楊繼全

(南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，江蘇南京 210042)

三維打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

楊繼全

(南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，江蘇南京 210042)

三維打印作為新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)已逐漸受到廣泛的關(guān)注與重視。在介紹三維打印概況的基礎(chǔ)上，分析了全球及中國(guó)三維打印發(fā)展現(xiàn)狀，列出當(dāng)前三維打印發(fā)展的幾個(gè)趨勢(shì)，為中國(guó)三維打印產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展提出了相應(yīng)的發(fā)展思路與策略，最后指出了三維打印產(chǎn)業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)。

三維打印;現(xiàn)狀;趨勢(shì);思路

1 三維打印概況

三維打印(也稱3D打印、快速成型、增材制造等)被認(rèn)為是近20年制造技術(shù)領(lǐng)域的一次重大突破，也有眾多國(guó)內(nèi)外媒體稱其為“第三次工業(yè)革命”的代表性技術(shù)。英國(guó)的著名雜志《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》(The Economist)在2011年12月28日刊登文章“改變世界的三維打印技術(shù)”(Best of 2011:3D printing)指出，在3D打印技術(shù)得到廣泛運(yùn)用的情況下，制造業(yè)也許不再運(yùn)用工廠這種將人力、資金、設(shè)備等生產(chǎn)要素大規(guī)模集中化的生產(chǎn)方式，而轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N以3D打印機(jī)為基礎(chǔ)的、更加靈活的、所需要投入更少的生產(chǎn)方式?！督?jīng)濟(jì)學(xué)人》將這種趨勢(shì)稱之為“社會(huì)化制造(Social Manufacturing)”，當(dāng)這種方式得以廣泛的應(yīng)用時(shí)，每臺(tái)3D打印機(jī)都將可被視為一座協(xié)同運(yùn)作的工廠。三維打印技術(shù)作為新興產(chǎn)業(yè)，其在國(guó)內(nèi)資本市場(chǎng)上也備受追捧。盡管3D打印在中國(guó)還是新興行業(yè)，但在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型期間，舊行業(yè)很難看到希望，其估值極低，而能帶來無限想象空間的新興行業(yè)，尤其是革命性的公司，其發(fā)展?jié)摿o可估量。

國(guó)外，尤其是歐美地區(qū)在三維打印技術(shù)方面的發(fā)展非常迅速。三維打印技術(shù)正逐漸改變美國(guó)制造業(yè)的格局，以至于2012年美國(guó)《時(shí)代》周刊已將三維打印產(chǎn)業(yè)列為“美國(guó)十大增長(zhǎng)最快的工業(yè)”;英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志則認(rèn)為它將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”。為重振美國(guó)的制造業(yè)，2011年6月份，美國(guó)出臺(tái)了扶持三維打印產(chǎn)業(yè)的諸多政策，數(shù)億美元資金開始涌入這個(gè)新興的行業(yè)。

從國(guó)際市場(chǎng)來看，三維打印成型市場(chǎng)本身已進(jìn)入商業(yè)化階段，出現(xiàn)了多種成型工藝及相應(yīng)的軟件和設(shè)備，如美國(guó)的3D Systems公司、Stratasys公司、Z Corp公司(已與3D Systems公司合并)、德國(guó)的EOS公司、以色列的Objet公司(已與Stratasys公司合并)、瑞典的Arcam公司、比利時(shí)的Materialise公司等。

中國(guó)的三維打印市場(chǎng)已經(jīng)渡過了啟蒙期，正處于快速發(fā)展的階段。相比發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的三維打印技術(shù)及裝備普及程度較差，一方面原因在于政府及相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)該領(lǐng)域的相關(guān)研究投入不夠，僅由國(guó)家自然科學(xué)基金、“863”計(jì)劃等部分項(xiàng)目給予資助，而資助力度僅夠完成一些原理性的研究，無法向產(chǎn)品化、產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展;另一方面原因在于國(guó)外三維打印設(shè)備非常昂貴，這類設(shè)備動(dòng)輒幾十萬，甚至數(shù)百萬元，這是廣大的中小企業(yè)或者學(xué)校無法承擔(dān)的，廣大的普通民眾更無法承受。目前國(guó)內(nèi)的三維打印處于僅有零星研究、沒有形成氣候的階段，這對(duì)于發(fā)展與形成新產(chǎn)業(yè)的確是十分不利的，并且很有可能影響我國(guó)在向制造強(qiáng)國(guó)和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)等戰(zhàn)略方向發(fā)展的步伐。

