定相应的国家标准，目前已经制定了10来个快速成型机床的国家标准，对各种3D打印技术的术语，技术要求，加工参数等提出了要求。

“近来，随着激光作为能源在行业内的应用，3D打印技术对安全的要求越来越高，所以行业开始对安全防护给予了特殊关注。”据张人佶介绍，GB 25493-2010《以激光为加工能量的快速成形机床 安全防护技术要求》已经从2011年10月1日开始实施。

记者了解到，在国内虽然涉足3D打印技术的企业越来越多，对3D打印的产品优势也认同，但敢于“吃螃蟹”的企业却十分有限，国内少数几家3D打印企业还处于“单打独斗”的初步发展阶段，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。

对此，王华明表示，由于当前很多企业和科研单位的3D打印技术，还涉及到知识产权和专利保护，所以行业内仍然将在很长一段时间内会保持以企业标准为主的局面。