文 曲婷 詹儀

3D打印：打出未來(lái)?

文 曲婷 詹儀

近年來(lái)，全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)“3D打印熱”現(xiàn)象?！爸袊?guó)制造2025”也將3D打印上升為“國(guó)家戰(zhàn)略”，3D打印將顛覆傳統(tǒng)制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)并購(gòu)浪潮與產(chǎn)業(yè)聚集效應(yīng)。文中首先簡(jiǎn)要概述3D打印，其次介紹3D打印為何叫好不叫座的原因，最后呼吁人們共同努力來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的大爆發(fā)。

近年來(lái)，3D打印如雨后春筍般涌現(xiàn)。未來(lái)，它將拉開“第三次工業(yè)革命”的序幕。這種新興技術(shù)不僅能打印一件玩具、一幢建筑和人體各器官等，而且將走入千家萬(wàn)戶。同時(shí)，新一輪科技和產(chǎn)業(yè)變革正在世界范圍內(nèi)興起，各國(guó)紛紛搶占未來(lái)戰(zhàn)略制高點(diǎn)，發(fā)達(dá)國(guó)家加緊實(shí)施“再工業(yè)化”，我國(guó)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、提質(zhì)增效也迫在眉睫。智能制造與3D打印是全球產(chǎn)業(yè)界追逐的焦點(diǎn)，也為中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)了新的契機(jī)，必須抓住機(jī)遇，以向智能制造轉(zhuǎn)型為關(guān)鍵，以大眾創(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新為依托，走在升級(jí)發(fā)展前列。

3D打印概述

3D打印[1]是一項(xiàng)快速發(fā)展的技術(shù)。它以三維數(shù)字模型為依據(jù)，使用3D打印機(jī)，運(yùn)用粉末狀的石膏、樹脂、金屬、塑料、尼龍及食品材料等可粘合材料，通過逐層打印來(lái)構(gòu)造實(shí)物。3D打印不僅精度高，而且最薄厚度是0.025mm，即使用低檔次3D打印機(jī)也能打印出高質(zhì)量實(shí)物。

3D打印技術(shù)有不少優(yōu)勢(shì)：無(wú)需考慮打印復(fù)雜性，無(wú)需考慮品種多樣性，無(wú)需組裝，零限制，零技能制造，零尺寸限制，廢料非常少，無(wú)限的材料色度等。盡管3D打印技術(shù)持續(xù)風(fēng)靡，但產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用并不理想。對(duì)大多數(shù)上市公司，3D打印業(yè)務(wù)基本上還處于投入階段，并未形成顯著營(yíng)收，在各個(gè)行業(yè)仍處于“模型”或者應(yīng)用的初級(jí)階段。

為何叫好不叫座

大眾化的困境[2]

3D打印對(duì)制造業(yè)有輔助作用，但對(duì)一般市民不具備實(shí)用性，其用戶群狹窄。當(dāng)前運(yùn)用最多的3D打印機(jī)為FDM機(jī)型，其價(jià)格從幾千元到幾萬(wàn)元不等，一般市民無(wú)法承受，并且FDM只能打印塑料模型，耗材強(qiáng)度不高，無(wú)法實(shí)際運(yùn)用，對(duì)市民的作用可有可無(wú)，從而使3D打印用戶群進(jìn)一步縮小，商業(yè)應(yīng)用更不能擴(kuò)大。

門檻高

一般市民當(dāng)中會(huì)使用三維建模軟件建模、修模寥寥無(wú)幾，過高的技術(shù)門檻擋住大部分對(duì)3D打印有興趣的人。3D打印需要三維模型圖[3]，才能打印出實(shí)實(shí)在在的模型，若不會(huì)建模，3D打印機(jī)買來(lái)也無(wú)用，只能放在家里當(dāng)擺設(shè)。而一般人中，能運(yùn)用CAD、3Dmax等三維軟件的人不多，除了從事建模職業(yè)、機(jī)械制造業(yè)的學(xué)生以及建模愛好者，其他人完全對(duì)此陌生。

材料有限[4]

現(xiàn)在的工業(yè)級(jí)打印機(jī)雖然可以打印多種材料，主要以石膏、光敏樹脂、塑料為主，而其他材料往往面臨著以下問題：可適用的材料成熟度跟不上3D市場(chǎng)的發(fā)展；打印流暢性不足；材料強(qiáng)度不夠；材料對(duì)人體的安全性與對(duì)環(huán)境的友好性的矛盾；材料標(biāo)準(zhǔn)化及系列化規(guī)范的制定。而金屬工件的需求往往更大：根據(jù)不同的用途，金屬材料制備的工件要求強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、比重小、具有良好的可燒結(jié)性，材料無(wú)毒、環(huán)保，性能要穩(wěn)定，功能豐富等。

3D打印技術(shù)被熱炒多年仍未迎來(lái)產(chǎn)業(yè)化春天還有其他原因：人才嚴(yán)重短缺；比較優(yōu)勢(shì)不明顯；設(shè)備和材料成本高；技術(shù)本身處于不斷完善和成熟過程；涉及硬件、軟件、材料、工藝過程、核心部件對(duì)未來(lái)有依賴性、產(chǎn)品規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)問題；精度、效率及產(chǎn)業(yè)鏈配套的制約等。

