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随着第三次工业革命的浪潮袭来，
沉寂多年的3D打印急剧升温，
如何推动其产业化，实现快速健康发展？
戴着奇妙的手套对“铜首”上下一摸，获取的三维数据立刻传输到后台，几分钟后，一台3D打印机上，一个一模一样的“铜首”就出炉了……这是电影《十二生肖》中令人啧啧称奇的镜头，虽有些夸张，但现实版的3D打印机也十分了得。
不仅能快速打印出恐龙、鸟巢、变形金刚、水杯、衣服、鞋子、首饰等模型和消费品，而且还能直接打印出汽车、飞机、核泵、轮船等工业装备上的金属零部件，甚至可以把皮肤、耳朵、活体细胞、毛细血管、药品打印出来，其中皮肤打印已经在整容修复中实现了商业化。
全国政协委员、中航工业副总工程师、歼-15总设计师孙聪在日前接受媒体采访时透露，钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛用于新机设计试制过程。
3D打印作为一种新的制造技术，实际上已经发展了20多年，又称为快速原型、快速成形、增材制造。它的打印流程是：用计算机软件设计三维模型——对数据进行自动化处理——分层堆积出实物——后期人工打磨处理。
有了3D打印机，不会用CAD软件设计三维数字模型怎么办？美国Outdesk网站已经实现3D建模“傻瓜化”，任何人把自己的正面和侧面照片传上去，自动就能形成本人的三维模型。北京3D打印体验馆西城德胜科技园，把3D打印技术和数字化三维扫描技术相结合，每个人都可以打印出自己的三维模型。
目前，3D打印技术在新产品开发、单件小批量生产、复杂结构、现场制造、个性化定制等方面显示了较强的优势，既可以节约时间，还可以减少研发和生产成本，满足了不同客户的实际需求。
中国3D打印技术产业联盟秘书长、亚洲制造业协会首席执行官罗军认为，3D打印技术主要解决了三大制造难题：传统生产方式难以生产制造的个性化产品；传统方式能够生产制造的，但投入大、周期长、成本高的复杂金属结构件产品；虽能设计却无模具完成生产的尴尬。
武汉滨湖机电技术产业有限公司副总经理吴澄对本刊记者说，他们为广西玉柴打印的柴油发动机砂芯，如果用传统方法开简易模具需要600多万元，国内还做不了，用他们的3D打印技术只需一周时间，仅花费20万元。
回顾历史，一些伟大的发明确实能带来经济社会的巨变，譬如印刷术、蒸汽机、电话、电报、电视、内燃机、汽车、飞机、电脑等等，难道3D打印机也要再次改变我们的世界吗？
2012年3月9日，美国总统奥巴马宣布创立美国“制造创新国家网络”计划。4月17日，“增材制造技术（3D打印技术）”被确定为首个制造业创新中心。
随后出版的英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中这样评价3D打印技术：“与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现”，“这场革命不仅将影响到如何制造产品，还将影响到在哪里制造产品。”
从美国把3D打印作为国家战略的举措，到英国《经济学人》封面文章提出的“3D打印推动第三次工业革命”，迅速吸引了全世界的眼球，并引起了各国政府的高度重视，沉寂多年的3D打印急剧升温。
资本市场热炒
资本的嗅觉是最灵敏的。去年以来无论美股还是A股市场，3D打印概念的股票可谓出尽了风头。2012年以来，美国最大的两家3D打印设备上市公司3D Systems和Stratasys，前者股价涨幅近3倍，后者股价翻番。今年2月7日，3D打印公司Exone登陆纳斯达克上市，发行价为18美元，上市当日暴涨47.33%。
受3D打印走热和美股刺激，国内资本市场也激起千层浪。中航重机、海源机械等相关概念股从年初开始纷纷大涨，有的股价已经翻番。
据了解，中航重机受益于北京航空航天大学教授王华明的科研成果获奖。1月18日晚间该公司发布公告称，王华明教授由于钛合金大型复杂整体构件激光成形技术研究的卓越成就获得了2012年度国家技术发明奖一等奖。而此技术，正是3D打印技术的一种。受此影响，中航重机股价持续走高。
但中航重机表示：“公司的激光快速成形技术确实涉及到3D打印，但是暂时还没有产业化的打算。因为有两方面的问题需要解决：一是取得相关资质，二是厂房建设。这些短时间内都不可能得到解决，所以该业务不会对公司业绩造成太大影响。”
海源机械由于牵手“中国3D打印开创者之一”清华大学颜永年教授，也同样受到了资本的追捧。可海源机械工作人员表示：“公司目前只与昆山永年签订了合作意向书，还没有确定具体的研发项目。目前只是有这方面的打算而已，3D打印业务不会对公司2013年的业绩产生巨大影响。”
清华大学激光快速成形中心林峰教授对此认为，美国的企业无论技术、资金和市场规模都非中国的企业所能比，美国的资本运作和产业重组都已经进入3D打印行业了，中国的3D打印产业还处于发展初期，市场规模很小。前段时间，股市中的3D打印概念走热，纯粹是炒作，许多企业根本就没有涉及3D打印业务，甚至都不知道3D打印是什么。
针对大量资本和企业准备涉足3D打印，林峰呼吁，希望理性投资，切实有助于提升3D打印的技术水平和推广应用，弥补中国3D打印产业的短板和软肋。比如材料研发、软件开发、创意设计、商业模式创新等，而不是盲目跟风，炒作圈钱。
《国际增材制造行业发展报告》显示，3D打印技术2011年全球直接产值为17.14亿美元。而据业内人士估算，国内的3D打印产业规模仅有3～4亿元人民币。美国的3D Systems公司和Stratasys公司，2011年销售收入分别为2.3亿美元和1亿多美元，而国内3D打印企业的销售收入都是几千万元人民币。
生产方式变革
“3D打印第一波小高潮发生于上世纪80年代末90年代初，从制造方法上来说，确实是一个革命。”北京隆源自动成型系统有限公司总经理冯涛告诉记者，美国很快涌现出多家3D打印公司，共有5家企业在纳斯达克上市。到了21世纪初，3D打印沉寂下来，许多人开始质疑这种技术的可靠性，当时只能做一些塑料模型，强度和精度都不高。 最近几年，随着3D打印技术的发展，特别是在医疗、军工、航空航天等领域的应用取得了明显进展，一些重要零件、复杂零件、新的结构零件可以直接3D打印，占到应用比例的20%，而五年前不到10%。这引起了业内人士的高度关注。此外，便宜的消费品3D打印机开始推向市场，大约几百美元或几千元人民币，为3D打印技术的普及奠定了基础。
对于3D打印技术的影响，见仁见智。激进派认为，传统工程师使用的车床、钻头、冲压机、制模机等将一去不复返，甚至将颠覆整个传统制造业，开启社会化制造新时代。
“3D打印机将来不是要取代某一个制造业，而是要取代几乎所有的制造业。”作为世界首个公布3D打印机开源数据信息的科学家，英国工程学家阿德里安？鲍耶表示，“未来你想要什么，只需下载图纸，按一下‘打印’键，就可以去喝咖啡、听音乐了，剩下的所有事，请统统交给打印机。”
3月23日，中国航空工业集团公司董事长林左鸣在国务院发展研究中心主办的中国发展高层论坛上表示，包括3D打印技术在内的技术进步可能引起生产方式的巨变，第三次工业革命将以互联网为基础，以数字化为核心，实现由“大规模生产”向“自生产”的转变，使人类进入“自工业化”时代。
林左鸣以航空工业领域为例指出，在自工业化时代，以后可能不是飞机制造公司造飞机，而是飞机的用户——航空公司采取自工业化方式生产飞机，由它们组织全世界气动力学专家、结构力学专家通过互联网平台一起来研究飞机怎么设计。原来是制造商和消费者分离，现在是制造商和消费者合为一体，开展自工业化。
北京市长城企业战略研究所所长王德禄也深有同感，3D打印技术对制造业升级的影响力和重要性毋庸置疑。上一轮的工业革命中，制造业主要通过批量化的流水线制造和集约生产来降低生产成本，实现规模效益。借助于3D打印，开放式设计、定制化生产和分布式生产皆可以相对合理的成本实现。3D打印将引发真正意义上的制造业革命，产业组织形态和供应链模式都将被重新构建，带来无穷的创新空间。
对于3D打印到底对制造业能产生多大的影响，一些业内专家和企业人士持谨慎态度。“我们应对3D打印有一个正确的定位和认识。3D打印技术在生产制造中所占的比例正在上升，但对传统制造业更多是补充而非颠覆。” 中国工程院院士卢秉恒说。
不过，卢秉恒也充分肯定发展3D打印对于中国的意义，“中国是制造大国，制造能力过剩，但设计研发能力不足。而3D打印技术正是辅助和加速设计与研发的手段。我们应该高度重视这一技术，投入科研和其他力量，并大力推广。这样才能真正使我们国家变成制造强国。”
北京太尔时代总经理郭戈也比较低调，3D打印目前还没有那么大的能量，从行业现状看，3D打印的市场规模还较小。如果它是一个非常好的技术和产业，那么不可能发展20多年了，还是目前的一种状态，说明它本身还存在一些问题和难关没有攻克。虽然3D打印有很多创新和优势，但从综合的经济社会效率上来看，它还处于整个制造业的边缘。
郭戈进一步指出，随着技术的发展，3D打印有可能获得更大的突破，逐步向主流制造渗入。即使渗透到主流制造业中，也只是制造业的一个部分，它不会完全颠覆传统制造业，可能在某些领域会替代传统的制造方法，商业模式上可能会带来新的革命。
“对传统制造业是否能起到颠覆作用，需要观察一段时间。”滨湖机电总经理周建国对记者说，因为在现阶段，用3D打印技术开发出的金属零件，成本很高，单价很贵，而且这种技术目前不适合大批量生产，只适合个性化、少批量生产。但不可否认，3D打印技术是推动传统产业技术进步和转型升级的一个重要手段。
“生产方式像个轮子一样兜了个圈又回到了原点，从大规模生产方式又转到了更加个性化的生产方式。未来的工厂将更关注个性化定制。”英国《经济学人》杂志这样描述3D打印技术和第三次工业革命。
