中国3D打印产业的现状及发展思路_王忠宏

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中国3D 打印产业的现状及发展思路

王忠宏，李扬帆，张曼茵

(国务院发展研究中心产业经济部，北京100010)

(清华大学经济管理学院，北京100083)(北京航空航天大学经济管理学院，北京100191)

收稿日期：2012－11－10

作者简介：王忠宏，国务院发展研究中心产业经济部博士研究生;李扬帆，清华大学经济管理学院博士研究生;张曼茵，北

京航空航天大学经济管理学院博士后。

摘要：一些国家将3D 打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，使其引起广泛关注。发展3D 打印产业，可以提升我国工业领域的产品开发水平，提高工业设计能力;可以生产复杂、特殊、个性化的产品，有助于攻克技术难关;可以形成新的经济增长点，促进就业。面对新的生产方式变革和发达国家大力推进的“再工业化战略”，我国也应高度重视3D 打印等新型数字化制造技术的研发和产业化，加大人才培养、市场培育和应用推广的力度，努力在数字化革命和智能制造的“机会窗口”前取得3D 打印产业发展主动权。

关键词：3D 打印产业;数字化制造;发展思路中图分类号：F49

文献标识码：A

文章编号：1007－7685(2013)01－0090－04近期，英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中，将3D 打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，［1］

引发了世人的关注。作为新生事物，什么是3D 打印技术？它与传统产品开发和生产制造有什么区别？发展的意义何在？我国发展现状如何？下一步应如何发展？

一、

3D 打印概况(一)3D 打印的概念

3D 打印技术是制造业领域正在迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的制造技术”

。运用该技术进行生产的主要流程是：应用计算机软件设计出立体的加工样式，然后通过特定的成型设备（俗称“3D 打印机”），用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”

出产品。3D 打印技术是“增材制造”的主要实现形式

。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方法组合成最终产品。而“增材制造”与之不同，无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。

(二)3D 打印技术所依托的关键技术3D 打印技术需要依托多个学科领域的尖端技术，

主要包括以下方面：信息技术，即要有先进的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出产品的三维数字模型，

并根据模型自动分析出打经济纵横·2013年第1期

印的工序，自动控制打印器材的走向；精密机械，即3D打印技术以“每层的叠加”为加工方式，产品的生产要求高精度，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求；材料科学，即用于3D 打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。客观说，目前3D打印技术尚不成熟。作为一项多学科交叉的高新技术，还需要在各相关领域投入较大的研发力量，才能掌握完整的核心技术。

(三)3D打印技术的应用领域

近年来，3D打印技术发展迅速，在各领域都取得了长足发展，已成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用，在工程和教学研究等领域也占有独特地位。

具体应用领域包括：工业制造。可应用于产品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证。制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品：3D打印技术制造的小型无人飞机、小型汽车等概念产品已问世，家用器具模型也被用于企业的宣传、营销活动中；文化创意和数码娱乐：可作为形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。科幻类电影《阿凡达》运用3D打印技术塑造了部分角色和道具，3D打印技术制造的小提琴接近了手工艺的水平；航空航天、国防军工：可对形状复杂、尺寸微细、性能特殊的零部件、机构进行直接制造；生物医疗：可应用于人造骨骼、牙齿、助听器、假肢等的制作；消费品：可应用于珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY作品的设计和制造；建筑工程：可应用于建筑模型风动实验和效果展示，建筑工程和施工（AEC）模拟；教育：可应用于模型验证科学假设，用于不同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高校和军事院校，3D打印机已经被用于教学和科研；个性化定制：可提供基于网络的数据下载、电子商务的个性化打印定制服务。

从市场应用份额看，3D打印技术应用在汽车及零配件领域占37%，在消费品领域占18.2%，应用于航空航天和国防军工占13.7%，在商业机器领域占11.2%，在医疗领域占8.8%，在科研方面占8.6%。①

二、我国3D打印产业发展现状及面临的问题

近年来，我国积极探索3D打印技术的研发，初步取得成效。自20世纪90年代初以来，清华大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、北京航空航天大学、西北工业大学等高校，在3D打印设备制造技术、3D打印材料技术、3D设计与成型软件开发、3D打印工业应用研究等方面，开展了积极的探索，已有部分技术处于世界先进水平。其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率先应用于航天、航空装备制造；生物细胞3D打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物组织，为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。目前，依托高校的研究成果，对3D打印设备进行产业化运作的公司实体主要有：北京殷华（依托于清华大学）、陕西恒通智能机器（依托西安交通大学）、湖北滨湖机电（依托华中科技大学）。这些企业都已实现了一定程度的产业化，部分企业生产的便携式桌面3D打印机的价格已具备国际竞争力，成功进入欧美市场。

一些中小企业成为国外3D打印设备的代理商，经销全套打印设备、成型软件和特种材料。还有一些中小企业购买了国内外各类3D打印设备，专门为相关企业的研发、生产提供服务。其中，广东省工业设计中心、杭州先临快速成型技术有限公司等企业，设立了3D打印服务中心，发挥科技人才密集的优势，向国内外客户提供服务，取得了良好的经济效益。

在家用电器、汽车配件、通信技术、航天、军工等领域，3D打印技术被越来越多应用到产品研发和生产中。在医疗领域，国内高水平的医院使用3D打印技术，为患者提供定制的牙齿和骨骼替代物以及具有仿生性能的体内植入物。在教育领域，我国有很多高校购买了3D打印设备，开展多个学科的教学和研究工作。目前，中国已成为美

经济纵横·2013年第1期

①资料来源于维基百科英文版数据。