21世紀(jì)的前10年，是電影《哈利波特》熱播的時(shí)代。但是誰(shuí)也不曾想，現(xiàn)實(shí)生活中卻也出現(xiàn)了神奇的“魔法”。
很多人都看過(guò)豬推進(jìn)去，而香腸推出來(lái)的機(jī)器，那是原料加工器；但很少有人能夠看到，一臺(tái)看似平淡無(wú)奇的打印機(jī)，卻能打印出衣服、汽車(chē)模型、飛機(jī)，更有甚者，使用細(xì)胞介質(zhì)還可以打印出人體各個(gè)器官。而這種機(jī)器，就是時(shí)下非；鸨3D打印機(jī)。
3D打印技術(shù)，又叫快速成型技術(shù)。原理是將一項(xiàng)國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化爲(wèi)3D數(shù)據(jù)，然後將這些數(shù)據(jù)錄入3D打印機(jī)，使用合適的添加劑進(jìn)行逐層打印，然後疊加到一起成爲(wèi)實(shí)物。由于能將設(shè)計(jì)直接轉(zhuǎn)化爲(wèi)實(shí)物，因此給人們的生活帶來(lái)諸多便利。
也因此，有人說(shuō)3D打印機(jī)的神奇之處在于，它即將完全改變?nèi)藗儗?duì)傳統(tǒng)制造的印象-原來(lái)制造業(yè)也可以告別車(chē)床、鑽頭、沖壓機(jī)、制模機(jī)等傳統(tǒng)工具。“因此我們?cè)诰(xiàn)說(shuō)，3D打印機(jī)將真正帶來(lái)以數(shù)字化爲(wèi)核心的第三次工業(yè)革命浪潮。”中科院計(jì)算技術(shù)研究所上海分所所長(zhǎng)孔華威表達(dá)。
顛覆性的技術(shù)革命
自出現(xiàn)那一刻開(kāi)始，3D打印技術(shù)一直被人褒獎(jiǎng)爲(wèi)無(wú)所不能。“這是一項(xiàng)顛覆傳統(tǒng)生産方法的革命性技術(shù)”，有人譽(yù)爲(wèi)是繼蒸汽機(jī)、電腦、互聯(lián)網(wǎng)後又一項(xiàng)偉大的發(fā)明。更有甚者，有未來(lái)學(xué)家預(yù)言，3D打印技術(shù)將對(duì)人類(lèi)生活、學(xué)習(xí)和工作産生深遠(yuǎn)的影響。
“由于3D技術(shù)可自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地將國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)直接轉(zhuǎn)化爲(wèi)實(shí)物，因此將有效縮短國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品研發(fā)周期、提高國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量並縮減生産成本。”孔華威介紹，譬如在汽車(chē)領(lǐng)域中，70~80%汽車(chē)複雜系統(tǒng)的配件都可以用3D打印機(jī)打印出來(lái)，這對(duì)于3D打印機(jī)的應(yīng)用至少是一個(gè)重要的方向。
他表達(dá)，3D打印還給設(shè)計(jì)産業(yè)帶來(lái)了巨大的改變。“那些比較複雜的設(shè)計(jì)，與人感覺(jué)相關(guān)的設(shè)計(jì)，在3D打印機(jī)這裏能夠較好地制作出來(lái)。”用3D打印能夠把那些需要設(shè)計(jì)得很微觀的模具或者鼠標(biāo)等形象地打印出來(lái)。不僅如此，“原來(lái)從設(shè)計(jì)到樣品制作出來(lái)需要兩三個(gè)月之久，但使用3D打印機(jī)，只需要兩三天就可以了，這將給未來(lái)的設(shè)計(jì)産業(yè)將帶來(lái)很大的變化。”
也有實(shí)踐證明，通過(guò)3D打印機(jī)設(shè)計(jì)出來(lái)的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品也“神奇般”地獲得了應(yīng)用。2011年8月，英國(guó)南安普敦大學(xué)設(shè)計(jì)並試飛了世界上第一架“打印飛機(jī)”，飛行時(shí)速達(dá)100公裏，其材質(zhì)質(zhì)地緊密程度超乎想象。同年9月，世界上第一輛“打印汽車(chē)”在加拿大亮相，單缸發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)功率8馬力，最高時(shí)速可達(dá)112公裏。
更有甚者，最新的第四代3D打印機(jī)除了能打印汽車(chē)和房子，還能打印珠寶、牙齒和血管，它對(duì)于人類(lèi)的影響力已經(jīng)越來(lái)越大。