新兴业态显现
中国3D打印技术的研究始于1991年，通过跟踪学习借鉴国外的相关技术，已自主研制出LOM（薄材叠层或分层实体制造）、SLA（立体光固化）、SLS（选择性激光粉末烧结）、FDM（熔融挤压）、SLM（金属粉末熔化）等工艺的3D打印设备，并逐步实现了商品化。有的3D打印技术和设备已经达到了国际先进水平。
譬如北航的金属结构件直接制造技术、清华大学的熔融挤压技术和生物制造、武汉滨湖机电的SLS全球最大3D打印机、北京太尔时代的低端消费级3D打印机等。
目前国内的3D打印设备和服务企业一共有二十多家，规模都较小。一类是十年前就开始技术研发和应用，如北京太尔时代、北京隆源、武汉滨湖、陕西恒通等。这些企业都有自己的核心技术。另一类是三年前成立的，如湖南华曙、先临三维、紫金立德、飞尔康、峰华卓立等。这些企业有VC参与，具备一定资金实力。还有一类是最近一两年加入的，技术比较薄弱。
业内人士告诉记者，中国的3D打印技术主要应用在航空航天、军工、汽车、核电、水泵、医疗等领域，随着技术的不断进步和人们消费需求的不断扩大，3D打印的市场应用前景十分广阔。不单单是原先的工业领域，消费品领域的应用将会迅速扩大。
郭戈认为，未来3D打印将向两个方向发展。一是高端的工业设备，高性能、高精度、高质量，这类产品的客户，增加数量有限。二是中低端的消费品设备，面向普通大众，这类产品的用户群体会急剧膨胀，十几年之后，有可能每个人的身边都有3D打印机。
对于3D打印在大众消费领域的应用，卢秉恒也表示十分看好。“目前在很多大众消费产品的开发中，3D打印已经取得了很大的进步。用这一技术制造一些工艺品和简单的生活用品，能很快形成一定规模的市场。”此外，卢秉恒还认为，3D打印适用于创意设计，未来会走入学校和家庭，帮助孩子培养三维思维能力和创造性。
随着3D打印市场规模的不断扩大，将形成一批新兴业态，例如创意设计、3D打印服务、消费品定制、整形修复、文化产业衍生品等。 过去，个人设计一个产品，觉得挺好看，想把它制造出来，非常困难。你需要找专业的工厂来做，工厂首先要做模具，接下来有一套复杂的制造程序，而且，工厂都是大批量生产的，根本不会专门给个人生产一个单件产品。但这种需求是客观存在的，现在有3D打印就方便了，可以向3D打印服务商定制，也可以买一台3D打印机自己打印。国外这种需求很大，近三年来，这种消费级3D打印设备有原来的几千台增长到去年的3万多台。当普通民众逐步知道这种3D打印机后，就会释放出更大的需求。
“3D打印走入寻常百姓家，最关键的是数据，毕竟设计数字模型还是有难度的。”林峰说，这需要创意设计知识产权的保护和相关技术的保障，如果你下载数据后只能打印一两个产品，数据无法复制盗版，那这个数据的下载费用就能降下来。这将发展出一种新的商业模式，一些专业人士就会以数据为生，从事创意设计，然后把数据放到互联网上出售。
根据国际快速制造行业权威发布的报告《Wohlers Report 2011》，全球3D打印产业产值在1988～2010年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期，3D打印产业未来仍将持续较快地增长，到2016年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元。
中国如何应对
虽然中国的3D打印在基础研究和产业化方面有了一定的进展，但中国3D打印产业的发展与美国相比仍有较大差距，比如没有形成产业链、工业环境不配套、企业规模小、研发投入不够等。此外，在一些核心技术和关键器件上，如3D打印机中的激光器、高端材料，仍然对国外依赖较大。
在应用方面，中国的3D打印也远未达到美国的丰富程度。据卢秉恒介绍，目前中国3D打印的大部分应用仍然集中在军工领域的开发与模具的制造上。而从设备数量上看，美国目前各种3D打印设备的数量占全世界40%，而中国只有8%左右。
周建国对记者说，中国与美国的差距主要表现在：产业化进程缓慢，市场需求不足；产品的快速制造水平比我们高；烧结的材料尤其是金属材料，质量和性能比我们好；激光烧结陶瓷粉末、金属粉末的工艺方面还有一定差距；国内企业的收入结构单一，主要靠卖3D打印设备，而美国的公司是多元经营，设备、服务和材料基本各占销售收入的1/3。
有调查结果显示，在全球3D模型制造技术的专利实力榜单上，美国3D Systems公司、日本松下公司和德国EOS公司遥遥领先。
认准差距才能找到前进的方向，也预示着中国3D打印产业未来具有巨大的增长空间。中国已成立了3D打印技术产业联盟，目前正准备借鉴美国模式，计划联合企业、职业技术学院、科研单位与产业园区，先小范围推广3D打印技术，待产生效果后，再进一步打开市场。
由北京数控装备创新联盟、中国工业设计技术服务联盟等为支撑成立的“北京数字化制造产业技术创新联盟”，中关村管委会指导、34家核心企业和院所发起成立的“中关村未来制造业产业技术联盟”也相继成立。
令人欣慰的是，3D打印已经引起了中国政府部门的重视。科技部有关人士向媒体透露，3D打印相关战略规划正在研究制定中。
2012年12月14日，工信部副部长苏波在增材制造技术国际论坛上透露，中国将加快推动增材制造技术研发和产业化。苏波在致辞时表示，近期需做好三方面工作：一是加强顶层设计和统筹规划；二是加大财税政策引导力度；三是适时筹建增材制造行业组织，推动增材制造技术研发和产业化。
地方层面，在武汉市政府和东湖开发区的大力支持下，华中科技大学正在光谷（武汉东湖高新区）选址，筹建国内首个3D打印工业园，集3D打印设备制造、材料制造和产品加工服务于一体，
对于3D打印未来的发展方向，卢秉恒强调，军用和工业的高端领域，以及创意开发等大众消费领域，我们都应该大力去发展。
郭戈表示，各地应该建一些上下游产业联盟，把上游的创意设计、新材料、软件开发、数字控制与中游的3D打印设备研制以及下游的产品、技术、平台、衍生品等应用服务整合起来。此外，中国企业应该加大技术投入，做专做精，产品的可靠性要提高。
林左鸣认为，第三次工业革命不是一个技术问题，也不仅仅是某些技术的突破，而是一个新的复杂系统的诞生，是一个全新的社会生活平台构建的问题。我们必须主动应对，还要力争主导。目前需要做三件事：第一，推进信息化技术和自动化技术的快速发展，大力发展机器人技术，加速智能化制造技术的发展。第二，推进新材料技术的快速发展，材料的革命才是真正带来完整的第三次工业革命最重要的基础。第三，着手准备适应自工业化和再制造化的相应商业模式和法律法规。
中国尽管是制造大国，但在新技术的研发和推广力度上仍然偏弱，对新技术和新产品的需求也较少，导致新兴产业发展速度滞后。所以，一方面需要政府对新技术和新兴产业的大力支持，另一方面需要激发市场需求，壮大市场规模。
周建国建议，3D打印作为一个新兴行业，国家要继续设立重大科技专项，对3D打印基础材料和关键技术集中攻关。此外，国家应该在税收、信贷等方面加大扶持力度，引导鼓励企业自主研发新技术和新产品。
如何推动3D打印产业化，实现快速健康发展？一直在市场打拼的冯涛有自己的思考，首先做好基础性研究工作，要在确定国家战略之前，对3D打印行业进行客观全面深入的摸底评估，掌握一手资料，不能凭主观做决策。
据了解，美国把3D打印列入国家战略之前，做了许多基础性研究和比较分析工作。例如美国国防部有一个项目“战时做一个零件的方法”，即打仗时如何快速生产出一个零件。研究了各种方法，3D打印是其中的一种方法，评估3D打印的技术水平、产品性能、制造成本和风险情况等。美国能源部还有一个项目，研究3D打印是否节能，经过与传统方法比较，得出结论：3D打印是绿色制造，节省资源和能源。 冯涛还强调，国家应该出台支持3D产业发展的政策措施，但一般情况下不要直接拨钱，因为给予税收等优惠政策要比直接拨钱更公平，防止只拿钱不干事、权力寻租现象发生。此外，虽然3D打印未来的应用会很广，但短时间内不可能形成大产业，所以建大规模的3D打印产业园要慎重。
北京隆源：
深耕快速铸造
核心是在激光烧结快速成形技术和应用上做专做精
文/本刊记者 牛禄青
“最近打电话咨询3D打印的人比较多，每天都接4～5个，问我们公司的3D打印机多少钱。业务员说100多万元，客户一听，都嫌贵，业务员还要解释半天。”北京隆源自动成型系统有限公司总经理冯涛摇摇头，有些无奈。
3D打印热起来后，冯涛本人也忙得不亦乐乎，到处邀请他参加会议，讨论宣讲3D打印技术。由于安排不开时间，本刊记者只好抓住中午休息时间对他进行了采访。
据了解，所有购买北京隆源3D打印设备的客户，不是看了3D打印的新闻报道才来下订单的，都是因为有实际的专业需求。有的客户虽然知道3D打印，但不清楚他购买的设备就是3D打印机的一种。
北京隆源主要研发、生产、销售工业领域的激光快速成型机，采用选择性激光烧结技术（SLS），快速成型蜡模和树脂砂模，并与传统的精密铸造紧密衔接，走出了一条独特的无模具快速铸造工艺路线，为企业新产品开发试制提供了重要支撑。其设备和产品主要应用于汽车、航空航天、船舶、医疗等领域，并非面向普通消费者。
靠市场起家的隆源公司，一直视市场为衣食父母，他们必须对客户负责，把产品做细致，把市场应用做专。集中优势兵力攻其一役，保障产品的可靠性和稳定性，一直是隆源公司不得不选择的努力方向。
廿年磨剑
毕业于清华大学的冯涛是一名材料方面的专家，曾任职于清华大学高分子材料研究所，具有丰富的高分子材料和激光光学的理论和实践经验，也是我国最早从事激光快速成形技术研究的专家之一。
北京隆源自动成型系统有限公司成立于1994年 ，是中国最早进入3D打印技术研究和商品化应用的企业。创建当年就研制成功中国第一台激光粉末烧结快速成型机。先后推出了AFS系列不同型号的SLS设备（最大成形空间为1400×700×400mm），迄今一共销售了150台3D打印机。
