目前，3D打印技術(shù)還處于發(fā)展過渡階段，尚未做到真正的大批量生產(chǎn)。但把3D打印技術(shù)發(fā)展成為工業(yè)化生產(chǎn)的一種主要手段，是行業(yè)的一個(gè)目標(biāo)。有效地與終端制造業(yè)達(dá)成需求匹配將成為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。突破了這一環(huán)，3D打印技術(shù)才有望迎來大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)代。

3D打印技術(shù)是一種增材制造技術(shù)，由ASTM定義為“基于三維模型，通過材料的逐漸累積，通常是逐層堆積，來制造物件的技術(shù)”。

可以通過與傳統(tǒng)制造業(yè)的減材制造對(duì)比來理解增材制造：減材制造先由一塊大料(如木頭、金屬等)，然后通過切削或其他手段，最終留下所要的形狀。與之相反，增材制造技術(shù)則先從液體或粉末等原材料出發(fā)，利用不同的能量源，將原材料逐層打印成三維實(shí)體。3D打印也是一種數(shù)字化成型技術(shù)，在三維軟件完成設(shè)計(jì)建模之后，直接轉(zhuǎn)化為實(shí)體，過程中不需要任何模具。

最早成立的三家3D打印公司也是目前全球最大的三家3D打印技術(shù)的供應(yīng)商。1984年美國(guó)人查爾斯·胡爾發(fā)明了 SLA，即光固化成型技術(shù)。胡爾在1986年成立了3DSystems公司。1988年美國(guó)人斯科特克倫普發(fā)明了FDM，即熔融沉積成型技術(shù)。他在1989年成立了Stratasys公司。1989年美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的CarlDechard發(fā)明了SLS，即選擇性激光燒結(jié)技術(shù)。同年，德國(guó)EOS公司成立。

早期的3D打印局限于塑料打印。一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)是在上世紀(jì)90年代中期，針對(duì)金屬燒結(jié)或金屬熔化技術(shù)的增材制造的出現(xiàn)。EOS在1995年推出了全球第一套商業(yè)化的金屬3D打印設(shè)備，能夠直接制造出金屬件，使得3D打印技術(shù)的應(yīng)用范圍瞬間拓展。雖然當(dāng)時(shí)可用的金屬材料很少，但從那時(shí)起，3D打印技術(shù)開始慢慢拓展到不同行業(yè)。

對(duì)前沿技術(shù)比較感興趣的行業(yè)，比如航空航天，最早開始嘗試這項(xiàng)技術(shù)。比如波音認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)可以打破一些傳統(tǒng)加工的限制，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計(jì)。由于飛機(jī)的零部件材料需要耐高溫，波音當(dāng)時(shí)投資了一筆資金研發(fā)適用材料。

這些年來，隨著材料的多樣化，打印速度、打印尺寸，精度等方面的提升，都在持續(xù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。現(xiàn)在看來，3D打印技術(shù)還在過渡中，沒有做到真正的大批量生產(chǎn)。但把3D打印技術(shù)發(fā)展成為工業(yè)化生產(chǎn)的一種主要手段，是行業(yè)的一個(gè)目標(biāo)。
值得注意的是，由于3D打印技術(shù)還比較新，對(duì)于不同級(jí)別的3D打印技術(shù)的區(qū)分還沒有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。一些市場(chǎng)調(diào)研有一些初步區(qū)分，比如按設(shè)備價(jià)值金額。有一份報(bào)告將設(shè)備分為三類，消費(fèi)級(jí)、專業(yè)級(jí)和工業(yè)級(jí)，超過5萬美金是工業(yè)級(jí)。但這樣的區(qū)分仍然粗略，售價(jià)超過5萬美金的設(shè)備中，產(chǎn)品跨度也很大。比如EOS的設(shè)備售價(jià)就超過5萬美金10倍以上，金屬機(jī)平均是500萬元人民幣，塑料機(jī)也有不同尺寸，售價(jià)在300萬-800萬元人民幣之間。

航空航天、醫(yī)療、工業(yè)應(yīng)用

3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域目前集中在七大方面。除了最早期的快速原型打印應(yīng)用之外，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，該技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了航空航天、醫(yī)療、工業(yè)、消費(fèi)品、汽車以及模具，而且是用于打印最終部件或產(chǎn)品。另外科研領(lǐng)域也會(huì)用到這項(xiàng)技術(shù)做新材料或前沿應(yīng)用的開發(fā)。

