3D打印的戰(zhàn)略機(jī)遇期來(lái)了嗎

6月19日～22日，“第二屆世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)暨世界3D打印技術(shù)博覽會(huì)”在中國(guó)青島召開(kāi)，國(guó)內(nèi)外200多家3D打印行業(yè)的上下游企業(yè)和科研單位參會(huì)。英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》將3D打印視為未來(lái)一場(chǎng)工業(yè)革命的“核心”，奧巴馬政府也將其看作復(fù)興“美國(guó)制造”的希望。未來(lái)一年，該技術(shù)的幾項(xiàng)重要專(zhuān)利保護(hù)將到期，有可能迎來(lái)爆炸性發(fā)展期。3D打印的興起將對(duì)中國(guó)等依靠人口紅利的發(fā)展中國(guó)家?guī)?lái)挑戰(zhàn)，但也可能成為這些國(guó)家實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的機(jī)會(huì)。

一項(xiàng)“萬(wàn)能”的技術(shù)

3D打印又被稱(chēng)為“增材制造”技術(shù)，是一項(xiàng)起源于美國(guó)的新型制造工藝。該技術(shù)以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等材料，通過(guò)激光燒結(jié)、低溫塑性等方式快速制造出預(yù)想中的物品。這一技術(shù)之所以被稱(chēng)為3D打印，是因?yàn)槠涔ぷ髟砼c打印機(jī)非常類(lèi)似，都是一臺(tái)與電腦聯(lián)網(wǎng)的機(jī)器，其內(nèi)部也裝有“打印材料”，與普通打印機(jī)不同的是，3D打印最終創(chuàng)造出的是立體的物品。

該技術(shù)最早出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代的美國(guó)高校，一開(kāi)始只是一種較為復(fù)雜的數(shù)控技術(shù)。2010年以來(lái)，隨著該技術(shù)控制精度、所用材料均有突破性進(jìn)展，機(jī)器成本進(jìn)一步降低，3D打印的商業(yè)價(jià)值逐漸被世人關(guān)注。過(guò)去一年中，3D打印成為一股風(fēng)潮，技術(shù)拓展和商業(yè)應(yīng)用上出現(xiàn)了一系列標(biāo)志性成就。

一是3D打印的社會(huì)接受度明顯上升。從2012年至2013年，英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志多次就“3D打印”發(fā)表特別報(bào)道乃至專(zhuān)刊，介紹這一技術(shù)可能對(duì)世界帶來(lái)的革命性影響，并將其與蒸汽機(jī)、印刷術(shù)和晶體管技術(shù)的發(fā)明等量齊觀。在這些報(bào)道中，3D打印被吹得神乎其神，不僅可以復(fù)制出世間萬(wàn)物，還能創(chuàng)造出當(dāng)今尚未存在的物體。在中美兩國(guó)的資本市場(chǎng)中，凡是沾上3D打印的上市公司一時(shí)間奇貨可居，股價(jià)迅速騰飛。在2013年美股“100家增長(zhǎng)最快的公司”中，3D打印巨頭3D Systems公司被評(píng)為第五名。社會(huì)認(rèn)可度提升將有助于該技術(shù)得到投資者和市場(chǎng)的支持，這將確保該技術(shù)繼續(xù)進(jìn)步。

二是3D打印的精密程度有了顯著提升。該技術(shù)近期最有里程碑意義的事件都來(lái)自醫(yī)療領(lǐng)域。2014年4月，美國(guó)肯塔基州路易斯維爾大學(xué)和當(dāng)?shù)匾患要q太醫(yī)院宣布他們已經(jīng)成功利用人體脂肪干細(xì)胞成功打印出心臟血管和心臟瓣膜，未來(lái)他們將嘗試制作一顆“半天然半人工心臟”，然后將其植入病人體內(nèi)令其正常工作。2014年5月，來(lái)自美國(guó)圣地亞哥加州大學(xué)的一名納米工程學(xué)教授通過(guò)3D打印機(jī)打印出了一種類(lèi)似于肝臟功能的物質(zhì)，它可以為血液解毒，這將是創(chuàng)造“人工肝臟”的第一步。上述兩個(gè)成就不僅說(shuō)明3D打印可能將在未來(lái)的生物醫(yī)療中扮演重要角色，更表明該技術(shù)的國(guó)際先進(jìn)水平已接近納米級(jí)，運(yùn)用該技術(shù)“打印”計(jì)算機(jī)芯片、納米材料已經(jīng)指日可待。