冯涛告诉记者，隆源公司刚开始非常困难，人们都不知道我们企业到底做什么。市场需求很少，技术也不成熟，更没有任何背景和资源，直到1999年才卖了2台设备，当然，现在企业规模也不大。
目前，隆源公司共有员工40人，大部分技术人员都是长期沉淀下来的。3D打印升温后，可能会吸引一些高学历的年轻人加入进来。
二十年来，在他的带领下，北京隆源相继成功研制出铸造熔模、蜡模压型及铸造型壳等复杂的工艺制作方法，以及聚苯乙烯粉末、合成材料在3D打印中的应用方法。
2000年，北京隆源研制成功基于SLS的具有复杂内腔结构的金属零件的快速铸造工艺，为发动机等复杂结构零件的快速制作打下基础，使金属材料直接成形技术进入实质开发阶段。
随后又与中国工程物理研究院开展大功率激光直接制造金属零件的研究。2005年推出可直接蒸汽脱除的烧结精铸蜡，与传统的精密铸造无缝连接，解决了钛合金快速铸造表面粗糙的问题。2008年，开发完成AFS-700成型设备，成型尺寸245立升，是当时最大尺寸的激光粉末烧结设备，满足了绝大部分精密铸件尺寸的要求。
2009年，激光烧结砂实现突破，成型砂芯的强度和发气量均达到铸造要求。第二年又开发出了铸造覆膜砂烧结成型的专有设备激光制芯机，并形成商品化。
一直以来，北京隆源坚持以SLS工艺为核心，深耕激光快速成型设备和产品服务，从产值来说，设备占60%，产品服务占40%。据了解，该公司打印小的零部件平均用7～20天，大部件平均用2个月时间。
譬如，北京隆源用快速精密铸造方法为某企业试制变速箱，共 18 件，分两批完成。前 7 件用于结构验证和台架试验，后 11 件用于路试。采用传统工艺方法，从模具到生产需 4 个月的时间，而他们采用快速铸造方案仅用了 2 天时间就完成了用于失蜡铸造的蜡型，用 1 个月的时间生产出了 18 件合格的铸件毛坯。
某铸造企业接到液压阀的阀芯订单，由于工期紧、芯体复杂、开模周期长，该公司选择与北京隆源合作，使用激光烧结砂铸制芯，分两批完成了该项目的生产任务。第一批用 5 个工作日完成 10 套，第二批用 10 个工作日完成 20 套，由于省却了开模具的时间，因此保证了工期和进度。
北京隆源利用快速铸造技术，不仅为汽车制造商生产发动机缸体、缸盖、变速箱壳、进排气管等，还为我国航空航天和军工企业提供直升机发动机、直升机机匣、蜗轮泵、钛机架、排气道、飞机悬挂件、飞轮壳、坦克涡轮增压器等零部件的生产和服务。
冯涛告诉记者，3D打印技术与铸造技术的结合，衍生出快速铸造技术，可有效地应用于新产品设计开发阶段样件的快速制造。“我们是和传统制造结合起来的，只把模具环节取消了，快速成形设备打印出零件模型，客户自己按传统工艺去制造零件。”
快速铸造技术适合单件、小批量、复杂零件的试制和生产，成型工艺过程可控，原材料多元化，有助于保证产品开发的速度和质量，有助于降低开发的成本。
精益求精
由于每年激光成型机的市场需求和销售数量太小，隆源公司目前只有相关维修设备，加工和检测设备通过外包来做。公司产值不高，人员又少，导致研发投入较低。硬件中，激光器的成本较高，材料成本比较低，不到10%。
“但材料决定了3D打印技术的应用水平，我们与国外的差距主要是材料。”冯涛说，“同类设备，国外的材料有20多种，我们才几种，这样应用领域就窄。材料是增材制造的关键，光做设备，没有材料，这条路走不远。我们的材料都是自主研发的。” 资金、人才、技术都是隆源公司面临的困难，对此，冯涛也束手无策。“只能随着市场扩大和营业收入的增加，一点点去解决，不可能一口吃个胖子；资金宽裕了，就能引进高端人才，研发投入也会增加，设备质量也能进一步提高。”
3D打印之所以受到重视，因为发现它对制造业有杠杆作用。冯涛表示，一是新产品开发，如果不断有新产品被开发出来，对建设创新型企业和创新型国家非常重要，与生产规模不是一个概念。二是特殊结构零件，美国在十几年前就研究飞机、卫星等高端装备如何应用3D打印技术，而且美国无人机上的许多结构零件都是3D打印的，我国近几年才开始关注。三是对教育的促进。3D打印“很酷”，设计一个东西，马上就能制造出来，这就会激发年轻人的创新意识和动手能力。
对于3D打印的影响力和发展前景，冯涛比较中庸。他指出，3D打印在制造业的比重会越来越大，但不会颠覆传统制造业，原理上具有革命意义，但使用上存在很多局限。从传统经济学角度来说，大规模生产的成本比较低，将来这个原理不一定对，也许以3D打印为标志的分散化制造的成本会更低。
据业内人士分析，未来，传统的快速成型应用会越来越窄，比如用树脂、塑料等打印模型，发展趋势是直接金属零件制造和便宜的3D打印机，这是3D打印的发展方向。
对此，冯涛有着清醒的认识，“我们做的设备和零件还没有达到产品化的标准，所以我们要在这方面下功夫。我们打印的砂模和蜡模要达到现代工业的质量要求，否则难以与传统制造方法竞争。现在的优势主要是小批量、速度快、成本低，但至少在尺寸、光洁度、性能上都有差距。”
不知不觉，隆源公司已经在3D打印的道路上前行了20年，面对3D打印技术和第三次工业革命的浪潮，他们迫切希望能找到与政府和资本的契合点。
冯涛说：“如果我们得到一些资金，我们会很珍惜，一定会投入研发，我们是市场型企业，深知资金的重要性。” 同时，他也指出，发展3D打印产业，不能靠政府驱动，主要应靠市场和资本驱动。政府应该发挥政策引导作用，但是一些高端关键领域的技术研发和推广应用需要政府支持，比如航空航天和军工。
基于实际情况，隆源公司下一步还将以工业设备为主打产品，随着市场的发展，逐步拓宽，核心是在激光烧结快速成形技术和应用上做专做精。
“如果能与业内的企业进行重组，那是我们希望看到的。”冯涛充满期待。因为国内的3D打印企业，规模都很小，技术还有交叉。美国经过并购集中到了两家，它们虽然与世界500强相比还不大，但比国内企业大多了。
滨湖机电“以小博大”
全球最大的激光烧结3D打印机就诞生在这里
文/本刊记者 牛禄青
三月中旬，北方依然难觅春天的气息，而素有九省通衢的武汉，已是樱花盛开，姹紫嫣红。在华中科技大学西十二教学楼西南角，有一个绿树环绕、很不起眼的白色小厂房。这里就是华中科技大学快速制造中心产业化基地——武汉滨湖机电技术产业有限公司，全球最大的激光烧结3D打印机就诞生在这里。
“我们研发的激光粉末烧结快速成形系统（俗称3D打印机），在全球基于粉末床的快速制造设备中，工作台面是最大的，达到1.2米×1.2米，入选2011年中国十大科技进展新闻，并获得2011年国家技术发明二等奖，目前已形成商品化。现在我们正在研发1.4米×1.4米工作面的此类装备，采用四激光器四振镜，工艺路线更完备、打印效率更高。”滨湖机电总经理周建国言语间充满自豪。
在厂房里，本刊记者看到，这种3D打印机形似立柜，高约2米，分上下两层。据滨湖机电副总经理吴澄现场讲解，上面是激光加热扫描舱，对粉末进行分层平铺、加热和烧结。只要把零部件的三维数据输入电脑，该设备就会使用陶瓷、塑料、砂等不同的非金属粉末材料，自动化进行生产，打印出你想要的三维样品。
滨湖机电技术产业有限公司原是由华中科技大学（原华中理工大学）、武汉市科委和深圳创新投资公司共同组建的高新技术企业。公司依托的华中科技大学快速制造中心，从1991年就开始关注和研究3D打印技术，是中国最早开展该项技术研究的单位之一。先后得到科技部、教育部、国家自然科学基金委员会、国家863高科技计划、湖北省科技厅和武汉市科委的支持。
技术优势
华中科技大学原校长黄树槐教授是中国快速成形技术的主要开创人之一，1991年他看到国外刚刚兴起了快速成形技术和分层制造，然后就组织人员开展研究，为华中科技大学的3D打印技术应用奠定了坚实的基础。
1994年，华中科技大学快速制造中心研发出中国首台具有自主知识产权的3D打印机，次年九月参加北京国际机床展览会，成为中国第一台参加展览的快速成形设备。1996年，转化该技术的武汉滨湖机电技术产业有限公司成立。
滨湖机电先后开发了多种3D打印机，业已商品化生产的产品包括薄材叠层（LOM）快速成形系统、光固化（SLA）快速成形系统、激光粉末烧结（SLS）快速成形系统、金属粉末熔化（SLM）快速成形系统。目前，国内只有滨湖机电能同时提供这四种工艺类型的快速成形设备。目前该公司最受市场欢迎的是后两种设备，综合性能指标达到国际先进水平。迄今，该公司已销售200多台3D打印机。
周建国表示，滨湖机电公司的研发投入至少占销售收入20%以上。虽然只有60名员工，但多年依托华中科技大学的人才和科技资源，打造了一支较强的3D打印技术研发团队，产品上的应用软件、烧结工艺、部份原材料及打印设备都是自主开发，走出了一条产学研相结合的自主创新之路。
据了解，华中科技大学材料学院和华中科技大学快速制造中心侧重于3D打印基础和理论研究，滨湖机电公司作为华中科技大学的产业化基地，更侧重于实际应用研究。以华中科技大学快速制造中心主任兼滨湖机电董事长史玉升教授领衔的3D打印技术研发团队已成为国内外3D打印技术的主要研发机构之一。 “我们公司有50多个人专门做产业化，学校这边有十几个老师带领80多个研究生，对3D打印技术进行全面地跟踪研究，对比较成熟的有发展前景的工艺会进行应用和产业化。美国和德国对我们都很重视，多次与我们开展合作。”吴澄说。
滨湖机电的主要成本包括三部分：研发、制造和进口激光器。大学毕业的占60%以上，工人并不多，主要负责组装，进行设备调试的相当一部分是大学生、博士、博士后。设备机械部件由外面加工，然后工人进行组装，最后再把激光器、振镜、电脑、工控机等进行安装和调试，并负责设备的售后服务。
滨湖机电是国内最早一批投入快速成形技术研究和应用的企业，主要向企业和研究单位提供快速成形设备，制造出的工业零部件已超过上万件，用于航空航天、军工、汽车、水泵、核电、节水农业等领域。
