赛迪顾问 电子信息产业研究中心   马思超

　　技术正不断向大尺寸、高精度、复杂化结构发展。对打印材料的拓展使用和打印精度控制不断提高成为主要亮点。作为趋于成熟的新兴技术，3D打印仍须与传统制造技术相结合，互相取长补短才会有光明的未来

　　3D打印技术问世以来，一直是社会关注的热点，很多地区将3D打印产业列为重点发展产业之一。3D打印技术正被广泛运用到文化创意产业、生物医疗、工业设计等多个领域。

　　“3D打印技术正不断向大尺寸、高精度、复杂化结构发展。对打印材料的拓展使用和打印精度控制不断提高成为主要亮点。”中科院化学研究所研究员、绿色印刷重点实验室主任宋延林介绍说。

　　由于材料以及可控性等诸多问题难以突破，目前全球较为广泛使用的3D打印机都以树脂、塑料以及生物材料为主，生产工业模型等产品。中国3D打印技术产业联盟首席顾问、清华大学教授颜永年是国内较早从事3D打印技术研究的专家，他认为：“用激光3D技术打印出各种精密的金属物件，才可以称为真正意义上的‘3D打印技术革命’。”

　　“‘4000W—L-SS’平台是目前国内3D打印产业的一大新亮点。”颜永年说，“所谓L-SS是LCD、SLD和SLS三种工艺的缩写合成，LCD是激光熔敷沉积成形技术，SLM是选择性激光熔化成形技术，SLS是选择性激光烧结成形技术。”清华大学系统集成研究所与江苏永年激光成形技术有限公司合作，将CAD模型（产品的计算机模型）、分层和路径规划、工艺参数和激光智能系统相关的信息和数据通过计算机集成制造系统的原理和集成方法与多台3D打印设备和激光器集成，形成一个“激光—3D打印”设备网络，实现在计算机管控下的优化配置，可以大大提高信息共享度、资源利用率和节能效率。

　　国外用于激光加工（焊接和切割）的网络其实早已存在，但尚无用于激光3D打印的网络。“L-SS平台的建成和投产的意义重大，将在航空、航天、、模具修复以及矿山设备修复等方面发挥重大作用。”颜永年表示，如在远洋船舶上装L-SS平台，可大大减少重型零配件的载带量，平台的车载形式将构成流动军工装备战地修复“医院”和矿山设备现场修复“医院”，这在国内处于领先状态。

　　3D技术方兴未艾，不过，记者采访的多位专家和企业负责人均表示，目前在我国发展3D产业，还存在诸多发展瓶颈和需要加强的环节。

　　在宋延林看来，3D产业的进一步发展仍面临一些技术局限。比如如何实现高精度的打印，避免二次加工；如何提高打印速度，以提高生产效率；如何提高打印器件性能，以便与传统制造方式媲美等。

　　“突破这些技术局限，需要从事打印材料、设备和软件研发的科学家加强交流与合作，形成广泛交叉学科的研发团队，集中突破。”宋延林认为，在这方面，3D打印的开发至关重要，如纳米材料应用于3D打印技术，可以在提高打印产品的性能和精度方面发挥重要作用。

　　将3D打印技术引入我国的主力军是清华大学、西安交大和华中科技大学等高校，行业领域的领军人物基本都是学者型人才。“他们应更多地与金融专家、市场营销专家展开合作，克服研究者在产业发展方面的局限性。”颜永年建议，此外，3D打印应与传统的制造业相结合，这是3D打印发展的正确方向。“3D打印仍是趋于成熟的新兴技术，必须与传统制造技术相结合，互相取长补短才会有光明的未来”。

韩品连：3D打印挣脱传统设计理念，取代减材料产业

　　近年来，有关3D打印的新闻层出不穷，占据各大新闻媒体，国内也掀起了一股3D打印热潮。其实3D打印并非新生事物，早在1986年全球第一台3D打印机就已经诞生，此后3D打印一直用于非常专业、狭小的领域。在过去的几年里，由于受到计算能力、新型设计软件、新材料及互联网进步的推动，3D打印技术发展迅速，已从最初科学普及的阶段，向功能性产品加工生产的应用领域纵深推进，在航空航天、军工生产、汽车制造、医疗器械、教育科研和个人消费等领域得到初步应用。

　　随着3D打印的不断发展，3D打印将会给传统制造带来无法估量的影响，这一观点已取得社会大众普遍认可。面向未来，3D打印能否取代传统的制造业？中国又能否站在3D打印的科技浪潮上，赶超世界？近日，《千人》杂志对话万泽中南研究院院长韩品连，谈及这些问题，他坚信3D打印不但是中国赶超发达国家的一大机遇，更将取代传统的制造业，改变世界。

