3D打印技術(shù)的市場應(yīng)用及發(fā)展前景分析

孫建明+童澤平+殷志平

摘要：被稱為“第三次工業(yè)革命重要標(biāo)志之一”的一項(xiàng)新興打印技術(shù)——3D打印技術(shù)越來越多的走入到了人們的生活當(dāng)中。3D打印技術(shù)的問世，是一項(xiàng)具有工業(yè)革命意義的高新制造技術(shù)，同時(shí)也代表了世界制業(yè)最新發(fā)展趨勢。為此，擬從3D打印技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀入手，通過分析3D打印技術(shù)的市場應(yīng)用及所存在的問題，研究我國3D打印的發(fā)展前景，為我國的3D打印產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展出謀劃策。

關(guān)鍵詞：

3D打印技術(shù)；市場應(yīng)用；發(fā)展前景

中圖分類號：

F27

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-3198（2014）18-0081-02

1 引言

當(dāng)前，新一輪的數(shù)字化制造浪潮已在世界各國悄然興起，隨著發(fā)達(dá)國家制造業(yè)競爭力的持續(xù)下滑，“智能機(jī)器人、人工智能、3D打印”將成為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)。英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志曾經(jīng)在2012年4月份發(fā)表了一個(gè)封面故事《第三次工業(yè)革命》，這個(gè)故事在論述數(shù)字技術(shù)給我們的世界帶來變革的同時(shí)，特別的提到了3D打印技術(shù)會因?yàn)閷鹘y(tǒng)工業(yè)制造規(guī)模效應(yīng)的沖擊將得到非常廣闊的發(fā)展空間。作為第三場產(chǎn)業(yè)革命的標(biāo)志之一，3D打印技術(shù)已在全球制造領(lǐng)域產(chǎn)生了重要影響。該技術(shù)已經(jīng)不是研究員、科學(xué)家的專用技術(shù)，3D打印機(jī)甚至在一些歐美發(fā)達(dá)國家的應(yīng)用也相當(dāng)普遍。它已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室和工廠逐漸走進(jìn)學(xué)校和家庭。3D打印的服裝已頻頻出現(xiàn)在全球各大時(shí)裝展上，3D打印的曲奇和糕點(diǎn)已成為許多家庭餐桌上頗受歡迎的小點(diǎn)心，就連3D打印的個(gè)性家具也受到年輕人的喜愛，在自行車和汽車等交通工具的設(shè)計(jì)中也日益呈現(xiàn)3D打印元素。從小朋友的定制玩具，到父母的立體婚紗照，再到爺爺奶奶的義齒，3D打印能使家庭中的每個(gè)成員都感到驚喜并從中獲益。3D打印技術(shù)逐漸從打印物體外包造型過渡到打印物體的內(nèi)部構(gòu)成，最終發(fā)展到打印物體的高級功能和行為階段?？偠灾?，3D打印技術(shù)在世界上的發(fā)展速度已經(jīng)開始加速。

2 3D打印技術(shù)的市場應(yīng)用現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的發(fā)展，3D打印技術(shù)已初步形成了一套體系，同時(shí)該技術(shù)可應(yīng)用的領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大，已涵蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)與制造、材料工程、醫(yī)學(xué)研究、文化藝術(shù)、建筑工程等各個(gè)領(lǐng)域，前景遠(yuǎn)大。顯然，只有不斷提高3D打印技術(shù)的應(yīng)用水平，才能持續(xù)推動3D技術(shù)的發(fā)展。3D打印技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用主要集中在以下幾個(gè)方面。

2.1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域

在新產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用3D打印技術(shù)能快速、直接、準(zhǔn)確地將設(shè)計(jì)者的思想轉(zhuǎn)化為具有一定功能的實(shí)物樣件，縮短了工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期和降低了開發(fā)成本。該技術(shù)建立了一種全新的產(chǎn)品開發(fā)模式。

2.2 建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域

傳統(tǒng)的建筑模型設(shè)計(jì)制作模式已難以滿足現(xiàn)代化的高端設(shè)計(jì)要求，借助打印技術(shù)強(qiáng)大的優(yōu)勢和無可比擬的逼真效果，現(xiàn)今大多設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)在大型設(shè)施或大型場館設(shè)計(jì)中采用3D打印技術(shù)先期構(gòu)建精準(zhǔn)的建筑模型來進(jìn)行效果測試。