2 全球三維打印發(fā)展現(xiàn)狀

從三維打印領(lǐng)域的年度權(quán)威報(bào)告“Wohlers Report 2012”，可看出當(dāng)前三維打印的全球發(fā)展概況。

截止到2012年初，三維打印在各領(lǐng)域的分布如圖1所示，主要應(yīng)用在消費(fèi)品、汽車、醫(yī)療、教育和航空工業(yè)等領(lǐng)域［1］。

圖1 三維打印在各領(lǐng)域的分布情況

從每個(gè)國(guó)家和地區(qū)在全球三維打印市場(chǎng)所占份額來看(如圖2所示)，美國(guó)占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，占38.3%的市場(chǎng)，其次是日本占據(jù)10.2%，德國(guó)占9.3%，中國(guó)大陸占8.6%，中國(guó)大陸和中國(guó)臺(tái)灣的市場(chǎng)則占10.1%，僅次于日本［1］?？梢钥隙ǖ卣f，2013年中國(guó)大陸可占據(jù)全球第二的位置，但是從絕對(duì)數(shù)量來看，與美國(guó)仍然有非常大的差距。

圖2 各國(guó)和地區(qū)在全球三維打印產(chǎn)業(yè)中所占的份額

從亞洲地區(qū)來看(如圖3所示)，中國(guó)大陸占32.9%的市場(chǎng)，與日本有一定的差距，其次是韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣和澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)。

圖3 亞洲國(guó)家和地區(qū)在亞洲三維打印產(chǎn)業(yè)中所占的份額

從全球銷售額來看，2011年三維打印市場(chǎng)總共有17億美元左右的銷售收入(如圖4所示)，包括兩個(gè)部分:一部分是三維打印設(shè)備的銷售收入;一部分是三維打印設(shè)計(jì)與制造服務(wù)方面的銷售收入(該數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的是上千家三維打印設(shè)備銷售、生產(chǎn)、材料、服務(wù)有關(guān)的公司所得到的數(shù)據(jù))。

圖4 三維打印全球市場(chǎng)銷售收入

2004～2011年全球三維打印增長(zhǎng)情況(如圖5所示)，排除2008年全球金融危機(jī)造成整個(gè)行業(yè)下降的態(tài)勢(shì)，基本上保證20%左右的市場(chǎng)增長(zhǎng)率，但這部分?jǐn)?shù)據(jù)僅是指工業(yè)三維打印領(lǐng)域的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

圖5 全球三維打印產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)情況(工藝型三維打印領(lǐng)域)

據(jù)Wohlers Report 2012預(yù)測(cè)，在工業(yè)型三維打印市場(chǎng)，未來幾年的增長(zhǎng)仍將保持穩(wěn)步增長(zhǎng)(如圖6所示)，到2019年三維打印工業(yè)化設(shè)備的銷售收入會(huì)達(dá)到70億美元［1］。

圖6 未來數(shù)年工業(yè)型三維打印市場(chǎng)增長(zhǎng)情況預(yù)測(cè)

除了工業(yè)化三維打印設(shè)備是一個(gè)穩(wěn)定增長(zhǎng)的區(qū)域之外，最近兩年，備受市場(chǎng)所熱捧的應(yīng)屬于個(gè)人化的三維打印市場(chǎng)。由于該類三維打印的市場(chǎng)發(fā)展時(shí)間較短，其銷量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)尚無法準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，據(jù)幾家銷量較大的公司的銷售數(shù)據(jù)來計(jì)算，2011年總共銷售23 265臺(tái)，較2010年的市場(chǎng)增長(zhǎng)量為289%，遠(yuǎn)高于工業(yè)化三維打印設(shè)備的市場(chǎng)增長(zhǎng)量。