在滨湖机电的陈列室里，本刊记者目睹了该公司不同工艺的3D打印设备，以及令人惊叹不已的各种实物样件。他们不仅打印工业零件，还打印少量的工艺品，如中国龙、披风等；甚至为欧洲航天局打印飞机机匣蜡模、为空客公司打印大型钛合金铸件蜡模。
据吴澄介绍，他们为广西玉柴做的柴油发动机砂芯，主要应用于新产品开发。如果用传统方法开简易模具需要600多万元，国内还做不了，用他们的3D打印技术只需一周时间，仅花费20万元。
“这个是核泵上的关键零件，用传统方法很难做，但用3D打印技术很容易。原来机组上的这些零件都是从国外购买的，需支付3.2亿元。现在国内许多生产核泵的企业都与我们合作。”吴澄兴致勃勃地说。
受农业部委托，滨湖机电用4年多时间、做了上千次实验，研发出节水农业中的相关零件。三年前它们与北京一家公司合作，把这个恒灌技术小批量市场化了。现在应用的耕地只有1万亩，全国可用这种恒灌技术改造的耕地至少有3亿亩，发展前景广阔，但需要国家政策的支持，否则农民不愿意自掏腰包用这个节水技术。
跨越发展
随着3D打印产业的兴起，各路机构闻风而动，希望涉足此领域。去年以来，已有多家机构与滨湖机电洽谈合作、投资及收购事宜。这些机构包括PE/VC、英国University of Exeter、西安交大及部分军工企业。
史玉升教授曾表示，滨湖机电跟武汉纺织大学探讨如何打印生活中可以使用的衣服等纺织品，与英国University of Exeter和西安交通大学探讨如何打印人体的活性器官。
“目前谈投资意向的比较多，有企业、风投、银行、大学等，谈收购的也有，国内知名企业也跟我们谈过合作意向。在国内目前产能过剩行业比比皆是的情况下，3D打印肯定是一个新的经济增长点。投资到产能过剩行业，很可能竹篮打水，而投资到新兴的3D打印产业，则有很大的发展空间。” 周建国向本刊记者透露。
谈到是否有上市的打算，周建国表示，必须先把企业做好，即使以后上市，也要给股东带来实实在在的回报，要有利于企业的长远发展，不能为圈钱而上市。
确实如此，滨湖机电虽然起步较早，在国内同行业实力较强，但与国外企业相比，还有较大差距。目前，滨湖机电年销售收入才1000多万元，而美国的两家上市公司3D Systems和Stratasys，2011年销售收入分别为2.3亿美元和1亿多美元。业内人士告诉记者，国内3D打印市场太小，企业的规模也较小。
“我们做了这么多年，确实挺艰难，赚到的微薄利润全部投到了3D打印技术和设备的研发上，没有任何结余，所以我们一直没有固定的办公场所和研发生产基地，目前还是借用华中科技大学的老房子。”周建国说。
除了资金紧张和没有自己的研发生产基地，如何提高企业的国际竞争力，是滨湖机电面临最大的挑战。这不仅涉及厂房、设备、产品等硬件，更取决于企业的人才、文化、管理等软实力。周建国直言不讳，“我们这里的专家和研发人员的工资都很低，如何提高待遇、留住人才也是我们直面的困难。”
为了推动3D打印产业化，在武汉市政府和东湖开发区的大力支持下，华中科技大学正在光谷（武汉东湖高新区）选址，筹建国内首个3D打印工业园，集3D打印设备制造、材料制造和产品加工服务于一体。这个3D打印工业园的主体之一就是滨湖机电，计划用一年多的时间初步建成这个研发生产基地。
“3D打印应该热起来，这是当前经济结构调整、转变发展方式的必然要求，也是技术进步和经济社会发展的必然趋势。”周建国说，我们要抓住机遇，加快发展。一是要加大3D打印设备的研发和投入力度，包括激光金属熔化和激光粉末烧结快速成形设备，继续保持领先优势，确保在国内第一梯队的位置，满足客户对新产品的需求。二是要研发自己的3D打印材料、提高3D打印材料的质量和性能，提高材料技术水平。三是拓展服务领域，为客户提供3D打印产品和技术服务。
滨湖机电将把产品和技术服务作为一个重要收入来源，由于国内对知识产权意识淡薄，许多客户委托它们研发产品样件，只购买它们的3D打印设备，然后自己制造零部件，而对其样件制造过程中软件、材料、技术等前期研发和售后服务，没有付费的意识。国外则不同，所有服务都是要收费的。
“即使这样，我们还是要做服务，这是未来的一个趋势。”周建国非常坚定，产品服务和我们的市场紧密相连，技术服务与我们的新产品开发息息相关，所以，这两方面服务都要做。用户提出的要求，实际给我们指明了市场和产品的发展方向。
未来，滨湖机电还会涉足消费品领域，这样将使企业的销售收入和生产规模快速增长。而原先的工业领域，市场规模较小，每年最多销售几十台3D打印设备，这样企业的发展受到很大限制。“风樯动，龟蛇静，起宏图”，滨湖机电正乘着第三次工业革命浪潮，为实现跨越式发展而再次起航。
太尔时代：
领跑桌面制造
促进3D打印产业的快速发展，更有助于“中国制造”向“中国创造”转型 文/本刊记者 牛禄青
去年底，美国MAKE杂志评选最佳3D打印机，对现有全球流行的15款个人三维打印机做了权威公测。令人惊喜的是，北京太尔时代开发的“UP！”三维打印机荣登榜首。该杂志认为，UP！操作方便，功能丰富，打印精度高，是一款最理想的三维打印机，在整个评比中获得了最高评价。
“UP！”系列是太尔时代最新推出的便携式桌面三维打印设备，机身简洁、性能完备，可方便地直接打印出各类模型实物，适用于多个行业领域，满足不同人群的特殊需求。UP！3D打印机应用熔融挤压快速成形技术，该技术集成了机械工程、CAD、数控技术和材料技术，加热熔化并挤出塑料丝材，运用层层堆积的原理形成三维实体模型，打印过程安静稳定，适合在工作室或家中操作。
“桌面3D打印机的市场占有率，太尔时代肯定是国内第一。工业级快速成形设备，我们的销售数量最多，但产值不是最高的，因为单价低。国内其他企业的平均单价都在70万以上，我们的平均单价只有十几万。”太尔时代总经理郭戈对本刊记者说。
据了解，市场上低端的桌面3D打印机价格一般在1万元以下，太尔时代的UP！三维打印机卖9900元，高端的桌面3D打印机大约在1万到10万之间。
近一段时期，3D打印的火热让一贯低调的郭戈有些不适应，前来采访的媒体络绎不绝。“热起来对我们企业有好处，首先是获得了媒体和公众的高度关注；媒体报道以后，客户群体进一步扩大，业务咨询合作明显增多，与客户的沟通更省力，也促进了3D打印机的销售。”郭戈笑着说。
单打变双打
太尔时代是一个具有核心竞争力的公司，以熔融挤压快速成形技术赢得了市场和声誉。成立以来，一直从事3D打印设备的研发、生产和销售，依靠市场滚动发展，在3D打印产业化道路上默默探索着。
2003年，北京太尔时代科技有限公司成立，而毕业于清华大学、师从颜永年教授的郭戈是创始人之一。如今，太尔时代在北京怀柔建有占地3000平米的生产基地，公司人数由原来的十几名发展到现在的近100名。
为保持技术领先和创新活力，太尔时代不断加大研发投入，自主开发3D打印的硬件、软件、数控、材料等核心技术，现已拥有核心软件著作权，十几项发明专利与实用新型专利，累计完成了多个科研项目。目前，太尔时代的控制系统和软件系统在国内同行业中遥遥领先。
太尔时代以研发工业领域快速成形设备起家，工业设备体积较大，最小的跟洗衣机和冰箱差不多。2010年前后，它们通过改进技术，把生产成本降了下来，开始推广桌面3D打印机。这种设备体积较小，跟办公室的打印机差不多，主要面向普通消费者。
太尔时代的工业设备每年销售100多台，产值1000多万。设备硬件所占成本仅为10%～30%，由于市场规模很小，其他人工、研发、销售、房租等可变成本较高，所以利润率大概在20%左右。
经过十几年的发展，太尔时代的3D打印设备覆盖国内26个省（自治区、直辖市），并远销欧洲、北美洲、大洋洲、中亚。打印出的产品应用于工业制造、航空航天、汽车、动漫设计、医疗、教育、家电、五金、艺术品等多个领域，并与宝洁等国际知名企业开展合作。
太尔时代桌面3D打印机的客户面向个人、企业、教育研究机构，其中个人客户主要做DIY（自助）和各种模型。工业级快速成形设备主要应用于新产品开发，神舟七号的出舱服，研发阶段就是用它们的快速成形设备打印的。
郭戈还让本刊记者观看了桌面3D打印机制造出的产品模型，有机器人、海螺、猫头鹰、恐龙、积木、建筑、装载机等，形态各异，五颜六色，栩栩如生。
“我们有一个加拿大客户，是一个研究生，设计了许多厨房用具，用我们的设备打印出来。这是他给我们发的照片。还有一个澳大利亚客户，用我们的设备打印一些小工艺品，周末到街上摆摊。”郭戈很有成就感。
太尔时代的3D打印机，采用熔融挤出快速成形技术，把塑料加热到270度挤出后迅速凝固。这种工艺成本较低，材料都是塑料，更适合在普通消费者中推广。随着大范围推广，个人打印一件产品的费用也就是原料成本的2～3倍。打印的时间也不长，一般都是几个小时，打印手机壳只需要一个小时，尺寸大、结构复杂的产品可能需要几天，所用材料大约是十几克到几十克。
虽然在低端的消费级3D打印机方面，太尔时代与全球最大的3D Systems公司和Stratasys公司相比毫不逊色，但在工业级快速成形设备方面还有较大差距。郭戈坦言，“技术的可靠性、精度、打印质量、品牌推广等都有欠缺，而且这两家公司有好几种工艺同时在做，我们主打一种工艺，国内其他公司大多也是主打一种工艺。此外，企业整体实力较弱，规模也比较小。那两家公司每年都有几亿美元的销售额，国内的企业都是几千万人民币。当然价格上比我们的设备大概要贵1.5～2倍，但打印质量非常好。”
整合产业链
去年，太尔时代桌面3D打印机的销售额已经超过了工业级快速成形设备，分别为2000多万和1000多万。“如果普通3D打印机在价格、可靠性、应用性、质量等方面有显著提升，全球市场每年卖几百万台，应该没什么问题。”郭戈对桌面3D打印机的市场前景非常看好。
业内人士告诉记者，熔融挤出的工艺更适合制造桌面3D打印机，成本较低，没有污染，在办公室和家庭使用很方便。目前，全球消费品领域3D打印市场规模也就几千万美元。