　　近几年， 欧美等发达国家由于遭受国际金融危机和欧债危机，纷纷推行以重振制造业为核心的“再工业化”战略，积极抢占先进制造业制高点，试图确立第三次工业革命进程中的优势地位。为此，美国重点培育3D打印产业，并将其视为美国“再工业化”、重振制造业雄风，打败中国和世界的重要武器。

　　而近些年3D打印普及成本下降，更是让这一技术发展迅速。作为引领第三次科技革命最受瞩目的技术之一，中国亦认识到其重要性，于2015年先后出台《国家增材制造产业发展推进计划（2015年至2016年）》和《中国制造2025》两大文件，充分利用3D打印，为“中国制造”向“中国智造”转型投石问路。

　　正如3D打印的技术名称“增材制造”，3D打印通过CAD设计数据，采用材料层层叠加积累出需要的产品，是一种加层制造（ALM，Additive Layer Manufacturing）。不同于传统制造将多余的材料去除掉，保留所需要的形状，制作过程费时费力，还会造成许多材料浪费，3D打印可以精确地控制物料，有效地降低成本、提高生产力，可谓是工业设计领域的精耕细作，而且其制作应用领域之广也是传统技术所无法企及的。

　　此外，在设计理念上，传统制造业的设计是面向工艺的设计，设计的时候要先考虑传统制造方式的可行性。与此不同的是，3D打印的设计是面向性能的设计，设计时只需考虑产品结构的最优性能，从而拓展了创新、创意的空间，激发设计人员的创新思维。在韩品连看来，3D打印带来的这种全新的设计理念正是中国发展该行业的重大机遇。

    首先，3D打印的设计理念颠覆了传统制造业的设计方法和加工理念，这让在很多方面落后于世界的中国有机会再次同发达国家站在同一个起跑线上。以航空发动机为例，目前全球能生产大型航空发动机的企业只有三家：英国的Rolls-Royce（罗尔斯·罗伊斯），美国Pratt&Whitney（普拉特·惠特尼公司）以及GE（美国通用电气公司）。“这三家企业目前掌握着航空发动机的核心技术，垄断着商用航空发动机的市场。他们若要将3D打印的设计和生产理念应用于生产制造，必然要摒弃先前的生产设计理念和制造设备，从起炉灶，他们所掌握的核心技术也就没有太大的意义，也是和我们站在同一起点发展。而且，他们在已经垄断了市场，掌握核心技术的前提下再发展3D打印付出的代价是巨大的，那么相对的，他们应用3D打印这种新事物的阻力也比我们要大。”韩品连信心满满地道，“3D打印对中国来说就像是天上掉馅饼。中国现在是一张白纸，无论是航空发动机还是其他领域，若是想追赶世界上的发达国家，都是可以一步到位的。现在3D打印从生产流程到数据库都是现成的，中国发展3D打印的关键在于怎样设计。”而在设计方面，3D打印个性化的设计理念，让该行业无法形成一个固定的行业标准，3D打印技术委员会2009年成立至今也不过制定10项标准。而3D打印这种“无法无天、无边界、无约束”的行业标准，在韩品连看来为中国发展3D打印提供了无限的可能性。

　　另外一方面，中国拥有发展3D打印最大的市场。中国作为世界上第一人口大国，未来对3D打印的需求也是巨大的。与此同时，中国在很多领域都落后于世界，亟待更新，这对于3D打印发展无疑也是一个巨大的市场。

　　尽管如此，新事物的发展壮大从来都不是一蹴而就的，需要多方面做出努力，中国发展3D打印同样也有一些无法回避的问题。

　　中国发展3D打印的前景虽然一片大好，但目前存在的一些问题也是无法忽略的，比如3D打印目前只能极小批量制造，3D打印主要用于消费类产品等等。对此，韩品连认为主要有两大因素制约着我国3D打印的发展，一是国人固有的观念，二是中国3D打印市场没有真正打开。

　　3D打印的设计制造非常地个性化，这就要求人们敢于打破陈规，勇于自主创新不怕试错。在韩品连看来，3D打印目前主要用于极小批量的制造，技术方面的制约并不是无法克服的，最难克服的是人们的观念。3D打印是做“加法”制造，和传统的减材料制造从设计到生产都不同，但人们却无法摒弃传统制造业的条条框框，用固有的传统减材料制造的思维来衡量3D打印的设计生产，限制住了3D打印的无限可能性。“现在我们3D打印的所有设计都是围绕着怎么把它加工出来，并不能围绕3D打印本身的工艺特点能够制造的东西这一点来设计。”韩品连认为人们目前仍然停留在用3D打印来衡量能否制造出传统减材料制造的产品，这也就造成了现在的3D打印还处于“小打小闹”的试验阶段，无法大批量生产制造。在韩品连看来，“3D打印永远无法取代传统制造”这一观点是建立在传统制造业永远存在的情况下，如果3D打印能够按照增材料制造本身特点来设计，情况却又另当别论了。