2.3 模具制造領(lǐng)域

傳統(tǒng)的玩具模具制造耗時(shí)長，制作成本高，3D打印技術(shù)在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)也大大縮減了開發(fā)周期，提高了生產(chǎn)效率。3D打印技術(shù)在模具制造方面采用直接制模和間接制模兩種，前者是指利用3D打印技術(shù)直接堆積模具，后者是先制出快速成型零件，再由零件復(fù)制得到所需要的模具。

2.4 機(jī)械制造和家電制造領(lǐng)域

3D打印技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)主要用于單件制造和小批量金屬零件的制造，具有成本低和周期短的優(yōu)勢。在家電行業(yè)，許多大型家電企業(yè)，如江蘇的春蘭、小天鵝，廣東的美的、華寶、科龍，青島的海爾等，在3D打印技術(shù)的普及與應(yīng)用上都走在了國內(nèi)前列，這些企業(yè)率先采用3D打印技術(shù)開發(fā)新產(chǎn)品，成效顯著。

2.5 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

近年來，隨著人們對3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域應(yīng)用研究的增多，利用3D打印技術(shù)制作人體器官模型，進(jìn)行醫(yī)療模型和體外醫(yī)療器械制造，個(gè)性化和永久化的組織工程植入等，應(yīng)用前景極為廣泛。

此外，在文化藝術(shù)、美學(xué)教育、航空航天等眾多領(lǐng)域，3D打印技術(shù)都展示了其廣闊的市場應(yīng)用前景。

3 3D打印技術(shù)的市場發(fā)展瓶頸

當(dāng)前，我國3D打印產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，市場發(fā)展緩慢，雖然取得了一些進(jìn)展，但與發(fā)達(dá)國家相比，我國對這項(xiàng)技術(shù)顯然還不夠重視。一是由于尚無主導(dǎo)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、缺乏產(chǎn)學(xué)研一體化機(jī)構(gòu)，技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用基本處于無序狀態(tài)；二是由于當(dāng)前3D打印的產(chǎn)業(yè)規(guī)模化程度低，尚未形成有效產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)業(yè)整合度低；三是有效的市場機(jī)制還未建立，主要依賴國家項(xiàng)目資助進(jìn)行技術(shù)研究，企業(yè)的主體作用還未體現(xiàn)；四是缺乏社會的大力推廣，3D打印相關(guān)課程尚未列入機(jī)械制造、材料工程等學(xué)科的教學(xué)課程體系，企業(yè)對3D打印技術(shù)的發(fā)展趨勢認(rèn)識不到位導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)業(yè)需求不足。

無疑，3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，給人類帶來了一種全新的生產(chǎn)方式和生活理念，對傳統(tǒng)工業(yè)整體格局和規(guī)?；a(chǎn)方式將是一種極大的挑戰(zhàn)。然而，不容樂觀的是，目前3D打印技術(shù)不得不面臨打印材料、打印成本、規(guī)模經(jīng)濟(jì)等多方面的瓶頸，并且在短期內(nèi)較難解決。

首先，關(guān)于打印材料，由于耗材對3D打印技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，當(dāng)前應(yīng)用于3D打印的耗材及其有限，市場上常用的耗材包括PLA（生物降解塑料聚乳酸）、ABS樹脂、橡膠、石膏、塑料、可粘結(jié)的粉末顆粒等，以及少量價(jià)格高昂的進(jìn)口材料。并且，多數(shù)耗材主要應(yīng)用于家電制造、玩具等輕工業(yè)民用產(chǎn)品領(lǐng)域，在汽車、航空等領(lǐng)域應(yīng)用還較少，盡管有部分金屬材料應(yīng)用，但是離規(guī)?；笈可a(chǎn)尚有相當(dāng)大的距離。

其次，關(guān)于打印成本，由于打印的設(shè)備成本偏高，導(dǎo)致3D打印成本總體成本居高不下，單個(gè)產(chǎn)品的制造成本依然處于較高水平。使用3D打印機(jī)制造產(chǎn)品，缺乏規(guī)模經(jīng)濟(jì)，使得單間產(chǎn)品的打印成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出規(guī)模制造成本。一方面前期投資成本大，另一方面資本回報(bào)率卻并不樂觀，因此大規(guī)模的資金投入還未形成。此外，3D打印速度偏慢，對于一件較為復(fù)雜的產(chǎn)品，花費(fèi)時(shí)間可能是好幾天甚至幾個(gè)月。