之所以对桌面3D打印有信心，郭戈有着自己的思考，“3D打印技术不同于前两次工业革命，可以再次把每个人与制造的距离拉近，从这个角度来看，也算是一次革命。”
一个人一台电脑，有一个好的想法，在电脑上设计出来后，用3D打印机就可以直接制造出来，同时也创造了新的商机。比如创意设计，通过电子商务销售创意产品的电子数据，客户从互联网下载后自己打印，物流都不需要，大大降低了创新和创业的门槛，也降低了产品的成本。 未来，太尔时代将努力推进桌面3D打印机在市场中的应用，进一步提高质量，降低成本，但只卖3D打印设备，不提供打印产品服务。据介绍，这种工艺设备的价值比较低，做出来的产品附加值也不会特别高。虽然创意的价值很高，但他们没有精力和这方面的人才去做创意，所以，在商业价值不高的情况下，太尔时代重点发展分布式制造，让客户自己去打印产品。
为了推动桌面3D打印机的产业化应用，太尔时代将搭建一个上下游的产业链，让普通消费者更容易接触到3D数据，因为3D数据一般需要专业人士提供。“我们正在把专业人士和专业公司的3D数据资源整合到一起，通过某种平台（打印机的接口、网上商城、数据生产厂商的三维软件），把它推送到普通消费者面前。普通消费者接触到这些，就会产生打印的需求，满足审美、生活和工作的需求。”郭戈表示。
目前，太尔时代正与开发CAD软件的数码大方公司开展合作。从互联网下载数据，必须有版权保护，否则创意数据被盗版了，将不利于3D打印产业的健康发展。
对于数据的版权保护问题，郭戈也有初步的设想。3D打印机的硬件和软件都是我们自己研发生产的，我们可以把版权保护内置到打印机的系统里面，做一个版权保护的机制，其他的数据提供商按照我们的机制把他的数据保护起来，我们的打印机会做出判断，是否允许打印，能打印几次。设计者有了收益，才愿意把他的优秀设计作品放到平台上，客户才会有更好的打印体验。
这样，太尔时代的盈利模式将趋向多元化，不仅开发3D打印设备和材料，而且还有平台服务。由于研发投入大，资金紧张，太尔时代希望引入资本，助推企业的发展，并实现上市，现正在洽谈中。
太尔时代虽然发展了十多年，但整体实力还较弱，除了技术上需要进一步提升，主要的挑战还是市场开拓，由于国内市场不大，靠企业本身去扩大市场，确实很困难。郭戈希望国家能在3D打印的推广应用方面给予政策支持，如果国家能把3D打印推广到各级学校和幼儿园，深入课堂教学实践中，既可以提高学生的创新意识、动手能力和创造能力，也可以促进3D打印产业的快速发展，更有助于“中国制造”向“中国创造”转型。
3D打印“真面目”
清华大学激光快速成形中心林峰教授揭开3D打印神秘面纱
口述/林峰 采访整理/牛禄青
在清华大学林峰教授的办公室里，到处都是逼真的3D打印实物模型，手机外壳、工业零件、医疗支架、各种玩具……甚至名片盒都是3D打印的，红色的水立方形状，煞是好看，用手一摸，还有纹路感。
他指了一下桌子上与普通打印机差不多大小的设备，对本刊记者说：这些物品都是这台3D打印机做出来的，它采用熔融挤压快速成形技术，把塑料加热到200多度，然后用喷头一点点挤出来，进行堆积制造。这台3D打印机国内卖一万元人民币，美国卖1500美元，它甚至都能把活体细胞打印出来。如此神奇有趣，不知不觉间对他的专访持续了三个多小时，以至于外面何时刮起了沙尘暴都全然不知。
3D打印的中国变迁
3D打印技术诞生于上世纪80年代的美国，中国从1991年开始研究3D打印技术。20多年来，国内学术界和制造界都知道这个技术，当时的名称叫快速原型技术（Rapid Prototyping），即开发样品之前的实物模型。
通过计算机技术先建立三维数字模型，然后进行离散分层，最后用成型设备一层一层堆积起来，变成有纹路的实物模型。非常复杂的零件变成了简单和标准的制造，不需要针对不同形状的零件去考虑它的材料、刀具、机床和工序等因素。只要把相关数据发给成型设备就可以打印出来，减少了许多中间环节和人力物力，大大降低了生产成本。用传统方式制造零件，整个生产过程一般需要几个月，用快速原型技术可能只需要几天甚至几个小时。这种技术特别适合产品开发阶段，但它不是最终的产品，性能也不够好。
清华大学是国内最早从事3D打印技术研究的高校之一，当时颜永年教授邀请到了美国的Jack Keverian教授。Keverian教授将他搜集的四大本快速原型方面的资料赠送给清华，对中国快速原型技术的起步帮助很大。此外，华中科技大学和西安交通大学对这种技术的关注和研究也比较早。
上世纪九十年代，这种技术在国际上有几种成熟的工艺，分层实体制造（LOM）、立体光刻（SL）、熔融挤压（FDM）、激光烧结（SLS）等，国内也在不断跟踪开发。2000年前后，这些工艺从实验室研究逐步向工程化、产品化转化，，逐渐转移到了企业。当时，国家也不太支持，因为做出来的只是原型，而不是可以使用的产品，而且国内对产品开发也不重视，大多是抄袭，不需要在产品的原型上下功夫，所以，快速原型技术在中国工业领域普及得很慢，全国每年仅销售几十台快速原型设备，主要应用于职业技术培训、高校等教育领域。
2000年以后，清华大学、华中科技大学、西安交大等高校继续研究3D打印技术。西安交大侧重于应用，做一些模具和航空航天的零部件；华中科技大学开发了不同的3D打印设备；清华大学把快速成形技术转移到企业——殷华（后改为太尔时代）后，把研究重点放在了生物制造领域。
企业对这些技术不断改进和简化，研发出了新的3D打印设备。3D打印技术在国内已经存在20多年了，之所以影响不大，主要有它的技术瓶颈。首先，材料的种类和性能受限制，特别是使用金属材料制造还存在问题。其次，成形的效率需要进一步提高。此外，在工艺的尺寸、精度和稳定性上迫切需要加强。20世纪90年代末期，大家开始研究金属材料快速成形技术，但难度很大，都不太成熟。
当时，美国有几家公司在用金属材料做大零件，先做毛坯，再进行后期加工。2000年前后，美国研发了几款战斗机，其部分零件就是用快速成形技术做的，它们的技术比较成熟。中国北京航空航天大学、西北工业大学、有色金属研究院等单位对金属激光快速成形技术进行了重点攻关，近年来取得重大突破，可以制造大型金属零部件。北航王华明教授3D打印的的钛合金结构件已经应用到了中国的飞机上。目前，3D打印的金属零部件在国内一些领域有所应用，但还没有大范围推广，因为技术还在进一步完善、检测标准体系滞后、材料品种较少。现在使用的都是韧性比较好的材料，如不锈钢、钛合金等。 不管称快速原型、快速成形，还是称增材制造、3D打印，共同的特点都是基于离散堆积的原理来进行分层制造。3D打印在业内专指快速制造的一种工艺，上世纪90年代初，美国麻省理工学院的Sachs首先提出了“3D Printing”工艺。这种工艺的具体流程是，先铺好粉末，然后用喷墨打印机的方式喷出粘接剂，反复操作，最后打印出产品。现在为便于公众接受，把这种新技术统称为3D打印，但在国内学术界和政府文件里称“增材制造”，国际上也称“增材制造”。
3D打印技术是指由计算机辅助设计模型（CAD）直接驱动的，运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等材料，在快速成形设备里分层制造任何复杂形状的物理实体的技术。基本流程是，先用计算机软件设计三维模型，然后把三维数字模型离散为面、线和点，再通过3D打印设备分层堆积，最后变成一个三维的实物。3D打印好比一层层盖房子和盖金字塔，不同的是，盖房子是在人的操作下完成的，增材制造是在计算机的控制下进行的。
3D打印技术包括多种工艺，最典型有四种：第一种工艺是分层实体制造（LOM），也叫叠层制造。用激光或刀切割一个薄层，然后一层层叠加。基本材料是纸。这种工艺废料较多，用激光切容易着火，现在很少有企业使用这种材料，而且最先这样做的美国公司也倒闭了。
第二种是立体光刻（SL）。基本材料是液态树脂。用紫外激光照射池子里的液态树脂，照到的地方就固化了，成形一层后，平台下移，再固化下一层，直到最终成型。优点是精度高，打印出的发动机晶莹剔透，但缺点是使用材料有限。
第三种是熔融挤出（FDM）。把材料用高温熔化成熔融状态，然后通过细小的喷嘴挤压并排列填充出一个截面，一层一层截面在堆叠起来形成三维实物。这种技术由全球第二大3D打印公司Stratasys提出，这个公司销售的3D打印设备是最多的，因为价格便宜。这种技术不用激光，成本低，材料广泛，强度较高，可以彩色成型，但是成型的精度稍差。
第四种是选择性激光烧结（SLS）。它的特点是利用粉末状材料，先把粉末铺好，再用高强度的红外激光扫描，将零件截面内的粉末烧结在一起，通过一层一层烧结，最终成型。基本材料是金属粉末、蜡、塑料等。
3D打印与传统制造各有各的优势。如果大批量制造简单的零部件，传统制造的成本较低，速度较快。如果制造单件小批量的或者复杂结构和外形的零部件，3D打印速度更快，成本更低。有些非常复杂的结构和特殊材料的零部件，传统制造无法完成，只能采用3D打印技术。此外，3D打印可以缩短加工流程，进行现场制造和个性化制造，从而满足人们的不同需求。3D打印在新产品开发、整形修复、现场应急、个性化消费品等领域具有广阔的发展前景，所以，3D打印可以替代一些传统的制造方式，也可以促进传统制造转型升级，但3D打印不可能完全替代传统制造。
中美差距有多大
以前制造汽车、手机等产品，需要经过材料准备、加工成形、表面处理等多个环节，既消耗资源和能源，又需要大量的劳动力，而且还污染环境，所以，美国等西方发达国家把这些低附加值的生产制造环节转移到中国等发展中国家。现在情况不一样了，3D打印的优势是短流程，可以省略许多中间加工环节，用计算机设计出数字模型，直接就可以打印出产品。