　　不过3D打印的小批量生产在一方面也折射出了相较于发达国家，中国在应用方面的落后。韩品连认为目前3D打印并未真正投入实际的应用中，生产制造的意义更多地在于证明3D打印可以使用，仅有的一些实际应用，比如航空航天的某一个零件，这些本身都是小批量的需求，真正的大众市场需求还有待进一步打开。

　　市场需求决定创造生产，这一道理放之3D打印这一行业也是通用的。对于3D打印的发展问题，韩品连一再强调中国当前市场缺乏。在他看来，市场需求牵引着方方面面，有市场需求才会有创新动力。“没有市场并不是说国内真的没有3D打印的市场，国内关系到国计民生的重大装备绝大多数都由国企垄断生产，比如航空发动机和军用产品。”在韩品连看来，市场的垄断在一定程度上也导致了无人愿意钻研创新，如果有市场需求做牵引，3D打印速度过慢，3D打印无法大批量生产制造，这些问题都会有人致力研究解决。除此之外，目前3D打印的产品主要应用在消费类产品也是市场驱动的典型表现。“消费类产品制造耗时短，对产品寿命和安全性的要求也不是很高，而且见效快很容易吸引大众眼球，这些都是它的市场。”韩品连解释道。

　　发现问题就是进步，而解决问题则是发展。中国发展3D打印首先要做的就是改变国人“追随者”的自我定位，打破“不敢为人先”的观念。但观念的改变并非易事，还需做好普及性教育。对于3D打印，韩品连认为应该将其理念从小灌输给孩子，在孩子小的时候就埋下创新的萌芽，为3D打印个性化的设计理念做准备。与此同时，3D打印理念的灌输也有利于孩子树立环保意识，尽可能充分地合理利用大自然的资源，节约资源。

　　3D打印的发展不仅需要潜移默化地改变国人固有的观念，同时也需要国家的引导扶持。对此，韩品连认为国家首先应该确定一些关键性的需求，将3D打印应用于医疗器械、生物制药、军工用品这些代表国家实力的高端技术装备里。比如对中国的战略国防最有冲击力的航空发动机，韩品连说道：“航空发动机里面有很多零部件都是非常个性化的，以前通过传统的制造方法一点一点抠出来，而通过3D打印的累积堆叠制造方式，最为方便也最为省材经济。比如航空发动机里面的高温部件、高压涡轮或者叶片，这些都可以尝试着从3D打印的角度去突破。”他建议政府应给予航空发动机这些生产风险大、成本高，目前来看最能够取得突破并达到立竿见影的效果的产品一定的政策倾斜。同时，国家还可以鼓励几个城市或者市区率先建立一些国家重点实验室，鼓励中小企业特别是民企快速进入3D打印这个领域，充分利用丰富的民间资本。但所有这一切都建立在国家首先打开使用方的市场为基础。“谁想做都能做，废除一些不必要的门槛”，韩品连说道，“只有真正地打开市场，不封闭在某个局限的行业里，不断地蜕化，3D打印才能朝更好地方向发展。”

　　市场需求决定行业发展是亘古不变的道理，但行业的发展也需要多方面做出努力，不仅国家，产业联盟也需要为之努力。目前中国的产业联盟仍旧比较松散，实际解决问题的能力有待提高，很难为行业的发展提供太大帮助。首先要做的就是建立针对市场的产业联盟。“产业联盟必须要有一个确切的而且有市场的商品做牵引，不能泛泛而谈，也不能各自埋头苦干，要形成真正的活力。”韩品连说道。对此他提议建立契约型产业联盟，而不是合同型产业联盟。在契约型的产业联盟里，大家为一个共同的目标努力，以契约的形式分工，每个人或者企业必须按照整个项目的要求和进度完成分内之事，如若不然则需受罚。“产业联盟的机制一定不能是松散的，产业联盟内每个人都要勇于承担风险。”而在建立产业联盟之后，韩品连又说道：“产业联盟可以达到资源共享、知识共享，合理利用国家和政府对该产业的支持，务必使每一份资源都达到最大化的利用。”其次，3D打印的发展还必须要解决产品机械性能考核的问题，而这就需要有与之配套的质量检测手段和产品标准。韩品连认为3D打印由于其个性化的设计和个性化的设备很难建立一个统一的行业标准，只能建立具体的产品标准，以此检验产品的合格与否，从而推动生产。

　　闭门造车不如博采众家之长。韩品连认为中国发展3D打印可以借鉴海外的相关经验，密切地关注国外3D打印的新技术，特别是在3D设计方面，国外能给我们提供许多启发。而问及3D打印未来对这个世界的影响，韩品连笑称今后3D打印将无处不在，3D打印的设计理念将融入人们生活地方方面面。未来人们只需要拥有一台3D打印机，就能够自给自足。

韩品连，国家“千人计划”专家，万泽中南研究院院长。