美國(guó)是三維打印領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，奧巴馬在最近幾次的國(guó)情咨文中均提到，美國(guó)政府要投資建造包括三維打印的多個(gè)創(chuàng)新研究機(jī)構(gòu)，希望能夠把三維打印作為下一個(gè)振興美國(guó)制造業(yè)的關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)之一。如2012年8月投資3000萬美元在俄亥俄州Youngstown建立制造創(chuàng)新研究所，主要研發(fā)三維打印技術(shù)，以帶動(dòng)制造業(yè)創(chuàng)新和增長(zhǎng)，重新占據(jù)世界工業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位。杜克大學(xué)企業(yè)家精神與商業(yè)化研究中心主任Vivek Wadhwa提出一個(gè)觀點(diǎn):三維打印技術(shù)的進(jìn)步將使中國(guó)的制造業(yè)像過去20年里美國(guó)制造業(yè)那樣迅速衰落!他認(rèn)為未來三維打印的發(fā)展將使現(xiàn)在的規(guī)模化生產(chǎn)被個(gè)性化生產(chǎn)所取代，同時(shí)個(gè)性化的生產(chǎn)利用三維打印可以與現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)及定制，這樣對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)的制造會(huì)帶來巨大的沖擊。

3 三維打印國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)三維打印技術(shù)研究工作起步于20世紀(jì)90年代初。我國(guó)早期對(duì)三維打印技術(shù)方面開展研究的科研機(jī)構(gòu)主要有清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、南京理工大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等。這些科研機(jī)構(gòu)開始階段在各成型工藝和成型設(shè)備的研究和開發(fā)方面各有側(cè)重。目前仍從事三維打印技術(shù)研究的高校與科研機(jī)構(gòu)有數(shù)十家，在相關(guān)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的研究與開發(fā)方面均積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)和成果［2］。

當(dāng)前，部分國(guó)產(chǎn)三維打印設(shè)備已接近或達(dá)到美國(guó)公司同類產(chǎn)品的水平，價(jià)格卻便宜甚多，自主研發(fā)應(yīng)用于三維打印的材料也逐步趨于完善，材料價(jià)格更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)?？傮w而言，我國(guó)已初步形成了三維打印設(shè)備和材料的生產(chǎn)與銷售體系。

國(guó)內(nèi)的家電行業(yè)在三維打印技術(shù)的應(yīng)用上，走在了國(guó)內(nèi)制造型企業(yè)前列。如廣東美的、科龍，江蘇的春蘭、小天鵝，青島的海爾等，都先后采用三維打印系統(tǒng)來開發(fā)新產(chǎn)品，收到了很好的效果。近些年隨著通訊事業(yè)在我國(guó)的高速發(fā)展，一些國(guó)內(nèi)通訊巨頭企業(yè)例如華為、中興等公司也逐漸將三維打印技術(shù)引入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)節(jié)，使得公司對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)效率、產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力提升了一個(gè)等級(jí)。

在模具制造業(yè)，三維打印技術(shù)同樣起到了重要作用。利用三維打印技術(shù)制得快速原型，再結(jié)合硅膠模、金屬冷噴涂、精密鑄造、電鑄、離心鑄造等方法生產(chǎn)模具;快速成型件也可以直接或間接制得EDM電極，用于電火花加工生產(chǎn)模具;利用三維打印技術(shù)制得的快速原型也可以直接作為模具。

近年來，在國(guó)家科學(xué)技術(shù)部的支持下，我國(guó)已經(jīng)在深圳、天津、上海、西安、南京、重慶等地建立一批向企業(yè)提供三維打印技術(shù)的服務(wù)機(jī)構(gòu)，并開始起到了積極的作用，推動(dòng)了三維打印技術(shù)在我國(guó)的廣泛應(yīng)用，使我國(guó)三維打印技術(shù)的發(fā)展走上了專業(yè)化、市場(chǎng)化的軌道，為我國(guó)制造型企業(yè)的發(fā)展起到了支撐作用，提升了企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的快速響應(yīng)能力，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)也為國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)作出了重大貢獻(xiàn)。