奥巴马形容3D打印“很酷”，为了让3D打印扎根于美国，像谷歌一样吸引年轻人投身到充满乐趣的快速制造中，从而扩大就业，就提出了“再工业化、再制造化”。这样，产品的铸造、锻造等加工环节就不需要放到发展中国家了，这对中国来说将产生重大影响。
实际上，目前美国在大批量生产零部件的时候，还未大量使用3D打印，而在产品研发、试制阶段，已广泛应用3D打印。随着个性化制造、批量定制等新型生产方式的推广，以及3D打印成本的进一步降低，中国从事非终端、低附加值生产加工的企业将会受到3D打印的冲击。
中国与美国的差距主要是企业的实力和投入，一是企业规模小，竞争力不强；二是企业资金紧张，投入不够，缺乏政府和资本市场的支持。国内的企业每年也就几千万销售收入，只能应付研发生产和人工成本。而美国的企业无论技术、资金和市场规模都非中国的企业所能比，美国的资本运作和产业重组都已经进入3D打印行业了，中国还没有发展到这一步。前段时间，股市中的3D打印概念走热，纯粹是炒作，许多企业根本就没有涉及3D打印业务，甚至都不知道3D打印是什么。
国内的3D打印产业规模很小，大约3～4亿元，但现在有点过热了。如果企业和资本大量涌入，短时间内不可能产生效益。北京太尔时代生产的这款普及型3D打印机，2012年在美国卖了近3000台，中国才卖100台。国内的市场规模本身就不大，做创意设计和产品开发的人也很少，所以截至目前还没多少人买这种设备。
我们希望理性投资，切实有助于提升3D打印的技术水平和推广应用，弥补中国3D打印产业的短板和软肋。比如材料研发、软件开发、创意设计、商业模式创新等，而不是盲目跟风，炒作圈钱。中国在市场环境中如何更好发展，其实没有经验，只要找不到具体商业模式，中国企业就茫然不知所措，电子商务也是照搬国外的运作模式。
不管是政府的支持，还是资本的介入，都要找到比较好的切入点，上面说的那四个短板就是很好的切入点。政府要出台有针对性的政策措施，一方面对3D打印的基础研究和开发阶段加大扶持力度；另一方面引导大家来使用3D打印，扩大应用范围。
中国的3D打印产业还处于发展初期，一共才有二十多家企业，规模都较小，由于市场容量较小，这么多企业已经有点挤了。如果国家对这个新兴产业进行支持，在支持技术开发的同时，扶植3D打印的市场开拓，包括3D打印的应用、服务、教育培训等，随着市场应用进一步拓宽，那么中国的3D打印产业将会发展壮大。
3D打印走向何方
3D打印不仅在航空航天、军工、汽车、教育、消费品等领域有一定的应用，而且在医疗领域也取得了重要进展，可以使用医学材料3D打印假肢、牙套、器官、皮肤、支架等，甚至可以将细胞进行3D打印。 几年前，清华大学生物制造工程研究所就能将生物细胞进行3D打印，而且打印出的细胞还能在三维的条件下生长。这就是国际最前沿的生物制造技术，它的原理也是基于离散堆积。
以前的快速成形都是将非生命材料人工离散堆积出来，今后我们希望能像生物一样，打印出的材料自己生长成形，这是我们的研究方向。这里面关键的一个因素是材料，而有生命的细胞是最具挑战性的生物材料。把3D打印技术应用到生物医学上，分为四个层次：
一是材料本身没有生物相容性，不能放在身体里，打印出的模型只能放在体外。例如给连体婴儿做分离手术前，通过CT扫描数据3D打印出个性化的婴儿骨骼模型，帮助手术规划和植入器件的设计，保障手术顺利进行，把两个婴儿精确地分离开。二是永久性的植入物。材料的生物相容性非常好，不降解，可以应用到美容整形和修复。我们与整形医院已经开展了多次动物实验，比如治疗小耳畸形的个性化耳软骨支架。
三是组织工程化的支架制造。材料的生物相容性非常好，可以降解，而且能帮助细胞、神经等组织生长。比如骨骼断裂了，身体哪个部位缺损，把相应的细胞提取出来附着在支架上，让其慢慢生长，支架会逐渐降解，等长得差不多了，再放入体内继续生长。现在用3D打印技术来制造这个支架，可以准确设计出支架结构和空隙大小，确保贯通性和营养吸收。
四是细胞三维打印。细胞与基质材料一起被打印出来后，在接近体内的三维环境里生长，可以模仿体内的生理和发病过程。我们在研究癌细胞的发病过程，只要这个模型与体内某种癌症发病过程很接近，那就可以进行抗癌药物的筛选。原来的方法是通过解剖、动物实验，与病人的切片进行对比，但都是静止的，现在用3D打印可以在体外构造这个过程。我们通过细胞打印的肝细胞三维结构体验证了维生素C和E在酒精对肝脏的损伤过程中能够起到保护作用。中国的肝脏患者特别多，我们的终极目标是能打印出可以临床应用的肝脏。
3D打印是以数字化、网络化为基础，以个性化、短流程为特征，实现直接制造、桌边制造和批量定制的新的制造方式。其生长点表现在：与生物工程的结合，与艺术创造的结合，与消费者直接结合。
3D打印未来有四个发展方向：一是功能部件的直接制造，例如飞机的起落架等复杂零件，这个领域的突破口主要是解决材料、标准和工艺的一致性等技术问题，市场规模可达到几十亿美元。二是生物制造，例如细胞打印、个性化的治疗、组织再生、药物筛选、制药等。这将改变生物学和医学的研究方式、患者的治疗方式以及药品的制造方式，应用前景很大，需要政府的大力支持。三是数字化创意，建筑、雕塑、服装服饰、工艺品等都可以3D打印。四是桌边制造（家庭制造），现在网络购物的规模越来越大，以后3D打印走入家庭也是一种潮流。3D打印还将走进幼儿园和中小学校，用3D打印机打印玩具和教学模型，可以激发他们的学习兴趣和创新意识。
后面的三个方向，是传统的制造方式所无法满足的，这可能就是3D打印的革命性意义。国内从事3D打印的人，都比较低调，一般不愿公开说革命性，避免得罪传统制造领域的人。实际上，3D打印与传统制造不是有我没你的完全替代关系。作为一种新技术和新工具，既可以与传统制造相互融合和互补，也能像哥伦布一样发现新大陆，开发出新的天地。3D打印成为未来的主流制造，从数量上来讲，十年都不太可能，但它可以融入到各个行业和领域，可以走进人们的工作和生活中。
3D打印能给人以无限的遐想和创造发明的激情，使人们的生活更加美好。但3D打印走入寻常百姓家，最关键的是数据，毕竟设计数字模型还是有难度的。美国有一家网站，你若买它的实物手机壳，只需花费35美元，如果你下载这个网站上的手机壳数据，自己打印，那需要1500美元。因为你下载数据后可以打印好多手机壳，它宁愿便宜地卖手机壳，也不愿让你下载数据。
这需要创意设计知识产权的保护和相关技术的保障，如果你下载数据后只能打印一两个产品，数据无法复制盗版，那这个数据的下载费用就能降下来。这将发展出一种新的商业模式，一些专业人士就会以数据为生，从事创意设计，然后把数据放到互联网上出售。
开启社会化制造新时代
专访长城企业战略研究所所长王德禄
文/本刊记者 牛禄青
人类经历了两次工业革命，在实现机械化、规模化、城市化的同时，也带来了能源危机、环境污染、交通拥堵等诸多问题。随着互联网的普及以及智能软件、新材料、机器人、3D打印等新技术的应用，第三次工业革命呼之欲出。特别是3D打印，被寄予极高的期望，不仅受到国内外资本市场的热烈追捧，而且引起了政府、科技、企业和投资界的高度重视。
已有20多年的3D打印为何现在突然“蹿红”？它对经济和社会发展到底能产生多大影响？对中国这个制造业大国来说，是机遇还是挑战？中国如何应对呢？为此，本刊记者专访了长城企业战略研究所所长王德禄。
革命意义
《新经济导刊》：2012年以来，3D打印在全球急剧升温，人们对3D打印的发展前景存在争议。英国《经济学人》杂志把3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，有人则认为影响有限，减材制造依然是主流。您对此怎么看？
王德禄：对于第三次工业革命，目前比较主流的看法来自美国未来学家杰里米？里夫金。他认为，接下来的半个世纪里，集中经营活动将被第三次工业革命的分散经营方式取代。未来将是社会化协作、分布式能源和行业专家、技术劳动力为特征的新时代。
在第三次工业革命中，产业链条的关键进一步转移至研发设计等环节，制造环节将被压缩至“一步实现”。除3D打印外，机器人技术、人工智能技术、纳米科技、新材料、新能源等技术也将是第三次工业革命的重要组成部分。而3D打印则被誉为是“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。3D打印技术极有可能和互联网一样深入到我们生活工作的任何一个角落，会在第三次工业革命中产生巨大的推动作用。同时，应当强调的是，3D打印并非第三次工业革命的全部，掌握了3D打印技术是在第三次工业革命中取得领先地位的必要条件而非充分条件。 3D打印机在第三次工业革命中的地位，正如PC之于信息行业。对比信息行业的发展历程，工业用快速成形机相当于20世纪60年代的专用和大型计算机，而民用3D打印机则是20世纪70年代的个人PC和苹果台式计算机。3D打印技术会渗透到许多领域，并衍生出许多原创产业，如皮肤打印、3D打印设计和服务平台、消费品定制等。就像蒸汽机发明以后，不仅仅是蒸汽机产业本身，还渗透到许多行业中，这也是它的革命意义。
目前，3D打印产业尚处于产业导入期，全球竞争刚刚拉开序幕。我国在技术水平与国外相比落后不多，具有极大的赶超可能。同时，智能软件、新材料、灵敏机器人、新的制造方法将形成合力，产生足以改变经济社会进程的巨大力量。
《新经济导刊》：3D打印技术早在20多年前就已经存在，只是称呼不同，当时叫“快速原型技术”，后来叫“快速成形技术”、“增材制造”。为何一直默默无闻的3D打印，现在突然热了起来？
王德禄：3D打印之所以火起来，直接原因是由于去年奥巴马宣布把3D打印技术作为国家战略。国际金融危机后，美国希望实现制造业复兴。因为过去十年美国制造业下滑太快，产业工人越来越少，但可选择的亮点太少，经过比较，觉得3D打印与智能机器人、智能制造可以提振自己的制造业，像“救命稻草”一样。3D打印的升温和崛起，根本原因是受到个性化需求的拉动和产业发展环境的不断完善。
