3D打印：搶占高端話語權，成為焦點

近兩年3D打印很熱，一方面研究機構預測，3D打印呈現出快速增長的態勢；另一方面已經開始呈現出泡沫。中國企業如何避免同質化，布局高端搶占技術制高點，推動關鍵零部件核心技術的突破，推動新應用模式，成為焦點。

　　與國外存在多方面差距

　　中科院寧波先進制造技術研究所副所長張文武認為，我國3D打印與國際先進水平存在多方面的差距。首先是原材料受限嚴重，眾多重要金屬粉體依賴進口，國產粉體質量有待提高。由于受到廣泛重視，國內眾多研究機構大力參與，目前粉體制造的水平在快速提高。其次是國產的激光及激光掃描振鏡等運動系統核心元器件質量偏低，高端市場基本被國外壟斷。隨著大量海外人才的回歸，這方面有所改觀，但近期內仍然是國外占主導。再次，國內開發出了一系列3D打印軟件系統，但與國際知名公司相比，軟件的完整性和實用性存在差距。最后，雖然國內3D打印與國外起步時間相當，但原創性工藝幾乎被國外壟斷，中國技術出口面臨知識產權危機。

　　談及目前中國3D及全球打印產業現狀，賽迪智庫裝備工業研究所所長左世全坦言，一方面，中國各地積極布局3D產業，越來越多的企業進入3D打印領域，已經開始呈現出產業過剩、同質化的趨勢。而且各地的3D打印產業園、3D打印企業主要集中在低端市場，做組裝工作，核心關鍵零部件主要依靠進口，缺乏對基礎材料的研究。另一方面，全球的3D打印巨頭都在不斷尋求新升級方向，希望進一步搶占高端話語權。

　　向多維仿生制造演進

　　目前，中國3D打印產業與國外尚存在差距，而國外產業巨頭和研究機構又在各個技術制高點上進行新的探索，不斷升級。在這樣的背景下，國內企業如果不加緊在關鍵點上進行布局，未來的差距有可能被進一步拉大。

　　從全球對高端以及多元3D打印技術的升級與探索方向來看，出現了以下的趨勢，值得關注。

　　一是生物3D打印加速產業化。清華大學生物制造中心教授徐弢坦言，生物3D打印技術以其特有的高精度、對復雜結構的強大成型能力、快速節能等優勢，成為解決組織及器官移植短缺的最有效的方式。從技術上看，生物3D打印以細胞、生長因子等組成人體組織和器官基本要素為加工對象，天然地與幾乎所有醫療產業高度關聯，其在醫療領域的衍生及滲透性可比擬信息技術在各個行業的重要作用，有廣闊的產業發展前景。

　　二是從3D向4D打印方向推進。張文武坦言，目前的3D打印技術一般只打印三維幾何形體，很少涉及自感知、自報警、自修復、自愈合等超越三維的智能嵌入。國際上新出現的“4D打印”是超越三維打印技術的一個前奏。

　　張文武認為，人類的制造技術一直在向大自然學習，3D打印是多維仿生制造的初級階段。4D打印引入時間域的形體和功能變化。相對生物體，人類的制作技術還只是孩童階段。生命可以自然生滅發展演化，人類的制造品未來將進一步與高級仿生看齊。高端機器人、智能技術、智能制造技術將融合。因此，3D形狀只是制造技術的當前發展熱點，長遠的趨勢必定是“多維仿生制造”，仿生則不僅僅是生物打印、活體打印，而是智能的嵌入和演化。

　　加速布局推動產業突破

　　徐弢認為，應該在以下幾個維度進行布局，以推動中國3D打印的產業突破。在學術思想上，從三維到“多維仿生”，3D幾何加智能感知、修復、執行等；從增材到“增益”，以提升功能及功能密度為優化目標。在技術創新上，大力扶持高端原創性技術、國產化關鍵核心元器件、高端材料研究；追求理想工程解，全局優化工藝、設計、生產形式。在架構與體制設計上，充分結合互聯網、物聯網、制造網、服務網，政、產、學、研、媒、用、金、法八方聯合，建立國家級創新聯盟、創新設計智庫。

　　中國航空工業信息中心首席專家寧振波表示，一是要以應用為導向來驅動3D打印技術的發展，二是要注重材料等3D打印的基礎。要從軟件、服務模式、應用與生態鏈等多維度來推動中國3D打印的發展。

　　專家觀點

　　中科院寧波先進制造技術研究所副所長張文武

　　推動3D打印要關注可靠性和成本

　　目前，已經有較為成熟的3D打印設備在市場上批量銷售，但3D打印技術本身還面臨著一系列的問題，如打印速度偏慢、打印材料性能差、成型裝備和材料成本高、可操作性差、成型精度及質量不高等問題。特別是適用于當前許多3D打印設備的打印材料非常有限，打印尺度偏小，很難實現多維和多尺度的打印。都有待突破。

　　對增材制造、減材制造、等材制造進行融合創新，關注可靠性與成本，徹底攻破各行業的準入門檻，取得核心器件上的突破，是推進3D打印不斷前進的關鍵。

　　清華大學生物制造中心教授徐弢

　　各國加速發展生物3D打印技術

　　世界各國正大力發展生物3D打印技術，搶占這輪新技術浪潮制高點。奧巴馬政府將3D打印列為重振美國制造業的重要技術，特別是針對生物3D打印技術，已先后出臺包括《2020年制造技術的挑戰》、《美國多部門戰略計劃——組織科學與工程的戰略發展》、《NSF研究和創新前沿生命與工程系統界面計劃》等多個政策和指南；歐盟委員會也出臺了《制造業的未來：2015-2020》等以發展生物3D打印技術為重要內容的戰略報告。

　　更為緊迫的是，歐美發達國家對生物3D打印產業布局已緊鑼密鼓地展開，借助國家和金融資本對生物3D打印產業進行重點扶持，以美國納斯達克上市公司Organovo等為代表的一大批生物3D技術企業迅速發展，積極推行專利保護，加快行業標準制定，逐步提高生物3D打印技術及產業準入門檻。

　　中國科技大學材料科學與工程學院教授史玉升

　　增材制造有4個發展方向

　　增材制造技術向著如下幾個方向發展：向日常消費品制造方向發展，向功能零件制造發展，向智能化裝備發展，向組織與結構一體化制造發展。

　　增材制造技術的應用，為許多新產業和新技術的發展提供了快速響應制造技術。例如，在生物假體與組織工程上的應用，為人工定制化假體制造、三維組織支架制造提供了有效的技術手段。在汽車車型快速開發和飛機外形設計上應用增材制造技術，加快了產品設計速度。國外增材制造技術在航空領域應用量超過12%，而我國的應用量則非常低。增材制造技術尤其適合于航空航天產品中的零部件單件小批量的制造，具有成本低和效率高的優點，在航空發動機的空心渦輪葉片、風洞模型制造和復雜精密結構件制造方面具有巨大的應用潛力。

　　用增材制造技術制造高性能鈦合金零部件是打造高附加值鈦及鈦合金產業的一個重要方向，在大型客機、高檔汽車以及生物醫用等鈦合金零部件市場有廣闊的市場前景。