近期，英國《經濟學人》雜志在《第三次工業革命》一文中，將3D打印技術作為第三次工業革命的重要標志之一，引發了世人對3D打印的關注。作為新生事物，3D打印究竟是什么含義?它與傳統產品開發和生產制造有什么區別?發展3D打印的意義何在?我國發展現狀如何?下一步應如何發展?針對這些問題，本文將依次作出解答。

3D打印概況

3D打印機依托多個學科領域的尖端技術，在航空航天、汽車摩托車、家電、生物醫學等領域得到了一定應用，發展前景廣泛。

1、什么是3D打印

 
3D Systems sPro™ 60 SD SLS®商用3D打印機

3D打印(3Dprinting)是制造業領域正在迅速發展的一項新興技術，被稱為“具有工業革命意義的制造技術”。運用該技術進行生產的主要流程是：應用計算機軟件，設計出立體的加工樣式，然后通過特定的成型設備(俗稱“3D打印機”)，用液化、粉末化、絲化的固體材料逐層“打印”出產品。

3D打印是“增材制造”(AdditiveManufacturing)的主要實現形式。“增材制造”的理念區別于傳統的“去除型”制造。傳統數控制造一般是在原材料基礎上，使用切割、磨削、腐蝕、熔融等辦法，去除多余部分，得到零部件，再以拼裝、焊接等方法組合成最終產品。而“增材制造”與之截然不同，無需原胚和模具，就能直接根據計算機圖形數據，通過增加材料的方法生成任何形狀的物體，簡化產品的制造程序，縮短產品的研制周期，提高效率并降低成本。

2、3D打印所需的關鍵技術

3D打印需要依托多個學科領域的尖端技術，至少包括以下方面：

信息技術：要有先進的設計軟件及數字化工具，輔助設計人員制作出產品的三維數字模型，并且根據模型自動分析出打印的工序，自動控制打印器材的走向。

精密機械：3D打印以“每層的疊加”為加工方式。要生產高精度的產品，必須對打印設備的精準程度、穩定性有較高的要求。

材料科學：用于3D打印的原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化、絲化，在打印完成后又能重新結合起來，并具有合格的物理、化學性質。

3、3D打印的應用領域

具體應用領域包括：

1.工業制造：產品概念設計、原型制作、產品評審、功能驗證;制作模具原型或直接打印模具，直接打印產品。3D打印的小型無人飛機、小型汽車等概念產品已問世。3D打印的家用器具模型，也被用于企業的宣傳、營銷活動中。

2.文化創意和數碼娛樂：形狀和結構復雜、材料特殊的藝術表達載體。科幻類電影《阿凡達》運用3D打印塑造了部分角色和道具，3D打印的小提琴接近了手工藝的水平。

3.航空航天、國防軍工：復雜形狀、尺寸微細、特殊性能的零部件、機構的直接制造。

4.生物醫療：人造骨骼、牙齒、助聽器、假肢等。

5.消費品：珠寶、服飾、鞋類、玩具、創意DIY作品的設計和制造。

6.建筑工程：建筑模型風動試驗和效果展示，建筑工程和施工(AEC)模擬。

7.教育：模型驗證科學假設，用于不同學科實驗、教學。在北美的一些中學、普通高校和軍事院校，3D打印機已經被用于教學和科研。

8.個性化定制：基于網絡的數據下載、電子商務的個性化打印定制服務。國內3D打印產業發展現狀及問題

3D打印機雖然發展迅速，但仍面臨缺乏宏觀規劃和引導、研發投入不足、產業鏈缺乏統籌發展、缺乏教育培訓和社會推廣等一系列問題。

發展現狀

1.技術研發

我國已有部分技術處于世界先進水平。其中，激光直接加工金屬技術發展較快，已基本滿足特種零部件的機械性能要求，有望率先應用于航天、航空裝備制造;生物細胞3D打印技術取得顯著進展，已可以制造立體的模擬生物組織，為我國生物、醫學領域尖端科學研究提供了關鍵的技術支撐。

2.產業應用

目前，依托高校成果，對3D打印設備進行產業化運作的公司實體主要有：北京殷華(依托于清華大學)、陜西恒通智能機器(依托西安交通大學)、湖北濱湖機電(依托華中科技大學)。這些公司都已實現了一定程度的產業化，部分公司生產的便攜式桌面3D打印機的價格已具備國際競爭力，成功進入歐美市場。

一些中小企業成為國外3D打印設備的代理商，經銷全套打印設備、成型軟件和特種材料。還有一些中小企業購買了國內外各類3D打印設備，專門為相關企業的研發、生產提供服務。其中，廣東省工業設計中心、杭州先臨快速成型技術有限公司等企業，設立了3D打印服務中心，發揮科技人才密集的優勢，向國內外客戶提供服務，取得了良好的經濟效益。

存在的問題

1.缺乏宏觀規劃和引導

3D打印產業上游包括材料技術、控制技術、光機電技術、軟件技術，中游是立足于信息技術的數字化平臺，下游涉及國防科工、航空航天、汽車摩配、家電電子、醫療衛生、文化創意等行業，其發展將會深刻影響先進制造業、工業設計業、生產性服務業、文化創意業、電子商務業及制造業信息化工程。但在我國工業轉型升級、發展智能制造業的相關規劃中，對3D打印這一交叉學科的技術總體規劃與重視不夠。

2.企業對技術研發投入不足

我國雖已有幾家企業能自主制造3D打印設備，但企業規模普遍較小，研發力量不足。在加工流程穩定性、工件支撐材料生成和處理、部分特種材料的制備技術等諸多具體環節，存在較大缺陷，難以完全滿足產品制造的需求。

