賈敏

3D打印技術(shù)起源于上世紀(jì)八十年代初期，九十年代初期開始在美國、以色列得到應(yīng)用。3D打印技術(shù)又稱 “快速成型技術(shù)”，是一種綜合計算機、激光、新材料、CAD/CAM集成等技術(shù)的全新制造技術(shù)。該技術(shù)的原理是通過CAD/CAM制圖技術(shù)或3D掃描儀將物品轉(zhuǎn)化為一組3D數(shù)據(jù)，然后用3D打印機開始逐層分切，針對分切的每一層構(gòu)建，按層次打印。打印時，粉末耗材會一層一層地打印出來，層與層之間通過特殊的膠水進(jìn)行粘合，并按照橫截面將圖案固定住，一層一層進(jìn)行疊加，最終經(jīng)過分層打印、層層粘合、逐層堆砌，一個完整的物品就被制造出來。

英國《經(jīng)濟學(xué)人》雜志認(rèn)為，這項技術(shù)將與數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實現(xiàn)新的工業(yè)革命，將3D打印技術(shù)列為第三次技術(shù)革命范疇；美國《時代》周刊已將3D打印產(chǎn)業(yè)列為“美國十大增長最快的工業(yè)”。目前，很多國家已經(jīng)在工業(yè)設(shè)計、智能制造（航天航空、軍工生產(chǎn)、機械制造、模具加工等）高等教育、藝術(shù)設(shè)計、醫(yī)療衛(wèi)生（外科、骨科、牙科等）、建筑裝飾、兒童玩具等領(lǐng)域應(yīng)用了3D打印技術(shù)，從事3D打印技術(shù)研發(fā)的科研單位和企業(yè)也正在將這一重要發(fā)明運用到生產(chǎn)實踐中，并改變著人類的生產(chǎn)方式。

一、國內(nèi)及南京現(xiàn)狀。近年來，在國家科學(xué)技術(shù)部的支持下，我國已經(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3D打印技術(shù)的服務(wù)機構(gòu)，使我國3D打印技術(shù)的發(fā)展走上了專業(yè)化、市場化的軌道。在國內(nèi)，目前已有華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)開始在這方面進(jìn)行了較多的研發(fā)，并在產(chǎn)業(yè)化方面邁出了一定的步伐。華中科技大學(xué)成功研制工業(yè)級的1.2米×1.2米快速制造裝備，這是世界上最大成形空間的此類裝備，超過德國EOS公司最大成形空間0.73米×0.38米和美國3D系統(tǒng)公司0.55米×0.55米的同類產(chǎn)品，使我國在快速制造領(lǐng)域達(dá)到世界領(lǐng)先水平。北京航空航天大學(xué)同我國主要飛機設(shè)計研究所等單位“產(chǎn)學(xué)研”緊密合作，瞄準(zhǔn)大型飛機、航空發(fā)動機等國家重大戰(zhàn)略需求，歷經(jīng)17年研究，在國際上首次全面突破了鈦合金、超高強度鋼等難加工大型復(fù)雜整體關(guān)鍵構(gòu)件激光成形工藝、成套裝備和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)，使我國成為迄今世界上唯一掌握大型整體鈦合金關(guān)鍵構(gòu)件激光成形技術(shù)并成功實現(xiàn)裝機工程應(yīng)用的國家。國內(nèi)的家電行業(yè)在3D打印技術(shù)的應(yīng)用方面，走在了國內(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3D打印技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品。一些國內(nèi)通訊巨頭企業(yè)例如華為、中興等公司也逐漸將3D打印技術(shù)引入到產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)環(huán)節(jié)，使得公司對市場的響應(yīng)效率、產(chǎn)品的競爭力提升了一個等級。

南京市目前已有兩家企業(yè)在3D打印技術(shù)的研發(fā)、推廣、應(yīng)用方面處于國內(nèi)外領(lǐng)先地位。位于南京經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的南京紫金立德公司與以色列的Solido Model Ltd公司合作，于2010年01月正式投產(chǎn)，在短短兩年時間里，已擁有專利技術(shù)11項，自主專利技術(shù)7項。其所采用的 LOM（分層疊加實體制造）技術(shù)在國內(nèi)外處于領(lǐng)先地位，公司生產(chǎn)的三維立體打印機等產(chǎn)品全球壟斷，已經(jīng)銷往： 美國、德國、法國、英國、意大利、澳大利亞、日本、韓國、以色列、香港、臺灣、中國等30多個國家和地區(qū)。寶巖公司的楊繼全博士從1996年開始做3D打印機的理論與技術(shù)研究，他研發(fā)的3D打印機曾經(jīng)獲得過2008年度江蘇省科技進(jìn)步二等獎。目前，該公司已經(jīng)攻克了彩色3D打印機有多項關(guān)鍵技術(shù)，他們研發(fā)的彩色3D打印機只需要傳統(tǒng)加工方法10%到30%的工時以及20%到35%的成本，成型材料完全國產(chǎn)化并且無污染，但價格只有美國Z—Corp公司同類產(chǎn)品的一半左右。僅這一項技術(shù)，就擁有國家專利20項，其中發(fā)明專利5項，實用新型專利15項。