而關(guān)于規(guī)模經(jīng)濟(jì)方面，由于受傳統(tǒng)格局的制約，3D打印的推廣進(jìn)展緩慢。眾所周知，傳統(tǒng)制造業(yè)之所以能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；笊a(chǎn)得益于生產(chǎn)過程的可重復(fù)與標(biāo)準(zhǔn)化制造，相比之下，3D打印更傾向于個(gè)性化與定制化，普通個(gè)人或企業(yè)的個(gè)性化與定制化需求顯然難以滿足規(guī)?；?。

此外，3D打印技術(shù)還存在研發(fā)技術(shù)落后、產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)籌規(guī)劃不到位、知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)有待完善及消費(fèi)者市場有待開拓等多方面的的限制。從整個(gè)產(chǎn)業(yè)的角度來看，由于缺少大型龍頭企業(yè)的示范作用，加之政府尚未出臺有針對性的扶植措施，3D打印的整體產(chǎn)業(yè)體量還處于較低層次，離成熟的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作還有相當(dāng)大的差距。

4 3D打印技術(shù)的市場發(fā)展前景分析

隨著3D打印機(jī)的普及，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)展和延伸。據(jù)預(yù)測，2016年，中國有望超越美國成為全球最大的3D打印市場。3D打印也將促進(jìn)中國企業(yè)提升國際市場上的競爭力并縮短與世界先進(jìn)水平的差距。

隨著市場需求的擴(kuò)大，3D打印將呈現(xiàn)以下幾個(gè)方面的發(fā)展趨勢：一是隨著技術(shù)的成熟，打印速度和打印效率將逐步提高；二是隨著新材料的研發(fā)，打印材料更加豐富，成本更低；三是打印設(shè)備價(jià)格會越來越低；四是3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)大。

可以預(yù)見，3D打印前景廣闊，將對社會生活及生產(chǎn)方式帶來一場革命性的變革。而作為主導(dǎo)作用的政府，應(yīng)具備高瞻遠(yuǎn)矚的戰(zhàn)略眼光，重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行推進(jìn)。

首先，針對當(dāng)前3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱潮，政府應(yīng)明確提出產(chǎn)業(yè)的整體目標(biāo)，從戰(zhàn)略的高度確定3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的整體規(guī)劃，將3D打印產(chǎn)業(yè)作為重要的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，對推進(jìn)步驟、重點(diǎn)領(lǐng)域和具體措施都做詳盡的規(guī)劃。

其次，相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)研互動和統(tǒng)籌協(xié)作，共同打造提升3D打印技術(shù)的研發(fā)水平。

最后，政府必須逐步完善3D打印知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制，保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)擁有者的合法權(quán)益，堅(jiān)決打擊復(fù)制抄襲者的違法行為，促進(jìn)3D打印技術(shù)向良性循環(huán)的方向發(fā)展。

5 結(jié)束語

3D打印技術(shù)如今被各國所認(rèn)可，并不斷有業(yè)內(nèi)人士、學(xué)者評論“3D打印技術(shù)作為一項(xiàng)前沿性、先導(dǎo)性非常強(qiáng)的新興技術(shù)，對傳統(tǒng)制造業(yè)的工藝改造和新材料的廣泛應(yīng)用具有顛覆性的意義和作用?！泵鎸π碌纳a(chǎn)方式的變革和發(fā)達(dá)國家再工業(yè)化戰(zhàn)略，我國應(yīng)該高度重視3D打印這一新技術(shù)可能帶來的制造業(yè)革命，深入分析全球3D打印技術(shù)的市場發(fā)展趨勢，研究建立3D打印的基礎(chǔ)理論和技術(shù)體系，加大人才培養(yǎng)、市場培育和應(yīng)用推廣力度，制定符合中國國情的3D打印產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃。同時(shí)，加快3D打印的試點(diǎn)示范，選擇諸如高端汽車零部件、醫(yī)療器械等重點(diǎn)行業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行推廣應(yīng)用，積極探索和積累3D打印的市場運(yùn)營和行業(yè)管理經(jīng)驗(yàn)，積極有效地應(yīng)對3D打印技術(shù)并使之為實(shí)現(xiàn)中國夢和中華民族的偉大復(fù)興而服務(wù)。

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