這些例子，似乎把人拉進(jìn)了“魔幻現(xiàn)實(shí)主義”的世界中，更多的人似乎從中解讀到無(wú)限的也許。以至于2012年7月，美國(guó)宇航局稱(chēng)在研究“未來(lái)3D打印宇宙飛船”，另外還正在測(cè)試一種太空3D打印機(jī)，供宇航員在太空打印所需物品。人們似乎隱隱地感覺(jué)到，3D打印機(jī)的時(shí)代正在來(lái)臨。
國(guó)內(nèi)風(fēng)投開(kāi)始介入
正因爲(wèi)3D打印機(jī)給人們帶來(lái)了強(qiáng)烈的思想沖擊，它在全球範(fàn)圍內(nèi)也已經(jīng)井噴式地增長(zhǎng)著。來(lái)自WohlersAssociates的數(shù)據(jù)稱(chēng)，2012年3D打印機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模在17億美元左右，到2015年該市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)37億美元。
而該産業(yè)在國(guó)內(nèi)同樣發(fā)展敏捷，美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)MarcGoldsmith曾表達(dá)，“2010年中國(guó)占全球市場(chǎng)份額的6.5%，2011年占8.6%”。到了2012年，更是一發(fā)不可摒擋。可以顯見(jiàn)，3D打印技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)勢(shì)不可擋，它爲(wèi)制造業(yè)打開(kāi)了一扇的新大門(mén)。
由于飽受追捧，也讓3D打印機(jī)熱“燃燒”到了資本市場(chǎng)。已有美國(guó)兩家3D打印機(jī)生産商在8月股價(jià)大幅上揚(yáng)，國(guó)內(nèi)的A股市場(chǎng)也不愿孤寂，涉及3D打印領(lǐng)域的企業(yè)股價(jià)連創(chuàng)新高。相關(guān)資料顯示，由于3D打印需運(yùn)用到激光技術(shù)，東部沿海的一些生産激光晶體元器件的上市企業(yè)股價(jià)出現(xiàn)不小漲幅。一些資本也陸續(xù)向相關(guān)企業(yè)拋下了橄欖枝。據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有幾家風(fēng)險(xiǎn)投資基金投資了相關(guān)的3D打印領(lǐng)域的企業(yè)，孔華威吐露，其所屬的風(fēng)投基金就正計(jì)劃投資一家3D打印企業(yè)。
上世紀(jì)七十年代就已有概念提出的3D打印機(jī)之因此在現(xiàn)在突然火爆，“因爲(wèi)數(shù)字技術(shù)進(jìn)入了桌面化時(shí)代，它與分布式制造掛靠在一起，並且與分布式能源結(jié)合，便成爲(wèi)第三次工業(yè)革命的兩個(gè)輪子，就開(kāi)始火起來(lái)了。”孔華威介紹，3D打印被搬到了桌子上，逐漸的便捷化也讓越來(lái)越多人所熟知。
“想象一下3D打印機(jī)對(duì)制造業(yè)和物流業(yè)的革命。某天，你坐在家裏，通過(guò)淘寶向商家訂購(gòu)一個(gè)玩具，但你不用等候幾天後快遞送到你樓下讓你下樓去拿。只需輕動(dòng)鼠標(biāo)，商家通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)給你一個(gè)CAD文件，你直接在家裏就能打印出來(lái)。”而這一旦應(yīng)用到工業(yè)化大生産之中，當(dāng)公司能夠在需求國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的地點(diǎn)打印出急需的零部件時(shí)，爲(wèi)什麼還會(huì)從國(guó)外空運(yùn)呢？
還有“最後一公裏”
雖然3D打印市場(chǎng)潛力巨大，以3D打印爲(wèi)代表的數(shù)字化、智能化制造以及新型材料的應(yīng)用，將推動(dòng)實(shí)現(xiàn)“第三次工業(yè)革命”，成爲(wèi)引領(lǐng)未來(lái)制造業(yè)趨勢(shì)的衆(zhòng)多突破之一。但是目前它並沒(méi)有人們所想象般的“萬(wàn)能”。“3D打印技術(shù)在美國(guó)正如火如荼地産業(yè)化，但目前在國(guó)內(nèi)還處于初級(jí)發(fā)展階段。”孔華威說(shuō)，目前還有很多問(wèn)題存在。
第一是核心技術(shù)跟不上。“目前3D打印機(jī)有很多技術(shù)上的問(wèn)題都沒(méi)有解決。”最爲(wèi)明顯的是材料的局限性。“現(xiàn)在粉末材料能加工成零件的主假如塑料、樹(shù)脂、陶瓷、金屬等，比較有限，而陶瓷、金屬加工所需溫度非常高，目前技術(shù)並不成熟。”
