中国3D打印技术的现状与前景——颜旭涛访谈

◎卢淼

中国3D打印技术的现状与前景——颜旭涛访谈

◎卢淼

颜旭涛

3D打印技术，是引领下一次工业革命的创新性成果之一，属于新一代绿色高端制造业。3D打印技术及其产业发展是全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮的重要基础，它与智能机器人、人工智能被称为是实现数字化制造的关键技术。民革北京市委会紧抓首都科技创新发展与加快构建高精尖经济结构的契机，以3D打印技术及其产业发展为重点，在傅惠民主委的带领下，集中多名该领域专家学者成立专题调研组，深入中关村科技园、怀柔高科技园区、北京太尔时代科技有限公司等进行实地调研，广泛搜集材料，认真研究探讨，以翔实的第一手资料为基础，形成了题为《支持3D打印技术创新驱动，推动首都高端制造业发展》的调研报告，提出了一系列促进首都3D打印产业发展的意见建议。提案受到中共北京市委、市政府的高度重视，市委书记郭金龙等多位领导亲笔批示。为了使读者能更全面了解3D打印技术，我们采访了民革党员、北京太尔时代科技有限公司副总经理颜旭涛先生。

记者：您能否介绍一下什么是3D打印，它究竟能打印什么？

颜旭涛：现在3D打印的确是一个很时髦的词，在大家看来，3D打印似乎是一个很神奇的东西，上到航天飞机，下到锅碗瓢盆都能打，就像是机器猫的魔法口袋。但实际上，3D打印不是像大家想象的那么神奇，它只是快速成型技术的一种。是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属、塑料等各种材料，通过逐层打印的方式来制作物体的技术。传统的打印是将文字和图片打印在纸上，而3D打印，可以将各种合适的材料打印成各种需要的形状。目前该技术在设计、汽车、珠宝、鞋类、航空航天、牙科和医疗、教育、建筑、土木工程、地理信息系统、、军工等行业都有广泛的应用。

3D打印技术的用途包括如下三大方面：首先是概念建模：3D打印技术能迅速将设计创意转变为实物，尤其擅长复杂结构的制作，便于设计师与客户和企业团队有效沟通，有助早期设计验证，并降低错误成本。第二是原型测试：产品研发离不开不断的验证和设计完善，利用3D打印技术及材料特性在企业内部快速制作产品或零部件原型并进行匹配度、功能性测试，能够缩短研发周期，加速产品上市时间，把握瞬息万变的商业契机。第三是直接数字制造（DDM）：根据3D的CAD数据进行3D打印，直接制造最终产品的制作流程，包括制造产品原型、生产工具或最终零部件等。这种“智能制造”的方式能显著缩短交付时间和生产成本，并具有小批量生产优势，帮助企业快速响应客户需求及市场变化。就像大家所理解的，目前3D打印可以制作小至首饰、日常消费品、假牙等，大至发动机、飞机机翼等各种物件。

记者：3D打印技术，是引领下一次工业革命的创新性成果之一，它将会推动我国由“工业大国”向“工业强国”转变。那么，您能介绍一下目前世界和我国3D打印技术的发展现状么？

颜旭涛：3D打印技术涵盖工艺、软件、材料、设备、应用等诸个方面，工艺技术是3D打印技术最核心的部分，主要的工艺技术包括熔融沉积成形（FDM）、光固化成形（SLA）、激光选区烧结（SLS）和激光选区熔化（SLM）。2015年全球产值将达到37亿美元，并预计到2020年达到52亿美元。其中，3D设备材料产值增长20.3%，达10.03亿；服务产值增长36.6%，达到12亿美元。美国仍然在全球3D打印产业占据主导地位，3D打印机全球销量的38%产自美国，中国占8.5%。美国两大3D打印制造商的产值占全球总产值的25.81%；从工业级打印机的出货量看，美国两大3D打印机制造商占比高达75%。

目前欧美一直引领着世界3D打印各方面技术的发展，美国是全球3D打印技术发展的主要推进国家。截至2014年初的统计，在全球2635项与3D打印相关的专利中，美国、日本和加拿大是申请专利最多的三个国家。在全球专利申请数量排名前20的机构中，有10家来自美国。