雖然目前三維打印市場(chǎng)整體的規(guī)模還很小，但這不代表三維打印未來就沒有發(fā)展空間。為此，本課題組做了一些市場(chǎng)調(diào)研?，F(xiàn)僅就國(guó)內(nèi)的教育行業(yè)作簡(jiǎn)要分析。截止2011年，國(guó)內(nèi)高校以及其他各類教育機(jī)構(gòu)共有2 409所，總共研發(fā)人員4.2萬人，普通中學(xué)有67 751所，職業(yè)中學(xué)有4 856所，普通小學(xué)有241 249所(以上數(shù)據(jù)來自《2012年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》)。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查可以得到對(duì)三維打印需求的一些數(shù)據(jù)(見表1):在高等學(xué)校，從事研究與開發(fā)的人員中有2/3對(duì)三維打印有需求，不管是理科、文科還是工科;在普通中學(xué)，每個(gè)中學(xué)需要25臺(tái)三維打印設(shè)備構(gòu)建一個(gè)完整實(shí)驗(yàn)室;同樣在普通小學(xué)情況相似，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室需要25臺(tái)設(shè)備左右;職業(yè)中學(xué)包括高中、中專、技校，每個(gè)學(xué)校建立2個(gè)實(shí)驗(yàn)室，共50臺(tái)三維打印設(shè)備。通過以上情況可以粗略統(tǒng)計(jì)每個(gè)層次所需求的數(shù)量，高等學(xué)校共22.8萬臺(tái)，普通中學(xué)接近170萬臺(tái)，普通小學(xué)603萬臺(tái)。

不同層次的學(xué)校對(duì)三維打印的價(jià)格有不同的承受能力，承受能力最弱的就是小學(xué)，他們期望個(gè)人化的小型打印設(shè)備價(jià)格在幾千到2萬元左右;高等學(xué)校承受能力相對(duì)高一些，基本價(jià)格平均為15萬元左右，由此可以計(jì)算出每個(gè)層次需要的設(shè)備占據(jù)市場(chǎng)的空間，其總共有2 800億人民幣左右的市場(chǎng)容量，但這不代表每年的采購(gòu)量，僅表示在教育領(lǐng)域有如此規(guī)模的市場(chǎng)空間。

結(jié)合工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域、工藝品、建筑業(yè)等其他各市場(chǎng)的調(diào)研情況，國(guó)內(nèi)三維打印市場(chǎng)的預(yù)期容量遠(yuǎn)大于1萬億元人民幣的規(guī)模，這反映出當(dāng)前的三維打印產(chǎn)業(yè)還有很遠(yuǎn)的道路要走。

表1 3D打印教育領(lǐng)域市場(chǎng)調(diào)查(2011年)

4 三維打印發(fā)展的趨勢(shì)

三維打印的發(fā)展正日新月異，以下僅概述其中幾個(gè)主要發(fā)展方向。

a.直接金屬打印是未來的發(fā)展方向之一，從圖7可以看出，直接金屬打印占全球三維打印市場(chǎng)的份額從2003年的3.9%快速增加到2011年的24%，增長(zhǎng)量一直在飛速地?cái)U(kuò)張，說明三維打印市場(chǎng)的對(duì)該類技術(shù)的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于市場(chǎng)平均發(fā)展速度。圖8為直接金屬打印的成型件。

圖7 直接金屬打印所占市場(chǎng)份額(2003～2011年)

圖8 直接金屬打印的零件

b.個(gè)人化的三維打印將迅速得以普及，逐漸得到業(yè)界的認(rèn)可與推廣。目前普遍的價(jià)格為5 000～20 000元人民幣，對(duì)象主要為教育機(jī)構(gòu)、DIY愛好者、設(shè)計(jì)師和中小企業(yè)。圖9為作者所在的三維打印團(tuán)隊(duì)開發(fā)的針對(duì)個(gè)人和辦公等場(chǎng)合使用的小型三維打印機(jī)。

c.生物三維打印將取代傳統(tǒng)的醫(yī)療模型，美國(guó)和歐洲在生物打印方面做了很多研究工作，有的已經(jīng)進(jìn)入了臨床試驗(yàn)［3］。如圖10所示。

d.三維打印在一些新的工藝和新的應(yīng)用方面

圖9 個(gè)人化三維打印機(jī)