二、3D打印技術(shù)要成長為支柱新興產(chǎn)業(yè)所面臨的難題

總體上看，國內(nèi)的政策環(huán)境利于3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國正在遭遇人口紅利的逐漸退出但是貧富差距仍然較大的變革時代，經(jīng)濟保持較快增長和提高生產(chǎn)力仍然是我國宏觀經(jīng)濟發(fā)展的命題，制造業(yè)仍然是中國就業(yè)、財富創(chuàng)造的巨大經(jīng)濟部門。而智能信息化、數(shù)字化制造、節(jié)能環(huán)保制造、創(chuàng)新創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)將成就一批未來新興產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)將推動中國的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，3D打印技術(shù)將在轉(zhuǎn)型升級中取到重要的關(guān)鍵技術(shù)作用。在制造業(yè)日趨國際化的情形下，“低創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)+重大工程+巨資投入+資源消耗”的發(fā)展模式逐漸要被“創(chuàng)新+消費導(dǎo)向+節(jié)能減排”的發(fā)展模式替代，因此，創(chuàng)新創(chuàng)意、個性化、節(jié)約成本這些理念將會用于中國新產(chǎn)品、新項目的投資決策參考要素。3D打印技術(shù)作為一次重大的技術(shù)革命，已經(jīng)成為共識，而3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化無疑為我國新型工業(yè)化建設(shè)和促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級將發(fā)揮十分重要的引領(lǐng)作用?？梢灶A(yù)見，3D打印技術(shù)將會助力中國當(dāng)下較為弱勢的工業(yè)設(shè)計、工業(yè)裝備領(lǐng)域，在醫(yī)療技術(shù)、數(shù)碼娛樂、農(nóng)業(yè)機械等關(guān)系民生的領(lǐng)域進(jìn)一步快速發(fā)展。

對于一項新技術(shù)來所，10年或者20年是一個分水嶺，一般新技術(shù)就會變得非常成熟并被廣泛應(yīng)用。未來的模具制造行業(yè)、機床行業(yè)、玩具行業(yè)、輕工產(chǎn)品行業(yè)或許都可能被淘汰出局，而取代他們的就是3D打印。當(dāng)然，這需要一個過程，主要是人們適應(yīng)和接受新事物的過程，也有產(chǎn)業(yè)自身完善成長的過程。目前，3D打印技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用還不十分廣泛，設(shè)備安裝臺數(shù)不多，僅限于大型企業(yè)，要成長為新興支柱產(chǎn)業(yè)還有很長的路要走。主要的制約因素有以下幾方面：

（一）價格的制約。很多國內(nèi)企業(yè)對新產(chǎn)品模型快速更新的需求還不是很迫切，有些還在不斷壓低設(shè)計成本。而3D打印技術(shù)是綜合計算機、激光、新材料、CAD/CAM集成等技術(shù)而形成的一種全新的制造技術(shù)，是高科技的產(chǎn)物，技術(shù)含量較高，所以，目前快設(shè)備的價格較貴，限制了3D打印技術(shù)的推廣應(yīng)用。

（二）材料問題。目前市場上，3D打印的實物造型基本都是以朔料、橡膠類為主，因為這類材料容易被光固化技術(shù)所利用。由于材料技術(shù)開發(fā)的專門性，一般價格都比較貴，造成生產(chǎn)成本提高。因此，3D打印要進(jìn)一步發(fā)展首先必須解決打印材料問題。

（三）功能單一?，F(xiàn)有3D打印機的成型系統(tǒng)都只能進(jìn)行一種工藝成型，而且大多數(shù)只能用一種或少數(shù)幾種材料成型。這主要是因為快速成型技術(shù)的專利保護(hù)問題，各廠家只能生產(chǎn)自己開發(fā)的快速成型工藝成型設(shè)備，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這種保護(hù)體制已成為快速成型技術(shù)集成的障礙。

（四）成型精度和質(zhì)量問題。由于3D打印軟件技術(shù)的研究還不成熟，目前生產(chǎn)的產(chǎn)品精度及表面質(zhì)量大多不能滿足工程直接使用的需要，不能作為功能性零件，只能作原型使用。為提高成型件的精度和表面質(zhì)量，必須改進(jìn)成型工藝和快速成型軟件。

（五）軟件問題。隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，軟件問題越來越突出，快速成型軟件系統(tǒng)不但是實現(xiàn)離散/堆積成型的重要環(huán)節(jié)，對成型速度，成型精度，零件表面質(zhì)量等方面都有很大影響，軟件問題已成為3D打印技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