三是3D打印機(jī)開(kāi)始普及化。正像當(dāng)年的計(jì)算機(jī)、手機(jī)一樣，3D打印機(jī)也在放低身段。商用3D打印機(jī)的單價(jià)已從數(shù)十萬(wàn)降為數(shù)萬(wàn)美元，這意味著一般的家庭式作坊已有能力承受這一新技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)上出售3D打印“定制商品”的數(shù)量也不斷增多，越來(lái)越多的廠商已將目光投向個(gè)人消費(fèi)市場(chǎng)，如今家用的3D打印機(jī)已降到5000元人民幣。3D打印核心專(zhuān)利“激光燒結(jié)技術(shù)”將于今年到期，這部分專(zhuān)利的授權(quán)費(fèi)隨之減少，因此將使每臺(tái)打印機(jī)的價(jià)格再下調(diào)500元左右。

奧巴馬的“救命稻草”

如果沒(méi)有金融危機(jī)，3D打印技術(shù)可能在很久以后才能迎來(lái)春天，而美國(guó)很可能成為一個(gè)徹底依賴(lài)制造業(yè)外包的“空心國(guó)家”。然而，金融危機(jī)使美國(guó)的政經(jīng)精英認(rèn)識(shí)到只靠金融建筑的財(cái)富是如此脆弱，而美國(guó)一直引以為傲的制造業(yè)優(yōu)勢(shì)正在受到韓國(guó)、中國(guó)的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此，奧巴馬政府上任以來(lái)一直在尋找拯救“美國(guó)制造”的救命稻草，而3D打印則是其中最有希望的。

2009年，奧巴馬政府推出《復(fù)興美國(guó)制造業(yè)框架》，明確指出美國(guó)不會(huì)重新發(fā)展勞動(dòng)密集型制造業(yè)，而是要走一條新路。在2012年發(fā)布的《捕捉國(guó)內(nèi)先進(jìn)制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的總統(tǒng)報(bào)告》中，奧巴馬進(jìn)一步提出美國(guó)將“聚焦于以一種新的、破壞性的、改變制造業(yè)面貌的先進(jìn)制造技術(shù)”，重塑美國(guó)制造業(yè)的世界領(lǐng)導(dǎo)地位。奧巴馬相信，3D打印就是這項(xiàng)擁有顛覆性創(chuàng)新的技術(shù)。

雖然受到國(guó)會(huì)、預(yù)算方面的掣肘，但奧巴馬發(fā)展3D打印的豪言壯語(yǔ)并未停留在口頭。2012年8月，奧巴馬政府首次提出建造“先進(jìn)制造業(yè)創(chuàng)新研究所”，第一家研究所位于俄亥俄州的揚(yáng)斯敦，由美國(guó)國(guó)防部、能源部和商務(wù)部等五家政府部門(mén)共同出資4500萬(wàn)美元，加上地方企業(yè)投資4000萬(wàn)美元，共同研發(fā)3D打印技術(shù)，并推動(dòng)這一技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合。2013年，奧巴馬成立了“先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃精英委員會(huì)”，匯集全美有關(guān)制造業(yè)創(chuàng)新技術(shù)的企業(yè)高管、學(xué)術(shù)精英和思想家，討論如何促進(jìn)3D打印等先進(jìn)制造業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展。2014年2月，奧巴馬在發(fā)表《國(guó)情咨文》后立刻宣布，將在底特律和芝加哥興建另兩個(gè)“創(chuàng)新研究所”，國(guó)防部拿出1.5億美元的國(guó)防預(yù)算，地方企業(yè)投資1.5億美元。這兩個(gè)研究所主攻3D打印在軍工領(lǐng)域的應(yīng)用，包括研發(fā)適用于3D打印的特種材料。同時(shí)，奧巴馬還宣布將由能源部出資7000萬(wàn)美元，設(shè)立研發(fā)獎(jiǎng)勵(lì)基金，鼓勵(lì)全美企業(yè)、科研單位及個(gè)人研發(fā)出可在3D打印中使用的輕質(zhì)、高強(qiáng)度、有多種功能的合金材料。