而占據3D打印產業主導地位的美國3Dsystems、Stratasys等公司，每年都投入1000多萬美元研發新技術，研發投入占銷售收入的10%左右。兩家公司不僅研發設備、材料和軟件，而且以簽約開發、直接購買等方式，獲得大量來自企業外部的相關細分技術、專利，已掌握一批關鍵核心技術。

3.產業鏈缺乏統籌發展

3D打印行業的發展需要完善的供應商和服務商體系、市場平臺。供應商和服務商體系中，包含工業設計機構、3D數字化技術提供商、3D打印機及耗材提供商、3D打印設備經銷商、3D打印服務商。市場平臺包含第三方檢測驗證支持、金融支持、電子商務、知識產權保護等支持。而目前國內的3D打印企業還處于“單打獨斗”的初步發展階段，產業整合度較低，主導的技術標準、開發平臺尚未確立，技術研發和推廣應用還處于無序狀態。

4.缺乏教育培訓和社會推廣

目前，企業購置3D打印設備的數量非常有限，應用范圍狹窄。在機械、材料、信息技術等工程學科的教學課程體系中，缺乏與3D打印相關的必修環節，3D打印停留在部分學生的課外興趣研究層面。

我國發展3D打印產業的重要戰略意義

發展3D打印產業，可以在提升我國工業領域的產品開發水平的同時有助于攻克技術難關，并且易形成新的經濟增長點，促進就業。

當前，全球正在興起新一輪數字化制造浪潮。發達國家面對近年來制造業競爭力的下降，大力倡導“再工業化、再制造化”戰略，提出智能機器人、人工智能、3D打印是實現數字化制造的關鍵技術，并希望通過這三大數字化制造技術的突破，鞏固和提升制造業的主導權，加快3D打印產業發展，推動我國由“工業大國”向“工業強國”的轉變。

1、發展3D打印產業，可以提升我國工業領域的產品開發水平，提高工業設計能力

傳統的工業產品開發方法，往往是先開磨具，然后再做出樣品，而運用3D打印技術，無需開磨具，可以把制造時間降低為以前的1/10到1/5，費用降低到1/3以下。一些好的設計理念，無論其結構和工藝多么復雜，均可利用3D打印技術，短時間內制造出來，從而極大地促進了產品的創新設計，有效克服我國工業設計能力薄弱的問題。

2、發展3D打印產業，可以生產出復雜、特殊、個性化產品，有助于攻克技術難關

3D打印可以為基礎科學技術的研究提供重要的技術支持。在航天、航空、大型武器等裝備制造業，零部件種類多、性能要求高，需要進行反復測試。運用3D打印，除了在研制速度上具有優勢外，還可以直接加工出特殊、復雜的形狀，簡化裝備的結構設計，化解技術難題，實現關鍵性能的趕超。

3、發展3D打印產業，可以形成新的經濟增長點，促進就業

隨著3D打印的普及，“大批量的個性化定制”將成為重要的生產模式。3D打印與現代服務業的緊密結合，將衍生出新的細分產業、新的商業模式，創造出新的經濟增長點。

如自主創業者可以通過購置或者租賃低成本的3D打印設備 (一些3D打印設備已低于1萬元)，利用電子商務等平臺提供服務，為大量消費者定制生活用品、文體器具、工藝裝飾品等各類中小產品，激發個性化需求，形成一個數百億甚至數千億元規模的文化創意制造產業，并增加社會就業。

支持我國3D打印產業發展的政策建議

采取財稅金融政策上積極支持、積極引導建立行業協會，鼓勵研發，加強教育培訓等措施，進一步促進3D打印社會化推廣。

1、制定數字化制造規劃，促進3D產業優先發展

建議將3D打印技術定位為生產性服務業、文化創意、工業設計、先進制造、電子商務及制造業信息化工程的關鍵技術和共性技術，將該產業納入優先發展產業及產品目錄。在財稅金融政策上，鼓勵企業投資、研發、生產和應用3D打印，支持3D打印設備的進出口。

2、加強產業聯盟、行業協會建設，推動3D產業協同發展

積極引導工業設計企業、3D數字化技術提供商、3D打印機及材料研發企業和機構、3D打印服務應用提供商組建產業聯盟，利用有關學會、協會的平臺加強研討和交流，共同推動3D打印技術研發和行業標準制定。促進3D打印技術發展的市場平臺建設，包括3D打印電子商務平臺、3D打印數據安全和產權保護機制、3D打印及周邊項目投融資機制等，促進產業可持續發展。

3、加大科技扶持力度，提升3D打印技術水平

設立專項基金，重點推進數字化技術、軟件控制、打印裝置、材料技術等關鍵技術的研發。在研發扶持中，要注意建立公平、公正的研發績效評估體系，鼓勵各研發主體探索不同的技術路徑。加強對3D打印產學研合作的支持，特別對實施產業化的企業在市場銷售、社會推廣上給予政策支持。

4、加強教育培訓，促進3D打印社會化推廣

將3D打印技術納入相關學科建設體系，培養3D打印技術人才。依靠行業協會、博覽會、論壇等組織形式進行3D打印技術和周邊應用的培訓。在科技館、文化藝術中心、青少年活動中心等公共機構進行3D打印技術的展示、宣傳和推廣。發展3D打印服務中心，推廣3D打印技術應用，為發展3D打印產業積累應用經驗。