圖10 三維打印在生物工程中的應(yīng)用

會(huì)得到進(jìn)一步的拓展。圖11是德國(guó)的一個(gè)設(shè)計(jì)師Janjaap Ruijssenaars正在用三維打印制作一幢可讓人居住的房子的設(shè)計(jì)效果圖(據(jù)Tech Crunch報(bào)道)，計(jì)劃于2014年完工。

圖11 3D打印建筑效果圖

三維打印在食品領(lǐng)域也顯示出了其靈活、快捷、創(chuàng)意十足的優(yōu)勢(shì)，圖12為國(guó)外用三維打印設(shè)備制作的巧克力等食品。

也有一些科研團(tuán)隊(duì)在嘗試采用三維打印制作如圖13所示的電路、顯示屏或其他新產(chǎn)品。

5 三維打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展思路

國(guó)內(nèi)三維打印產(chǎn)業(yè)雖有較好基礎(chǔ)，但仍有很多不足，從政府層面上來講，缺少統(tǒng)一的布局;從高校方面來看，研發(fā)后勁不足，尤其在后備的研發(fā)人才上;在工業(yè)方面的應(yīng)用面比較窄，局限于某一部分的領(lǐng)域，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有拓及到食品、教育、新工業(yè)、民用等很多領(lǐng)域，尚未形成完整的產(chǎn)業(yè)集群。

圖12 三維打印在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用

圖13 三維打印在電路制作等新領(lǐng)域中的應(yīng)用

如何發(fā)展國(guó)內(nèi)的三維打印產(chǎn)業(yè)是個(gè)仁者見仁的論題，結(jié)合作者十余年來在三維打印技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)，以下提供一些建議供參考。

a.制訂三維打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃和相關(guān)引導(dǎo)政策。

首先在思想上要祛虛存真，現(xiàn)在很多報(bào)紙、媒體包括投資機(jī)構(gòu)都在吹捧三維打印，容易造成一種三維打印“無所不能打、無所不能印”的假象，也已經(jīng)形成了一定的市場(chǎng)亂象，給魚目混珠者可乘之機(jī)擾亂方興未艾的市場(chǎng)。

其次，各個(gè)地方政府和有關(guān)部門應(yīng)該仔細(xì)梳理各自的三維打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、水平和優(yōu)勢(shì)，提出三維打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)及思路，因勢(shì)利導(dǎo)選擇性發(fā)展相應(yīng)的三維打印技術(shù)及產(chǎn)業(yè)，而不是一窩蜂地盲目發(fā)展。

然后，對(duì)現(xiàn)有的地方三維打印產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行有效地整合，構(gòu)建三維打印產(chǎn)業(yè)集群上、中、下游的完整產(chǎn)業(yè)鏈，形成強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)集群，而不是隔離式發(fā)展。

b.加強(qiáng)原始技術(shù)創(chuàng)新和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。

在技術(shù)方面應(yīng)該加強(qiáng)原始創(chuàng)新，對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù)以及未來引領(lǐng)新型產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的方面提前加大支持力度，進(jìn)行技術(shù)的引進(jìn)和儲(chǔ)備。重點(diǎn)解決三維打印產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵核心技術(shù)，如三維打印設(shè)計(jì)軟件及設(shè)備、三維掃描軟件及設(shè)備、三維打印設(shè)備生產(chǎn)工藝、三維打印材料制備及生產(chǎn)工藝等等。

c.加大應(yīng)用領(lǐng)域引導(dǎo)和推進(jìn)。

可以分行業(yè)進(jìn)行引導(dǎo)和推進(jìn):(1)在教育領(lǐng)域，包括大學(xué)所使用三維打印技術(shù)和設(shè)備的比例都還非常低，而在已經(jīng)運(yùn)用三維打印技術(shù)和設(shè)備的教育機(jī)構(gòu)，其使用率和效率仍相對(duì)較低。(2)在醫(yī)療領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)一些大型醫(yī)院雖已嘗試著應(yīng)用三維打印，但往往是出于科研目的，沒有走向真正為病人服務(wù)的通用化與常態(tài)化。三維打印在國(guó)內(nèi)醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用水平與美國(guó)相比仍有相當(dāng)大的差距。(3)在工業(yè)、辦公領(lǐng)域以及其他行業(yè)，也可以通過建立一些示范性工程，進(jìn)行三維打印的普及或推廣。