美国非常重视3D打印技术的发展。2012年，成立了由政府、公司、大学、非营利组织共同组成的“国家增材制造创新中心”，率先在国家层面上制定了战略规划，以强力推动美国3D打印技术的统一协调发展，其目的在于加快基础研究和应用研究的产业转化，促进美国制造业在世界的领先地位。2013年，该中心更名为“美国制造”，在之后的两年中，提出了技术路线图并进行一系列有助于技术发展和应用的活动。今年2月，该机构发布了新版的《增材制造应用研究与开发项目指南》；近期，该机构又发布了最新一版的增材制造技术路线图，该路线图包括设计、材料、工艺、价值链和增材制造基因组5个技术焦点领域，同时在每个技术焦点领域下分别划分了子焦点领域，并按照其技术成熟度分别对2020年之前的技术发展重点进行了规划。目前，美国除了在工艺、材料、设备技术方面快速发展和处于领先地位外，在医疗、电子、制造、建筑和航空五大行业中，3D打印技术应用的成果十分显著。

欧盟在3D打印方面的布局和美国类似，于2004年开始搭建3D打印创新中心——欧洲3D打印技术平台（AMPlatform）。目前，平台联盟成员超过350名，横跨欧盟26个国家，其中72%的成员来自工业界，其目的在于推动3D打印成为一个可以长期推动欧洲经济发展的关键技术。在美国战略性布局3D打印以后，欧盟在2013年通过“第七个框架计划（FP7）”投入大量经费，进行大范围部署。AMPlatform先后制定了欧盟3D打印的技术路线图（2014-2022）。对于欧盟未来的3D打印技术和产业的发展来说，工业界的参与是至关重要的，这将直接影响这项技术的发展活力和今后在不同领域的渗透程度。因此，欧盟的项目资金将用于扶持工业界和学术界在3D打印领域的发展和合作，以及技术的突破、转移和专业机构的培育。3D打印的标准化工作则是另一个重要的部分，其对于欧盟3D打印产品的质量提高、工艺成熟和相关服务的完善都起到重要的作用，将推动这项技术在欧洲快速的商业化。2015年6月，欧盟发布《3D打印标准化路线图》。

中国的3D打印产业以北京、武汉、西安、上海等地为中心，产业的上、中、下游都有企业涉足。目前，北京拥有清华大学、北京航空航天大学和中航工业北京航空制造工程研究所（625所）等一批科研机构以及北京隆源自动成型系统有限公司、北京殷华激光快速成形与模具技术有限公司和北京太尔时代科技有限公司等一批重点企业，3D打印技术和产业化程度较高，综合实力国内领先。2012年11月，以北京数控装备创新联盟、中国工业设计技术服务联盟为支撑，由中航天地公司、上拓公司、清华大学、北京航空航天大学等20余家企业和科研机构共同发起的北京数字化制造产业技术创新联盟成立。2013年1月，中国首家3D打印体验馆在北京工业设计创业产业基地开业，能够提供设计展示、信息汇集、产业孵化、人才培训、国际交流、材料查询和市场政策研究等专业服务。未来，北京将按照“全链条、全要素、全社会”的思路，全面推进以3D打印为代表的数字化制造产业发展，并启动“北京数字化制造技术创新与产业培育”实施方案，引导制造业与服务业有机融合发展，培育数字化制造服务业产业新型业态。

为促进中国3D打印技术的发展，中国工信部今年发布了《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》，国务院在《中国制造2025》中，五次提到“增材制造”，将其视为制造业技术创新与突破，并带动传统产业转型升级的重点领域。近年来，随着引进、吸收和创新，中国3D打印技术的各个方面取得了长足进展，在某些应用领域，例如航空工业，中国居于领先方阵，但在工艺技术、新材料开发等方面，中国3D打印技术的发展仍然处于跟随的状态，原创性技术发明和技术开发较少。

记者：在十三五规划建议中，提出了鼓励企业工艺技术装备更新改造，推动传统制造业的绿色改造，那在此过程中，3D打印技术能发挥怎样的作用？

颜旭涛：从美国发布的3D打印技术路线图和《增材制造应用研究与开发项目指南》中，我们可以发现，随着3D打印技术的进步，在与装备和产品制造相关的各个环节上，即设计、材料、工艺、生产、上市等方面，将出现一些颠覆性的改变。当3D打印技术发展将促使打印速度、精度、质量不断提高后，3D打印技术将更多的可以实现生产性的应用。

由于3D打印增材制造的特点，减少了传统机械制造的诸多环节，因此可以降低能源和材料消耗，提高生产效率，降低相应的各项成本。

3D打印技术的发展也使分布式生产模式的实现成为可能，一种产品可以根据设计模型在消费属地打印，省去了长途物流的环节，这也能大大降低制造企业的物流成本，并降低运输中的污染物排放，这符合绿色经济的发展方向。