任何一项新技术的普及和应用都存在产业环境和配套技术的门槛，3D打印也是如此。3D打印技术的广泛应用是基于互联网服务、虚拟现实等技术的广泛应用。近十年来，由于信息技术的飞速发展，三维成形、3D设计软件等配套技术的不断普及和简化，使3D打印上游环节的专业化设计被服务化，一般设计人员和普通百姓也可以便捷地操作3D打印机。
此外，同质化的生产已不能满足未来用户的差异化需求。在新经济的发展过程中，通过持续的科技创新和劳动力水平提升，面向人们基本生存需要的农业和制造业的占比日益降低，满足人类更高层次需求的服务业愈发重要。随着生产力水平的提升，人们开始在集约生产带来的同质化消费之上，追求更高层次的个性化、定制化消费。新媒体、社交网络满足了人类在精神层面的个性化需求，而3D打印正是实现物质个性化的最佳解决方案。
第二次工业革命的成果和特征在其发源地美国的体现最为明显。作为“美国梦”的组成要素，批量生产的汽车、批量建造的房屋、全国同时收看的电视和遍布各地的沃尔玛以高效的集约化生产和低廉的价格，向所有人提供同样的产品和服务。批量生产降低单位成本的同时，也使得消费趋于同质化。这对满足人类的基本生活需要自然毫无问题，但在衣食住行已经基本满足的时代，人类开始追求更高的目标：诸如实现自我价值，追求与众不同的生活等等，每个人的需求在这一层次体现出充分的差异化，绝非某种成本导向的大批量制造产品所能满足。“我只生产一种汽车，就是T型车，只生产一种颜色，就是黑色”的时代已经一去不复返。
互联网技术也为产品信息的传播奠定了基础，随着3D打印技术的逐渐成熟和新能源的普及应用，社会化生产的优势将逐步凸显。未来产品信息的传播将取代物质的流动，众包设计、短流程生产将成为未来制造业的两大显著特征。3D打印技术事实上是一种介于第二产业和第三产业之间的“2.5产业”，能够在产品的制造环节融入服务的功能，使工业产品高度定制化、个性化。可以预见到，3D打印的“制造+服务”模式会改变人类现有的生活方式。
《新经济导刊》：目前，3D打印技术主要应用于哪些领域？您对国内哪些地区的3D打印产业发展前景看好？
王德禄：目前来看，3D打印技术主要面向非批量生产市场，也是传统制造业的“软肋”所在，如快速模型、假肢、航空结构件等，对传统制造业起到了极大的补充和提升作用。在非批量制造领域，3D打印已经取得明显优势。可以肯定的是，3D打印至少在非批量的产品制造领域具有明显优势，不仅能够节约时间成本，经济效益也十分显著。
如果传统制造业是资源驱动，那么3D打印主要靠创新驱动。未来，创新能力较强的地区将成为中国3D打印的高地，如北京的中关村、武汉的东湖、深圳、义乌等。中关村、东湖、深圳创新创业资源高度密集，创业环境十分友好，是原创产业最好的孕育地，更是我国将3D打印打造为原创产业的最佳载体。尤其北京市具备在全国率先发展3D产业的优良基础和引领全国的发展潜力。
而浙江义乌作为全世界拥有商品种类和数量最多的城市，是我国工业产品高度多样化的代表，也是消费者对个性化产品需求的直接体现。3D打印能够大幅节省义乌中小企业新产品研发的时间和资金成本，从研发环节上大幅提升传统制造业的竞争力。
迎难而上
《新经济导刊》：我国已经成为全球第二大经济体，也是一个制造业大国，3D打印技术对我国传统制造业转型升级和经济社会发展将产生哪些影响？
王德禄：3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等多方面的前沿技术，具有很高的科技含量，引发的制造业革命对中国尤为重要。作为制造业大国，中国应该比欧美更重视3D打印，不能在新经济时代被边缘化，应该转变观念，顺势而为。
在全球制造业由集约生产向分布式生产演变的浪潮中，我们需要把握产业发展大势，借助3D打印实现我国制造业整体水平的提升，掌握未来产业链高端环节，实现“中国制造”的新生。
第三次工业革命为我国加快结构调整和发展方式转变带来了重要机遇，为突破资源环境约束创造了有利条件，也为我国工业提升国际分工地位形成新的契机。但是，其形成的新技术浪潮将对劳动密集型产业带来较大冲击，一方面对支撑我国工业发展的制度安排带来挑战，另一方面也对工业企业的转型升级提出了紧迫要求。
短期内3D打印技术将从研发、设计和生产模式等方面，给传统制造业带来提升和冲击：一是产品推向市场的时间将缩短。借助于3D打印在快速成型领域的应用，产品的设计和研发周期都将明显缩短，迅速推出新产品将成为未来企业的必备素质。 二是未来的产品性能将更为优化。产品制造的门槛降低将导致更多竞争者涌入市场。同时，3D打印技术参与到制造过程将能够使产品变得更轻、更小、更坚固、更少机械连接并且更加易用。
三是开放式设计将成为可能。在产品设计环节，厂商与最终用户的沟通将更为频繁、更为可行，用户的参与意愿将得到充分满足。这些开放式设计的产品将比传统产品更具竞争力。
四是定制化更为普遍。由于创新型企业在较低的成本下借助于3D打印和其它快速成型技术实现了定制化生产，客户的期望将随之提升。定制化生产将成为一种常规模式。
五是分布式生产的挑战。集约化、批量生产的价格优势将有可能被3D打印更接近客户、更贴近需求、更即时的优势抹平。用户将有可能在放弃价格优势的同时收获更好的购买体验和使用体验。
目前，美国不仅积极发展新能源、能源互联网，甚至还鼓励制造业创新和回流。第三次工业革命不仅影响到产品的生产方式，还将影响到产品的生产地点，一些制造业回归美国是必然，如果再加上第三次工业革命这种技术手段的叠加，中国国际竞争力提升将面临巨大挑战。错失第三次工业革命的良机，中国将陷入被动境地，制造业也会衰落。相关部门一定要在理论研究、政策设计、舆论引导等方面做好准备，积极投入第三次工业革命中，采用新技术确保我国制造业的国际竞争优势。
并非所有人都能从产业革命中获益，每次产业革命总会使一部分群体利益受损。正如18世纪的英国，第一次工业革命中曾有工人认为是机器抢走了他们的饭碗，从而引发“卢德运动”；铁路的兴起导致了运河的衰落；信息技术的深化导致了极为普遍的失业——信息化对组织效率的提升极大，使精简人员成为必然。
面对第三次工业革命的冲击，任何试图以传统生产方式与新技术竞争的行为都将是徒劳的。我国企业必须加深对即将到来的产业革命的认识，积极应对新技术的挑战。包括认识到3D打印对于产品研发的重要提升作用、对产品性能的优化作用、开放式设计、定制化生产等的可能性。在第三次工业革命逐渐渗透的过程中，企业核心竞争力的构建重心将发生转移，人力资源和自然资源的价格对企业竞争力的影响将大幅减弱，商业模式和业态创新能力、对市场需求的理解和产业组织能力更应该被重视。
《新经济导刊》：经过20多年的发展，中国在3D打印技术应用和市场规模上依然滞后，您认为推进3D打印技术产业化，需要解决哪些问题？
王德禄：从整个3D打印产业链来看，我国在理论和应用的前沿与国际水平差距不大。但恰恰是在技术实现环节存在较大缺陷——机电技术本身就是我国的技术短板，3D打印所涉及到的精密激光器、光学系统、精密导轨和电机等均需从国外采购，严重限制了产业发展。
3D打印的共性技术需要国家投入重点突破。在桌面级3D打印机设计中，如何让喷头顺畅、稳定地出丝，如何提高精度，如何增加可打印材料的多样性等，工业级3D打印机的材料、微滴喷射技术和激光技术，这些技术障碍如果全部由某家企业自行投资研发，其成本和风险都是难以承受的。而如果各自为战，未来又将面临集成创新的高成本。在发达国家，这些共性技术的研发主要由国家支持的研究所负责。我国3D打印企业目前规模均较小，产业联盟成立不久，尚无实力和资源攻克这些限制产业发展的关键技术，因此需要国家引导投入、重点突破。
产业链整合是国家竞争力形成的关键。除上述基础技术和共性技术外，最终产品的形成依赖于企业的集成创新能力。目前我国企业或处于创业阶段，或由高校管辖，均缺乏资源整合能力。而美国3D System公司已经完成了数次并购，从横向的技术覆盖面和纵向的技术链条均具备了相当的实力。相比之下，我国企业在集成创新能力和潜力上已经存在较大差距。在未来3D打印产业进一步细分、专业化、规模化的过程中，需要有能够强力组织产业资源的联盟或龙头企业，实现资源的集聚和整合，在共性技术研发、中试、标准推进等方面发挥作用，实现更大范围内的产业协同，才能在未来的全球竞争中获得一席之地。
新材料产业之所以成为我国工业体系中长期存在的短板，与其自身产业特点是分不开的。在基础研发阶段，需要多学科交叉配合，对研发资源的需求呈现多样化的趋势，下游装备制造业、航空航天、能源科技、信息产业对材料的需求不断演化提升，而新材料技术创新的周期达5～10年，远比一般技术要长，从而导致了我国新材料产业长期处于追赶阶段，基础研发和产业化无法对接，对下游产业支撑乏力。
因此，应提高对新材料产业的前瞻性认识，将发展新材料产业的立足点从满足当下产业需求拓展到未来10～20年的产业需求，在基础研发层面加大投入，提高前瞻性布局所占比例。
此外，政府支持3D打印等高新技术产业发展应吸取过去的前车之鉴，切实转变政府职能，要出台政策、创造环境引导市场发展。在前沿领域，政府应大力支持高校和科研院所的基础研究，在应用领域，要大力支持企业的产业化发展，而不是让政府直接给企业投钱，也不是政府指条路，自己披挂上阵，或直接干预市场，限定技术路线。
（祁鸣、张天龙对本文亦有贡献）
打印技术的先进应用
编译/辛妍
用3D打印机打印实体就如同打印一封信：在电脑上点击打印按钮，一个数字文件就会被发送到打印机上，喷墨打印机会在纸上沉积一层油墨，形成一个2D的图像。然而在3D打印中，借助计算机辅助设计，软件将模型进行一系列的数字切片，并将这些切片的描述发送到3D打印机，它会一层一层地添加连续的薄图层，直到一个实体出现。最大的区别就是，3D打印机用的“墨水”是材料。基本上，任何可以挤压、熔化或者可以加工成粉末的材料，都可以用来打印，比如塑料、金属或一些复合材料等。