如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化大爆發(fā)

設(shè)備大型化

在工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)鈦合金、高強(qiáng)鋼、高溫合金及鋁合金等大尺寸復(fù)雜精密構(gòu)件的制造提出更高要求[5]。目前現(xiàn)有的金屬3D打印設(shè)備成形空間難以滿足大尺寸復(fù)雜精密工業(yè)產(chǎn)品的制造需求，在某種程度上制約3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍。因此，開發(fā)大幅面金屬3D打印設(shè)備將成為一個(gè)發(fā)展方向。

材料多元化

以金屬3D打印為例，能夠?qū)崿F(xiàn)打印的材料僅僅為不銹鋼、高溫合金、鈦合金、模具鋼以及鋁合金等幾種最為常規(guī)的材料。3D打印仍然需要不斷地開發(fā)新材料，使3D打印材料向多元化發(fā)展，并能夠建立相應(yīng)的材料供應(yīng)體系，這將拓寬3D打印技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)合。

助力深空探測(cè)

月面設(shè)施構(gòu)件3D打印技術(shù)是利用月球原位資源，采用3D打印技術(shù)就地生產(chǎn)月面設(shè)施構(gòu)件，是未來(lái)建立大型永久性月球基地的有效途徑。該方法能利用原位資源制造3D打印所需的粉末材料，繼而采用3D打印設(shè)備直接打印出月面設(shè)施構(gòu)件，降低地球發(fā)射成本，并可利用月球基地的原位資源探索更遠(yuǎn)的空間目標(biāo)。

走入千家萬(wàn)戶

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展與成本的降低，3D打印技術(shù)走入千家萬(wàn)戶不無(wú)可能。如你可以在家里打印一雙鞋子；在你的車子里放著一臺(tái)3D打印機(jī)，汽車的某個(gè)零件壞了，便可以及時(shí)打印一個(gè)重新裝上等。

啟動(dòng)政策紅利

在認(rèn)識(shí)、適應(yīng)、引領(lǐng)“新常態(tài)”的過程中，傳統(tǒng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐加快、程度加深，如何將信息化、數(shù)控化前沿技術(shù)融入制造業(yè)，是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新，3D打印技術(shù)一直備受矚目?！吨袊?guó)制造2025》戰(zhàn)略推出以來(lái)，“以3D打印為突破口，提高制造創(chuàng)新能力”的呼聲也日益突出。

3D打印除了上述方面向產(chǎn)業(yè)化爆發(fā)期發(fā)展外，工業(yè)3D打印生物醫(yī)學(xué)也是一個(gè)新發(fā)展方向，但這需要更多的市場(chǎng)手段、更腳踏實(shí)地來(lái)推動(dòng)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化；發(fā)揮國(guó)內(nèi)在桌面3D打印方面的優(yōu)勢(shì)，涌現(xiàn)出更多新型公司；在金屬3D打印上，悅?cè)鹂萍家褟拇鞥OS發(fā)展到研發(fā)出小尺寸銅材質(zhì)的3D打印；大力培育新動(dòng)能，改造和提升傳統(tǒng)動(dòng)能；互聯(lián)網(wǎng)連接及智能化也是大勢(shì)所趨等。

目前，制約行業(yè)發(fā)展的不是核心技術(shù)，而是人們所持有的大局觀。從概念普及到示范應(yīng)用是一個(gè)長(zhǎng)期的過程。未來(lái)，也許一款新手機(jī)或者智能機(jī)器人可完成材料打印、材料組合、產(chǎn)品組裝整個(gè)制造過程。3D打印技術(shù)最終將會(huì)從輔助生產(chǎn)手段變成重要的生產(chǎn)工具，關(guān)鍵是找準(zhǔn)比較優(yōu)勢(shì)而不是一味想著顛覆，傳統(tǒng)生產(chǎn)解決批量化問題，3D打印解決個(gè)性化和定制化需求，這契合工業(yè)4.0[6]要求。同時(shí)，3D打印發(fā)展離不開創(chuàng)新性思維，只有創(chuàng)新才能引領(lǐng)發(fā)展，只有創(chuàng)新才能幫助客戶實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值，獲得更多的市場(chǎng)份額[7]。

[1]張曉龍.3D打印技術(shù)下對(duì)復(fù)制權(quán)的思考[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版),2015,04:67-70+75.

[2]王長(zhǎng)興.3D打印優(yōu)劣勢(shì)之我見[J].中國(guó)美術(shù),2016,03:53-54.

[3]吳平.3D打印技術(shù)及其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)[J].印刷質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)化,2014,01:8-10.

[4]朱則剛.創(chuàng)新引領(lǐng)制造產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)未來(lái)科技支撐3D打印技術(shù)發(fā)展[J].辦公自動(dòng)化,2015,07:32-37.

[5]蘆欣.3D打印應(yīng)成為未來(lái)高等教育發(fā)展的新常態(tài)[J].價(jià)值工程,2015,35:166-168.

[6]陳宏.工業(yè)4.0的發(fā)展[J].科技展望，2016,12:3-17.

[7]楊啟森.3D打印:一切皆有可能![J].智能制造,2016,04:18-19.

（作者單位 曲阜師范大學(xué)）

10.19436/j.cnki.1007-2160.2017.01.03