我国3D打印发展面临材料与产业创新双重瓶颈

丁雪

在刚结束的两会上，李克强总理在《2015年政府报告》中指出，制造业是中国的优势产业，要实施“中国制造2025”，制定“互联网+”行动计划，推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展。工业和信息化部、国家发展和改革委员会、财政部于2月28日发布《国家增材制造产业发展推进计划》，表明3D打印行业已进入了加速增长期，发展空间巨大。北京市科学技术委员会北京新材料发展中心于3月13日组织3D打印专家和行内从业人员召开“3D打印技术及产业沙龙”，探讨关于3D打印技术和产业发展态势。

3D打印产业发展难点在材料

3D打印技术依托于多学科的融合，不同于传统制造采用“人工+机械”的模式，3D打印与信息技术的结合远远多于传统制造。3D打印产业主要涉及材料、设备、软件、应用服务4个方面，北京工业大学激光工程研究员陈继民谈到，目前3D打印产业发展难点在于材料（我国提供3D打印材料的主要公司见表1），目前我国应用于3D打印的材料比较有限，现在市场上的打印材料有金属材料、树脂、塑料、陶瓷、石膏等。国内用于3D打印材料质量堪忧，且存在材料与设备的匹配性的问题。即使是应用于桌面打印机的热固性塑料在使用过程中仍存在堵头、断丝等问题。用于3D打印的金属粉末则基本依赖国外进口，国内没有商业化的产品。目前，使用金属材料在3D打印加工精度上与传统加工相比较低，尽管激光烧结金属材料加工精度已经可以达到0.1mm，相当于传统制造中精密铸造的水平，但是与车削加工相比精度仍然较低，因此在对精度要求较高的领域通常结合传统加工进行后续处理以提高精度。整体而言，3D打印使用的材料价格仍然较为昂贵，钛合金属粉末每千克价格在数千元至万元不等，主要原因是行業尚未大规模使用，原材料都是小批量供应，成本仍然较高。未来，随着技术水平不断提高，行业应用更为广泛，能够用于3D打印的材料越来越多，打印材料的价格也将大幅下降。

国内3D打印厂商缺乏自主知识产权

经过几年的媒体报道、企业的市场推广，无论是3D打印产业的从业者还是消费者，对3D打印技术和应用的认知度不断提高。加之国家政策对3D打印产业的支持愈发明晰，预计国内3D打印将呈现出爆发性增长。在这个过程中，中外企业间的竞争越来越激烈，国外一些公司正在力图通过技术专利来建立竞争壁垒。不过，随着鉴于熔融沉积成型技术（FDM）、激光固化成型技术（SLA）和选择性激光烧结技术（SLS）基础专利纷纷到期，会极大地缓解这一问题。

据北京易加三维科技有限公司总经理冯涛介绍，国内目前还没有主营业务是3D打印的上市公司，但已有20多家上市企业涉及3D业务。大多数从事3D打印企业没有上市，由于3D打印技术门槛较高，多数企业带有高校和院所背景。据了解，国内还没有真正实现商业化的金属3D打印设备，国内生产的3D打印机绝大多数还只是桌面级，产品集中于模型、玩具等低端领域。

随着产业的不断推进，一些自主产品陆续出现，北京工业大学正在自主研发3D打印设备，能够达到幅面不受限制、精度不降低；湖南华曙高科技有限责任公司由于掌握国际水准的核心技术，设备可以出口；北京航空航天大学、西北工业大学等在3D打印装备研发发展比较快，但主要面向航空行业。

总体来看，我国3D打印行业规模小、集中度低，在整个产业链都缺乏在全球市场领先的企业。在技术创新方面，微创新不断出现，但颠覆性的创新少。例如：一种全新的材料或全新的3D打印工艺，中国市场上推出或销售的3D打印机大多采用了开源技术，拥有自主创新的企业较少。在金融投资方面，由于距离商业化应用尚有距离，投资额度还较低。

工业领域是3D打印未来的市场

3D打印是增材制造，是直接从数字模型通过层层堆积来生产三维实体的技术。它可以按照计算机预先设计好的三维立体模型，以特制粉末或液态金属等新材料为原料，专用“3D打印机”为工具，将每层粉末打印成型，最终形成所需产品。3D打印最早主要用于产品原型的制造，受材料和打印技术等限制3D打印用于直接制造产品的比例非常小，而近年来随着技术突破，工业应用领域直接用于产品制造的比例快速上升，特别是在制造金属产品领域上的应用急剧增长。根据Wohlers Associates的统计，采用3D打印直接制造产品在全球3D打印和相关服务中的比例从2003年的3.9%增长到2013年的34.7%。

在全球范围内业界普遍看好3D打印在工业领域的应用，认为工业领域将是3D打印未来的主要市场。3D打印作为增材制造，发展的核心是“材”，不同的材料在形态、原理、结构方面表现不同，从理论上讲，很难有一台3D打印机适配于所有应用，因此，偏重工业化的专用机和专门化设备将成为发展主流。目前国内3D打印的市场主要是实验研发和个性化设计，3D打印将成为传统机械加工行业的有力补充，弥补大型复杂件加工难的不足。

而全产业链布局，也将是3D打印未来重要的发展方向。一些国际大型企业都开始向全产业链发展布局。美国3D SYSTEM早期自己生产光敏树脂，后来收购了塑料线材生产商VP，之后还收购3D打印陶瓷技术的领先供应商Figulo公司，不断将产业链扩大。国内以北京隆源自动成型有限公司为例，初创时是自己作材料，不断地进行材料和设备的匹配度调试，随着近几年国外大企业进入3D行业后，原材料与大厂合作，提高了生产效率，也提高了产品质量，拓宽了销路。从工业3D打印来说，在工业级FDM技术领域，仍然是设备厂商强势，主导材料发展；但从工业级3D打印产业长远发展来看，要实现直接成型的功能，使其不但有“形”，更要具有制品本身的“结构和功能”。这就需要强有力的材料厂商介入协同开发。

平台构建促3D打印产业发展

在中国的80后和90后中，有许多热衷于创新和富有创意的年轻人，他们愿意将热情投入到某个他们感兴趣的领域中，将他们的才华与他人分享，一旦他们的创意被大众认可，他们就会与公司和产品建立起情感联系，随着对3D打印技术感兴趣和使用这项技术的人越来越多，研发者开发出富有创意的3D打印平台（见表2）供大家交流、满足大众需求，这种个性化和定制化的研制和销售，3D打印的应用服务也将是3D打印产业未来市场发展的主要方向。

3D打印更新了传统的制造方式，从无到有地制造零件的新型制造技术，一些颠覆性的创新在推动3D打印产业发展，目前3D打印产业正进入加速成长期，发展空间巨大。我们相信，通过技术的不断发展，3D打印行业未来将创造出更大的社会财富。