三、南京市培育3D打印產(chǎn)業(yè)的對策建議

黨的十八大報告明確提出要“推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、先進(jìn)制造業(yè)健康發(fā)展”。江蘇歷來走在技術(shù)創(chuàng)新的前列，省委羅志軍書記在今年10月份視察南京的紫金立德公司時指出，3D打印技術(shù)將在未來的制造業(yè)、服務(wù)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮很好的推動作用，羅書記要求從創(chuàng)新驅(qū)動和科技進(jìn)步方面考慮，給予相關(guān)的政策、資金和其他條件支持，使這個產(chǎn)業(yè)盡快發(fā)展起來。南京作為江蘇的省會、全國唯一的國家科技體制改革試點城市的省會，正面臨以創(chuàng)新驅(qū)動為核心戰(zhàn)略，以創(chuàng)新型經(jīng)濟和服務(wù)型經(jīng)濟為主攻方向的第三次重大歷史機遇。發(fā)展和培育3D打印產(chǎn)業(yè)，改造傳統(tǒng)制造業(yè)，提升產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，是南京堅持創(chuàng)新驅(qū)動道路、打造新興產(chǎn)業(yè)名城的重要突破口，有助于南京進(jìn)一步發(fā)揮現(xiàn)有優(yōu)勢，搶占新一輪發(fā)展先機。近兩年，南京市出臺了“1+8”政策文件、科技九條、321人才計劃等一系列突破性的政策，也為發(fā)展和培育3D產(chǎn)業(yè)營造了良好的環(huán)境。今后，可以從以下幾個方面著手進(jìn)行探索：

（一）成立3D打印技術(shù)研發(fā)聯(lián)盟。2011年6月，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布一項新政策，并向3D打印產(chǎn)業(yè)支出5億美元以提升美國在制造業(yè)上的領(lǐng)先地位。不久前，又投資4500萬美元用以建造一所新型制造業(yè)研究院，幫助新興創(chuàng)新行業(yè)發(fā)展，將其帶入主流行業(yè)。亞洲制造業(yè)協(xié)會聯(lián)合華中科技大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、清華大學(xué)等權(quán)威科研機構(gòu)和3D行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)共同發(fā)起的中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式宣告成立。南京市可以盡早考慮將3D打印技術(shù)納入新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，在政策引導(dǎo)、資金支持方面給予扶持；組織成立政產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，發(fā)揮南京師范大學(xué)、南京紫金立德、南京寶巖等走在3D技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用前列的高校、院所和企業(yè)的優(yōu)勢，在該技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行深入的研究推廣。鼓勵從事材料研究和生產(chǎn)的科研院所、企業(yè)參與該技術(shù)的研發(fā)過程，有針對性地從源頭上解決發(fā)展瓶頸問題。

（二）統(tǒng)籌發(fā)展與3D打印相關(guān)的產(chǎn)業(yè)。南京的軟件產(chǎn)業(yè)一直走在了全國前列，有條件在這方面探索如何有效地利用軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢為3D打印提供軟件技術(shù)服務(wù)，從而提高3D打印的速度，成型精度、零件表面質(zhì)量，解決制約該技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題，形成3D打印技術(shù)與軟件產(chǎn)業(yè)共贏發(fā)展的良好局面。美國3D打印服務(wù)企業(yè)Shapeways已擁有15萬個會員及超過6000個用戶，已為顧客打印過上百萬件產(chǎn)品。杭州的銘展公司也已經(jīng)率先成為中國第一家 3D 打印服務(wù)公司，只要用戶提供 3D 數(shù)據(jù)，選擇建造材料，就可以將其設(shè)計變成實體。南京市目前還沒有企業(yè)開展此類業(yè)務(wù)，3D打印要發(fā)展成為成熟的產(chǎn)業(yè)，就需要培育一批提供配套服務(wù)的企業(yè)，為該產(chǎn)業(yè)發(fā)展增強動力。

（三）重視人才引進(jìn)和技術(shù)的推廣應(yīng)用。重視3D打印技術(shù)方面的人才儲備和培養(yǎng)，依托南京的321人才引進(jìn)計劃，吸引海內(nèi)外在3D打印技術(shù)方面有領(lǐng)先優(yōu)勢的人才和項目落戶南京。對本土企業(yè)研發(fā)的3D打印產(chǎn)品，加大宣傳力度，提供首購首用等政策支持，允許在科技園區(qū)、科技創(chuàng)業(yè)特別社區(qū)等全市創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地先行先試，拓展產(chǎn)業(yè)發(fā)展空間。

（四）建立知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度。3D打印機的三維模型圖紙導(dǎo)入方式有兩種：一是通過與計算機連接從計算機導(dǎo)入三維設(shè)計圖；二是直接通過3D掃描儀將現(xiàn)成實物的立體模型掃入打印機。一旦物品能用數(shù)字文件來描述，它們就會變得很容易復(fù)制和傳播，其知識產(chǎn)權(quán)的擁有者的利益很容易受到侵害，在知識產(chǎn)權(quán)領(lǐng)域進(jìn)行的斗爭會更加激烈。南京作為全國知識產(chǎn)權(quán)示范城市，應(yīng)該未雨綢繆，將3D打印技術(shù)的保護(hù)納入知識產(chǎn)權(quán)開發(fā)應(yīng)用和保護(hù)體系當(dāng)中，制定配套的保護(hù)方案，為3D打印技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化提供良好的法制環(huán)境。

（作者單位：南京市科委）