最爲(wèi)關(guān)鍵的，是不同的材料還不能混在一起打。“現(xiàn)在只能是一次‘打印’一種材料”據(jù)孔華威介紹，現(xiàn)有的3D打印技術(shù)只能生産由一種材料組成的零件，再組裝成成品。“至于一次性直接生産汽車(chē)、飛機(jī)的說(shuō)法，目前還有一定距離”。
另外，3D打印機(jī)最核心部件是噴嘴。目前噴嘴有幾種：用膠漆噴的和鋪粉後再用激光融解後進(jìn)行打印的（後者做金屬類(lèi)的東西）。另外，就是金屬和非金屬兼容的噴嘴。“後者一般要同時(shí)用到兩個(gè)噴頭，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有這個(gè)技術(shù)，連國(guó)外也無(wú)法解決”。
技術(shù)上的屏障，使3D打印機(jī)性能還有待進(jìn)一步提升。有業(yè)內(nèi)人士反應(yīng)稱(chēng)，由于3D打印機(jī)采用層層疊加工藝，層和層之間的粘結(jié)再緊密，也無(wú)法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄的零件相媲美；同時(shí)，每一層的厚度再薄，也是一層一個(gè)坎，外外表仍需打磨才能滿(mǎn)足精度要求。
而國(guó)産的性能相比海外，在高端品種上更是存在差距。“譬如說(shuō)國(guó)産的打印機(jī)出來(lái)的‘絲’不如國(guó)外的幹淨(jìng)，材料的不只滑讓打印出來(lái)的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品看起來(lái)不那麼漂亮。”孔華威介紹。
與此同時(shí)，價(jià)格因素也成爲(wèi)3D打印機(jī)發(fā)展的瓶頸。目前3D打印機(jī)的價(jià)格差距懸殊，低端的家用型價(jià)格低至數(shù)千元，但高端的價(jià)格可以高至數(shù)百萬(wàn)元。不僅如此，打印所需原料價(jià)格也是差距甚大。“低端原料國(guó)內(nèi)已經(jīng)能自産，價(jià)格比較便宜，但高端的只能從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格很昂貴，導(dǎo)致成品價(jià)格也非常貴。”僅以一個(gè)飛機(jī)小零件“3D打印”而言，打印這種部件的金屬粉末原料，一公斤需8萬(wàn)元，這個(gè)零件從“3D打印”出來(lái)至少要賣(mài)2萬(wàn)元，其價(jià)格之高令人乍舌。
拒絕忽視的是，雖然3D打印能夠打印出各種新奇的設(shè)計(jì)，但它卻無(wú)法應(yīng)用于工業(yè)化大批量生産。“如果新研發(fā)一個(gè)新國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，單件小批量生産，用3D打印肯定比傳統(tǒng)開(kāi)模具生産要快。但如果批量生産，3D打印顯然不適合。”就和一般打印一樣，打印幾張紙用打印機(jī)很快，但如果印書(shū)，到印刷廠做成模板再印則快得多。
也正因此，“前幾代3D打印只能打印紙質(zhì)、塑料模型，打印時(shí)間長(zhǎng)，打印成本高，打印過(guò)程中還會(huì)産生汙染，不夠環(huán)保，導(dǎo)致3D打印機(jī)會(huì)不斷推陳出新。”但隨著一些新技術(shù)的攻占，國(guó)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了很多3D打印機(jī)生産商。“目前上海已經(jīng)有兩三家在做，杭州等城市也陸陸續(xù)續(xù)在做這個(gè)3D打印。”孔華威介紹。
雖然3D打印機(jī)在國(guó)內(nèi)漸漸地鋪開(kāi)市場(chǎng)，但在飽受追捧的背後，很多專(zhuān)家也開(kāi)始隱隱地?fù)?dān)憂(yōu)，“核心的技術(shù)還掌握在國(guó)外手中。”3D打印機(jī)在中國(guó)發(fā)展的出路在哪裏？
“目前，最好的方法是使用這一領(lǐng)域的開(kāi)源，我們?cè)诰(xiàn)可以把國(guó)外的圖紙、控制器都拿到國(guó)內(nèi)，這樣國(guó)內(nèi)與國(guó)外就處于同一起跑線(xiàn)了，即使萬(wàn)一這行業(yè)由開(kāi)源走向封閉，那麼國(guó)內(nèi)還可以根據(jù)之前的積累往前走。”孔華威介紹，如果真剛要解決一些技術(shù)上的問(wèn)題，還需要大批的時(shí)間和精力去投入，這裏需要政府包括政策、資金等全方位的持續(xù)支持。如果核心技術(shù)沒(méi)有突破，3D打印機(jī)在火爆之後就難以爲(wèi)繼。在這一方面，前幾年新能源産業(yè)從朝陽(yáng)産業(yè)敏捷淪落的經(jīng)曆或許可以爲(wèi)我們?cè)诰(xiàn)敲響警鍾。