除美國(guó)外，歐盟、日本和一些發(fā)展中國(guó)家也將3D看成重要產(chǎn)業(yè)機(jī)遇。2014年6月，日本最新一期《制造業(yè)白皮書(shū)》將3D打印技術(shù)作為未來(lái)發(fā)展重點(diǎn)，該國(guó)產(chǎn)業(yè)界人士已開(kāi)始評(píng)估這一技術(shù)對(duì)“日本制造”帶來(lái)的沖擊。歐盟則是除美以外3D打印發(fā)展最快的地區(qū)，該地區(qū)企業(yè)占據(jù)全球市場(chǎng)份額的25%，僅次于美國(guó)。2014年4月，荷蘭建筑家開(kāi)始建造全球第一棟3D打印房屋，這座房屋名為“運(yùn)河屋”，一臺(tái)特大型3D打印機(jī)逐層“打印”出房屋的組裝模塊，建筑工人再像玩樂(lè)高積木玩具一樣將其組裝成型。在荷蘭出席核安全峰會(huì)期間，奧巴馬還特地跑到該公司參觀了工程進(jìn)展。在巴西，一家公司也看到了3D打印的商機(jī)，創(chuàng)辦了利用該技術(shù)定制“人物玩偶”的新業(yè)務(wù)，用戶(hù)只要提交一張正面和側(cè)臉照片，就能得到自己專(zhuān)屬的玩偶。

手工制造的末日？

3D打印代表著制造業(yè)的一種理想，人們可以脫離繁重的手工勞動(dòng)和枯燥的流水線，也能夠得到心滿(mǎn)意足的產(chǎn)品。然而，如果3D打印徹底取代手工制造，這將意味著發(fā)展中國(guó)家大量的勞動(dòng)力被機(jī)器取代，全球可能經(jīng)歷美國(guó)一樣的“制造業(yè)空心化”產(chǎn)生寵大的失業(yè)大軍。

作為3D技術(shù)的始作俑者，美國(guó)一定希望看到這一幕發(fā)生。但是，從當(dāng)前該技術(shù)的發(fā)展水平來(lái)看，這一場(chǎng)景還十分遙遠(yuǎn)，甚至不可能發(fā)生。

首先，3D打印的替代性十分有限。在工作效率上，3D打印生產(chǎn)單個(gè)定制物品的效率高過(guò)一般制造工藝，但是在生產(chǎn)大規(guī)模產(chǎn)品中，卻無(wú)法和機(jī)床、生產(chǎn)線等傳統(tǒng)制造業(yè)方式相比。畢竟大多數(shù)人并不需要高級(jí)定制產(chǎn)品，因此該技術(shù)的適用范圍并不大。在成本上，3D打印機(jī)雖然變得更便宜，但是生產(chǎn)過(guò)程中的材料、能源消耗成本卻很高，單個(gè)產(chǎn)品的成本很難降低。

其次，3D打印產(chǎn)業(yè)仍未找到成熟的商業(yè)模式。雖然美國(guó)采取了一系列扶持措施，但從全美3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展看，除了3D Systems等極少數(shù)龍頭企業(yè)外，其他企業(yè)仍處于“賠錢(qián)賺吆喝”的時(shí)期，產(chǎn)品也多用于科研或娛樂(lè)，并未產(chǎn)生依靠3D打印技術(shù)的標(biāo)志性生產(chǎn)商。

最后，3D打印技術(shù)容易復(fù)制擴(kuò)散，難以形成壟斷，這意味著3D打印的研發(fā)大門(mén)將向所有人敞開(kāi)。就像互聯(lián)網(wǎng)革命一樣，美國(guó)也許能夠作為先行者在一定時(shí)期內(nèi)占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但擁有更多創(chuàng)新人才、創(chuàng)新氛圍更加開(kāi)放自由、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)更為廣闊的中國(guó)、印度等發(fā)展中國(guó)家，也會(huì)后來(lái)居上。

（作者為中國(guó)現(xiàn)代國(guó)際關(guān)系研究院美國(guó)所助理研究員）