d.加強(qiáng)在人才培養(yǎng)與引進(jìn)方面的力度。

引導(dǎo)國(guó)內(nèi)高?？蒲袡C(jī)構(gòu)以及全球的三維打印研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行科研成果轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)高端的三維打印研發(fā)人才、應(yīng)用型技術(shù)人員和產(chǎn)業(yè)工人，逐步形成三維打印產(chǎn)業(yè)大軍。

e.完善針對(duì)三維打印產(chǎn)業(yè)的科技招商與融資體系。

作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，很多小型公司在創(chuàng)業(yè)階段會(huì)嚴(yán)重缺少資金，在政府的各個(gè)產(chǎn)業(yè)政策里雖然有一些規(guī)定，但沒有落到實(shí)處，對(duì)于科技工作者創(chuàng)業(yè)是一個(gè)非常難的問題。所以在科技招商和融資方面，政府部門、開發(fā)園區(qū)和投融資等部門應(yīng)該合力為創(chuàng)業(yè)型企業(yè)創(chuàng)造完善的投融資平臺(tái)和創(chuàng)業(yè)環(huán)境。

6 三維打印產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

a.關(guān)鍵技術(shù)沒有明顯的突破。

三維打印未來發(fā)展的目標(biāo)應(yīng)做到如下4個(gè)方面:傻瓜式設(shè)計(jì)、一鍵式操作、宜人型材料、平民化價(jià)格。

傻瓜式的設(shè)計(jì)就是“所思即所見”。任何一個(gè)人都會(huì)天馬行空式的胡思亂想，都會(huì)想像他心目中的理想造型為何模樣，但有沒有傻瓜式的設(shè)計(jì)軟件或設(shè)計(jì)工具能幫助他快速實(shí)現(xiàn)呢?當(dāng)前一些大的設(shè)計(jì)公司正在開發(fā)此類設(shè)計(jì)軟件，如AutoDesk公司的123D軟件，就是一款比較適合于普通用戶使用的三維造型軟件，圖14即是用其設(shè)計(jì)的模型。這類傻瓜式的設(shè)計(jì)軟件在國(guó)內(nèi)尚是一個(gè)空白。

一鍵式操作即“所見即所得”，現(xiàn)在的三維打印設(shè)備操作都很復(fù)雜，遠(yuǎn)不像現(xiàn)在家用平面打印機(jī)操作那么簡(jiǎn)單，且模型后處理也較為麻煩，要想獲得理想的模型，至少要經(jīng)過一個(gè)比較長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)。

圖14 123D設(shè)計(jì)的三維模型

宜人型的材料是三維打印各成型工藝均面臨的關(guān)鍵問題。目前常用的打印材料，如石膏粉末，雖然可以做彩色模型，但是無法做到百分之百循環(huán)利用;如PVC薄膜，雖然可以做透明型強(qiáng)度較高的零件，但材料浪費(fèi)很嚴(yán)重，且無法回收;其他的打印材料，如金屬粉末材料、液態(tài)樹脂材料等也有上述類似問題存在，甚至有些成型材料在成形過程或后處理中對(duì)人體和環(huán)境造成一定程度的傷害，并有可能形成對(duì)環(huán)境永久性的破壞［4］。因此，如何研發(fā)宜人型的材料，是三維打印走向民用及辦公領(lǐng)域過程中必須解決的關(guān)鍵問題。