航空航天是應(yīng)用比較快的一個(gè)行業(yè)，關(guān)鍵是由于其產(chǎn)業(yè)的特性，和目前3D打印技術(shù)所處的階段有很多契合的方面：航空航天產(chǎn)品對(duì)復(fù)雜度有先天的需求，產(chǎn)品沒有汽車或手機(jī)那樣的大規(guī)模生產(chǎn)，產(chǎn)品單價(jià)相對(duì)高，所以行業(yè)對(duì)成本相對(duì)不是很敏感。

在中國(guó)的3D打印客戶中，航空航天業(yè)占25%的比重，集中在四大集團(tuán)公司：中航工業(yè)、中國(guó)航天科技集團(tuán)、中國(guó)航天科工集團(tuán)和發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司。從全球來講，航空航天也占據(jù)至少1/4的市場(chǎng)。

另一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是醫(yī)療，主要在骨科和齒科兩個(gè)領(lǐng)域，也有一些醫(yī)療設(shè)備的案例。醫(yī)療領(lǐng)域有很多3D打印應(yīng)用不需要工業(yè)級(jí)3D打印就可以實(shí)現(xiàn)，比如一些協(xié)助醫(yī)生在手術(shù)前做直觀的術(shù)前模擬的模型。

工業(yè)級(jí)則面向附加值更高的醫(yī)療產(chǎn)品，例如骨科植入體，以及一些重要的醫(yī)療設(shè)備。我們最近看到的一個(gè)例子，醫(yī)療上常用的CT斷層掃描設(shè)備，里面有一個(gè)零部件叫作格柵，這種網(wǎng)格狀的零部件是比較關(guān)鍵的部件，作用是阻隔放射線，不讓它大面積泄露，在使用中不輻射人體。格柵用傳統(tǒng)的方式很難加工，每一片分別制作，然后再拼接起來。

格柵的結(jié)構(gòu)對(duì)3D打印技術(shù)來講輕而易舉，但是它對(duì)材料有要求，必須是一種鎢合金。鎢的熔點(diǎn)是3000度以上，能量吸收率較低，屬于典型的難熔金屬。鎢合金粉末燒結(jié)工藝讓這個(gè)應(yīng)用變得可行。目前飛利浦已經(jīng)完成開發(fā)，并申請(qǐng)了專利。
3D打印在工業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域也很廣。我們其中的一個(gè)關(guān)注領(lǐng)域是在工業(yè)自動(dòng)化。一家工廠想要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化升級(jí)，依靠機(jī)械手臂并不足夠，過程中需要有很多配套的夾具、治具，去實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)化的流水線。例如，很多行業(yè)都會(huì)用到的注塑成型這種傳統(tǒng)加工方式中，注塑機(jī)完成注塑以后，傳統(tǒng)模式是人工抓取，然后進(jìn)行下一道工序。導(dǎo)入自動(dòng)化之后，在注塑完成之后開模，機(jī)械手臂能完成自動(dòng)夾取以及后續(xù)的動(dòng)作。3D打印可以快速制作這些配套的夾治具，大幅提升自動(dòng)化生產(chǎn)線的靈活性。

隨著工業(yè)生產(chǎn)模式不斷地朝向少量多樣化趨勢(shì)發(fā)展，充分的利用3D打印的特點(diǎn)可以讓整個(gè)生產(chǎn)線快速靈活地響應(yīng)變化。自動(dòng)化是智能制造和工業(yè)4.0很關(guān)鍵的手段之一，工廠要實(shí)現(xiàn)智能制造，自動(dòng)化水平是很關(guān)鍵的基礎(chǔ)。

挑戰(zhàn)：匹配需求

在把工業(yè)級(jí)3D打印技術(shù)推向用于大規(guī)模生產(chǎn)制造的過程中，如何有效地和終端制造業(yè)達(dá)成需求匹配將成為重要挑戰(zhàn)。
企業(yè)關(guān)于引入增材制造的挑戰(zhàn)通常是，特別是在開始階段，它們?nèi)匀挥蓚鹘y(tǒng)制造工藝驅(qū)動(dòng)。零部件一般以傳統(tǒng)的思維設(shè)計(jì)，而這樣的設(shè)計(jì)往往無法發(fā)揮3D打印的優(yōu)勢(shì)。因此，3D打印的價(jià)值無法被充分地體現(xiàn)。在這一點(diǎn)上，重要的是讓企業(yè)放棄舊的設(shè)計(jì)思維。