记者：目前美国在全球3D打印产业中占主导地位，那目前中国与美国在3D打印方面的差距是什么，如何缩小这种差距，以及在此过程中我国3D打印技术和产业所面临的机遇与挑战是什么？

颜旭涛：目前中国与美国在3D打印方面的差距是多方面，第一，在体系建设方面，美国的3D打印技术发展注重政府、企业和研究机构的各方的网状合作，集各方的合力来促进美国3D打印技术和产业的发展，而不是点到点的线性合作和支持，并注重设计、材料、工艺以及各项技术门类和机构之间的对接与整合；第二，在技术方面，无论是设计、材料和工艺技术，还是设备制造技术，美国是全球拥有最多原创技术的国家，也是拥有3D打印技术专利最多的国家，而中国大多数3D打印制造商采用的是开源技术；美国制定了各项技术在各个阶段的发展路线图，具有较好的可实施性；美国的一些知名企业对3D打印技术在产品研发和生产过程中的应用非常重视；第三，在市场方面，美国市场已较为成熟，3D打印技术的应用在广度和深度都在持续的进展，再加上美国DIY文化，市场需求驱动着3D打印产业的发展。

缩小中国与美国在3D打印产业发展上的差距，需要3D产业相关各方的合作，包括与国外科研部门的合作，加大基础和应用技术的研究，推广3D打印的应用，鼓励各行业的领先企业率先开展3D打印技术应用方面的研究，以利于将3D打印设备成为一种生产型设备。

说到目前中国的3D打印技术和产业的发展面临着机遇与挑战的问题，我先谈谈机遇。首先，目前我国工业转型升级越来越迫切，在此背景下，我国工业转型升级的步伐将进一步加快，我国企业对缩短新产品的生命周期，提高产品设计能力的需求不断提高，这对于发展拥有产品设计与原型开发的3D打印设备的需求会不断增长。其次，我国正处于航空航天、国防军工快速发展时期，航空装备、卫星及应用已经被纳入国家战略性新兴产业进行重点扶持，激光快速成形等3D打印技术在复杂难加工的飞机、卫星零部件制造方面将有较大的发展空间。第三，3D打印作为新兴产业有望纳入国家重点支持的战略性新兴产业，技术创新和产业化将迎来有利的政策环境。因此可以说，目前中国政府对3D打印技术和产业发展的政策支持、中国巨大的3D打印技术的应用市场、中国一些企业具有自主创新和产品开发的能力等，这些都是中国3D打印技术发展的最好的条件。

但是我们也要看到，接下去的路还比较曲折。首先，在增材制造的体系建设上，中国还不够完善；中国缺乏可以提供各类设计模型的网络平台，设计师的设计模型的知识产权如何能够较好的保护，是一个关键的问题；其次，中国3D打印行业需要更多的高端人才，鉴于目前国内3D打印厂商规模和实力，无论是人才培养和人才招聘上，都有问题需要解决；第三，3D打印虽然是增材制造，但是在打印过程中也会产生一些废料，如何解决废料和废液的回收，也是3D打印行业可持续发展需要解决的问题。美国和欧盟对知识产权保护的强化和标准制定和落地的快速推进，将会对中国企业在全球市场的推广和销售形成竞争障碍。

记者：3D打印技术可以对航天航空、国防军工等方面发挥巨大作用，那么他对普通百姓的生活会产生什么样的影响，您能否畅想一下未来普通人的3D打印生活么？

颜旭涛：可能现在媒体宣传的，以后我们的生活就是3D打印的生活，住在3D打印的房子里，开着3D打印的车子，吃着3D打印出来的饭……或许有一天有可能会这样，但是目前看这样的生活离我们还是有点遥远。就现在来看，桌面级3D打印的研制和销售已使3D打印进入普通百姓的生活成为可能。近几年，价格低、体积小的3D产品不断涌现，更让一些人对3D打印技术在生活中的应用产生了兴趣。当3D打印建模软件的使用界面变得越来越简单易用，3D打印材料越来越适合于日常生活所用时，一些有购买力并会用建模软件的人——不要认为这个是很高大上的东西，建模软件将来会像office软件一样易用——将会利用不同的材料3D打印他们日常生活所需要的物品，例如挂钩、U盘套、玩具、花瓶、杯子等。未来，普通人家里拥有一台3D打印机，就如同有一个可以制造各种个性物件的工具，利用它，就实现“个人制造”的梦想。可以想象，未来在你生活中，很多生活用品，都是你自己设计并且独一无二的，甚至可以达到所想既所得的地步，是不是很神奇的一件事？！

（卢淼，民革中央宣传部干部/责编张栋）