平民化的價(jià)格也是制約三維打印實(shí)現(xiàn)普及和推廣的重要因素。雖然個(gè)人化的三維打印現(xiàn)在有的已降到了每臺(tái)幾千元人民幣，但對(duì)辦公、對(duì)家庭用戶有非常大幫助的辦公設(shè)備離平民化還有很大的差距?？梢韵胂螅绻?D打印機(jī)降到現(xiàn)在平面打印機(jī)的價(jià)格，一個(gè)工廠能生產(chǎn)幾十萬臺(tái)甚至幾百萬臺(tái)三維打印設(shè)備，能夠像現(xiàn)在的打印機(jī)、掃描儀一樣作為計(jì)算機(jī)標(biāo)配型外設(shè)，那個(gè)時(shí)候才能真正地說三維打印無論在上述關(guān)鍵技術(shù)，還是產(chǎn)業(yè)發(fā)展上都取得了實(shí)質(zhì)突破。

b.知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)面臨挑戰(zhàn)。

三維打印再加上三維掃描(也稱逆向工程)，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)提出了很大的挑戰(zhàn)，業(yè)界人士提出，三維打印技術(shù)普及后仿制或者修改別人的東西時(shí)怎么去保護(hù)產(chǎn)權(quán)問題，國(guó)內(nèi)一些協(xié)會(huì)正在考慮這個(gè)問題，但還沒有進(jìn)入一個(gè)實(shí)際可操作階段。

c.社會(huì)安全問題面臨挑戰(zhàn)。

如果三維打印進(jìn)入家庭和個(gè)人，就像是把工廠搬入到家庭、辦公室里，家庭就變成了一個(gè)無人監(jiān)控的地下工廠。隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)金屬零件的快速精確打印將越來越可能變成現(xiàn)實(shí)，離真實(shí)槍械打印的距離應(yīng)該越來越短了。設(shè)想這樣一種情形:一旦某個(gè)不法分子利用三維打印技術(shù)打印槍械和子彈、匕首以及其他管制器械，將會(huì)對(duì)社會(huì)安全造成極大危害，因此，如何進(jìn)行三維打印產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展應(yīng)是一個(gè)綜合性的命題。

d.倫理道德問題面臨挑戰(zhàn)。

三維打印已可在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行細(xì)胞組裝、人工皮膚和骨骼打印、肉制品打印等等，如果不加以約束和限制，數(shù)年以后可能會(huì)在實(shí)驗(yàn)室中打印出來器官、生物甚至是類人體，那時(shí)倫理道德問題也將面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

總結(jié)起來，三維打印是一個(gè)前景可觀的新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)三維打印產(chǎn)業(yè)在某些方面已經(jīng)走在了前列，雖與美國(guó)相比仍有較大差距，但國(guó)內(nèi)發(fā)展勢(shì)頭更為良好與快速，所以中國(guó)在三維打印方面應(yīng)該奮起直追，同時(shí)戒驕戒躁、務(wù)虛務(wù)等。

［1］Terry Wohlers.Wohlers Report 2012［C］//Additive manufacturing and 3D printing state of the industry.Annual worldwide progress report.Colorado:Wohlers Associates，Inc，2012:125 －149.

［2］楊繼全，徐國(guó)財(cái).快速成形技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006:13－17.

［3］Alexander P，Valery A，Peter C.Heterogeneous Objects Modeling and Applications［M］.New York:Springer－ Verlag Berlin Heidelberg，2008:51 －156.

［4］ZHU Yufang，YANG Jiquan，CHEN Peng，et al.An Integrated design and fabrication approach for heterogeneous objects［J］.Advanced Materials Research，2012，383 －390:5810 －5817.

The Review on 3D Printing Industry Development

YANG Jiquan
(Nanjing Normal University，Jiangsu Nanjing，210042，China)

As strategic emerging industries，3D printing has gradually widespread concern and attention.It introduces the 3D printing technology development and development trend，puts forward some ideas and strategies for health and sustainable development of 3D printint industry，shows the challenges faced by 3D printing industry.

3D Printing;Status;Trend;Ideas

TH164

A

2095－509X(2013)05－0001－06

10.3969/j.issn.2095 －509X.2013.05.001

2013－04－02

楊繼全(1973—)，男，安徽界首人，南京師范大學(xué)電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院副教授、副院長(zhǎng)，博士，主要從事三維打印技術(shù)基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化與應(yīng)用工作。