傳統(tǒng)的商業(yè)模式是賣設(shè)備，后面賣服務(wù)、賣材料，這是種比較傳統(tǒng)的模式。我們應(yīng)該跳脫純?cè)O(shè)備商的角色，更好地扮演咨詢顧問的角色，協(xié)助目標(biāo)用戶完成從第一步的了解，進(jìn)一步的探索，到應(yīng)用的開發(fā)，然后實(shí)現(xiàn)用于批量生產(chǎn)，這樣一個(gè)過程。

過去這幾年，我們看到越來越多的制造業(yè)都開始關(guān)注3D打印，關(guān)注怎么樣能夠更好地利用新的加工技術(shù)，來降低成本，提升產(chǎn)品附加值，或者縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，得到更大的利潤(rùn)空間，不斷提升自己在行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

在一個(gè)3D打印的行業(yè)展會(huì)TCT亞洲展上，我們觀察到一個(gè)明顯的現(xiàn)象，過去幾年中國(guó)的參展商越來越多，特別是工業(yè)級(jí)設(shè)備供應(yīng)商，去年有五六家，今年有十余家。這是一個(gè)合理的現(xiàn)象，也說明大家對(duì)未來市場(chǎng)發(fā)展前景的看好。

WohlersAssociates2016年版的WohlersReport基于51家工業(yè)系統(tǒng)制造商、98家服務(wù)提供商、15家第三方材料廠商、各種3D打印機(jī)廠商以及來自全球33個(gè)國(guó)家的80多個(gè)打印專家所提供的信息，表示3D打印行業(yè)連續(xù)第二年增長(zhǎng)達(dá)10億美元，總市值已經(jīng)接近51.65億美元。相比2015年，2016年銷售工業(yè)級(jí)增材制造系統(tǒng)(價(jià)值超過5萬美元)的廠商要多出13家，該數(shù)量也是2011年的兩倍有余。

3D打印，或者增材制造技術(shù)，實(shí)際上給制造業(yè)的全生命周期都將帶來改變。除了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，一些公司近幾年將這個(gè)技術(shù)應(yīng)用到交付，也就是供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)。一個(gè)案例是奔馳的卡車，卡車由德國(guó)生產(chǎn)并出口到全世界，零配件怎么供應(yīng)？傳統(tǒng)方式是在德國(guó)統(tǒng)一生產(chǎn)，通過全球售后渠道，還要在當(dāng)?shù)刭A存一定的零配件庫(kù)存，才能就近服務(wù)當(dāng)?shù)氐目蛻?，這是集中式生產(chǎn)和管理。通過3D打印技術(shù)，世界上任何地方只要有3D打印的設(shè)備，就可以把零配件的生產(chǎn)和庫(kù)存分散到全世界各地，節(jié)約運(yùn)輸成本，對(duì)客戶的服務(wù)更及時(shí)，可以降低庫(kù)存需求，因?yàn)閹?kù)存對(duì)企業(yè)運(yùn)營(yíng)來講是成本。當(dāng)然最大的潛在應(yīng)用是在生產(chǎn)過程中，因?yàn)檫@個(gè)階段的使用量最大，可創(chuàng)造出的潛在價(jià)值也最大。

2015年國(guó)務(wù)院副總理馬凱在德國(guó)漢諾威工業(yè)展參觀期間，曾經(jīng)到EOS總部參觀并與創(chuàng)始人交流。當(dāng)時(shí)的背景正是德國(guó)在2013年提出“工業(yè)4.0”概念，中國(guó)在2015年推出“中國(guó)制造2025”概念。3D打印技術(shù)所具備的自由成型、快速制造、訂制化及小批量生產(chǎn)等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)帶來的沖擊曾被英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》認(rèn)為將“與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)、實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命”。這項(xiàng)技術(shù)接下來的挑戰(zhàn)就是做好實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的準(zhǔn)備。