几种常用的3D打印技术的工艺过程包括光固化（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）和熔融沉积成型（FDM）等。它们的共性是都具有在世界上任何地方制造定制产品，尤其是复杂几何形状的实体的能力。 目前最常用的3D打印技术是光固化，包括行业领先者Stratasys在内的许多公司的3D打印机都采用这一技术。该技术可以使用包括树脂在内的广范的材料制造最精确的细节部件，因此通常用于制作高精密的展示形式的拟合模型。
选择性激光烧结可以用于生产各种规格的金属部件，包括由航天级钛制成的组件。德国的EOS公司和刚刚被通用航空收购的MorrisTechnologies都使用了该技术。也可用于生产尼龙的一次性部件给汽车、跑步者、滚筒等使用。
选择性激光熔化能打印金属如钛、不锈钢、铂，甚至是黄金，制作出的部件与传统铸件一样好，因此在珠宝业和航空航天业的应用增长迅速。常见的打印金属的3D打印机只能打印网球大小的实体，虽然有些机器可以打印到鞋盒大小，但非常昂贵，这在一定程度上局限了该技术的应用。
熔融沉积成型使用真正的工程级塑料，如ABS、聚乙烯、尼龙等，生产出的部件与机械加工或者注塑模具生产的部件强度相当，颜色相同，惟一不同的是表面光洁度。
随着材料和工艺过程的改进，3D打印迅速发展，并被广泛应用于各个专业领域，特别是在汽车、航空航天和医疗：福特公司的工程师的办公桌上早就使用了MakerBot公司的各种产品，美国国家航空航天局的设施中遍布着Replicator2打印机，牙科医生用它来制造模具等等。作为MakerBot公司的首席战略官，Jenny Lawton女士认为，下一个阶段，也就是在今年将出现的情况会是3D打印设备在消费者家中扩散。下面列举一些3D打印的先进应用：
医疗
3D打印技术在医疗上应该会有很多应用。3D打印能制造专门适合某人身体的定制部件，而这可以是所有的部件。有些研究人员已经用3D打印机生产出了简单的活体组织，如皮肤、肌肉和血管的短延伸。更大的身体部件，比如肾脏、肝脏、甚至心脏，都有可能在将来被打印出来。如果生物打印机可以使用患者自身的干细胞打印器官，那么就可以减少移植后产生排斥反应的可能性。
2011年，一名荷兰女子成为世界上第一个使用3D打印技术制作的钛下颌骨的患者。这不仅节约了原材料成本，同时新方法将手术时间从20小时降到4小时，明显降低了手术成本。更重要的是，该技术的应用对患者本身有利，因为用的是一个完全量身定做的部件。大大减少的麻醉（这在患者非常年轻或者年老时都要考虑）有助于加快恢复速度，同时也减少了感染的可能性。
2012年8月，维也纳技术大学的研究人员开发出一种创建具有特定的化学或生物特性的微米尺度的3D结构的方法，并以此为基础制作出了能够快速打印微米大小的实体的3D打印机。研究人员现在正在研制生物相容性树脂，用它可以生成能让活体细胞依附的支架，从而实现系统性生成生物组织。
2012年11月，WakeForest再生医学研究所的科学家们已经创建出了一台混合3D打印机，它可以创造可植入的人体软骨。
2013年2月，赫里奥特-瓦特大学的研究人员首次使用3D打印排列了人类胚胎干细胞。这些打印出的干细胞具有高存活力，大小完全相同，并且维持了多能性，即具有分化成其他细胞类型的能力。这一进展对体外药物开发和毒性测试至关重要，它可能会加速药物测试过程。长远来说，随着该技术进一步发展，将能够从患者自身的细胞中生成可用的3D器官，从而实现按需提供移植器官。
2013年2月，美国康奈尔大学的生物医学工程师和康奈尔大学威尔医学院的医师们运用3D打印和高密度的注射用凝胶制成了人造耳朵。整形外科医生可能可以用这一成果帮助那些出生时就患有先天性小耳畸形的孩子。新耳朵也可以帮助那些由于意外或者癌症而失去了部分或者全部外耳的人。如果所有的安全性和有效性测试成功的话，人造耳最早可能在三年内就进行第一次人体植入试验。他们早在2012年就已经制成了膝盖软骨、半月板，目前正在研制的有脊柱磁盘和心脏瓣膜，而将来的趋势是制作越来越复杂的器官。有报告说肾脏已经被打印出来了，至于肝脏，可能还需要一些时间。
航空航天
2012年3月，Stratasys公司和Optomec公司完成了为具有功能电子的无人驾驶飞机模型联合开发的智能翼项目。该项目将3D打印和印刷的电子合并起来，创建了世界上第一个完全打印的混合结构。这一项目的完成将有可能改变包括医疗设备、消费类电子产品和航空航天等领域的产品开发。Stratasys公司直接数字制造的副总裁Jeff DeGrange表示，“汇集3D打印和打印电子电路将会改变设计和制造的游戏规则。它有可能只需要更少的材料和步骤来完全简化生产，将产品推向市场。”
2012年5月，总部设在芝加哥的Sciaky公司开发出了电子光束直接制造技术。使用该3D打印技术取代锻造，可以降低F-35联合攻击战斗机中钛结构件的生产成本。
2012年11月，南安普顿大学的研究人员用激光烧结尼龙打印出了无人驾驶飞机。
个人消费
2012年10月，西英格兰大学精细打印研究中心的研究人员称，古代埃及技术中使用的材料可能很适合在3D打印中制作陶瓷餐具原型。目前的项目在理论上为打印单发射、上釉的陶瓷对象提供了可能性，这是用基于目前的技术无法实现的。无疑，古埃及人的材料会减少当前陶瓷业打印原型所需的时间。
2012年11月，华威大学的研究人员研制出了一种简单廉价可用于3D打印机的导电塑料复合材料（由溶解在晶型塑料中的碳粒子形成）。该材料的研制成功将有助于降低3D打印机的成本。将电子轨道和传感器作为3D结构的一部分，他们团队已经可以完全用新材料制作出计算机游戏控制器。
你现在还买不到，但是MIT的美食“The Digital Chocolatier”已经通过印制一层层的糖果制作出了可口的美食。康奈尔大学也在通过它的名叫Fab@Home的多材料3D打印机进行打印食品的研究。
其他
2012年4月，德国卡尔斯鲁厄理工学院研发了一种新的3D打印方法，目前可以打印出分辨率为65纳米的聚合物，并有望很快达到30～40纳米，最终目标是10纳米。这一方法为大量的新的超级材料开放了路径，该界限可以开发利用各种各样的现象，如超材料隐形原则等。
3D打印的先进技术及应用已经渗透到越来越多的领域。随着3D打印技术在打印尺寸和打印精度上的发展，3D打印必将越来越多地应用到更多的领域，离我们的生活越来越近。
沉寂多年的3D打印急剧升温，
如何推动其产业化，实现快速健康发展？
戴着奇妙的手套对“铜首”上下一摸，获取的三维数据立刻传输到后台，几分钟后，一台3D打印机上，一个一模一样的“铜首”就出炉了……这是电影《十二生肖》中令人啧啧称奇的镜头，虽有些夸张，但现实版的3D打印机也十分了得。
不仅能快速打印出恐龙、鸟巢、变形金刚、水杯、衣服、鞋子、首饰等模型和消费品，而且还能直接打印出汽车、飞机、核泵、轮船等工业装备上的金属零部件，甚至可以把皮肤、耳朵、活体细胞、毛细血管、药品打印出来，其中皮肤打印已经在整容修复中实现了商业化。
全国政协委员、中航工业副总工程师、歼-15总设计师孙聪在日前接受媒体采访时透露，钛合金和M100钢的3D打印技术已广泛用于新机设计试制过程。
3D打印作为一种新的制造技术，实际上已经发展了20多年，又称为快速原型、快速成形、增材制造。它的打印流程是：用计算机软件设计三维模型——对数据进行自动化处理——分层堆积出实物——后期人工打磨处理。
有了3D打印机，不会用CAD软件设计三维数字模型怎么办？美国Outdesk网站已经实现3D建模“傻瓜化”，任何人把自己的正面和侧面照片传上去，自动就能形成本人的三维模型。北京3D打印体验馆西城德胜科技园，把3D打印技术和数字化三维扫描技术相结合，每个人都可以打印出自己的三维模型。
目前，3D打印技术在新产品开发、单件小批量生产、复杂结构、现场制造、个性化定制等方面显示了较强的优势，既可以节约时间，还可以减少研发和生产成本，满足了不同客户的实际需求。
中国3D打印技术产业联盟秘书长、亚洲制造业协会首席执行官罗军认为，3D打印技术主要解决了三大制造难题：传统生产方式难以生产制造的个性化产品；传统方式能够生产制造的，但投入大、周期长、成本高的复杂金属结构件产品；虽能设计却无模具完成生产的尴尬。
武汉滨湖机电技术产业有限公司副总经理吴澄对本刊记者说，他们为广西玉柴打印的柴油发动机砂芯，如果用传统方法开简易模具需要600多万元，国内还做不了，用他们的3D打印技术只需一周时间，仅花费20万元。
回顾历史，一些伟大的发明确实能带来经济社会的巨变，譬如印刷术、蒸汽机、电话、电报、电视、内燃机、汽车、飞机、电脑等等，难道3D打印机也要再次改变我们的世界吗？
2012年3月9日，美国总统奥巴马宣布创立美国“制造创新国家网络”计划。4月17日，“增材制造技术（3D打印技术）”被确定为首个制造业创新中心。
随后出版的英国《经济学人》杂志在《第三次工业革命》一文中这样评价3D打印技术：“与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现”，“这场革命不仅将影响到如何制造产品，还将影响到在哪里制造产品。”
从美国把3D打印作为国家战略的举措，到英国《经济学人》封面文章提出的“3D打印推动第三次工业革命”，迅速吸引了全世界的眼球，并引起了各国政府的高度重视，沉寂多年的3D打印急剧升温。
资本市场热炒
资本的嗅觉是最灵敏的。去年以来无论美股还是A股市场，3D打印概念的股票可谓出尽了风头。2012年以来，美国最大的两家3D打印设备上市公司3D Systems和Stratasys，前者股价涨幅近3倍，后者股价翻番。今年2月7日，3D打印公司Exone登陆纳斯达克上市，发行价为18美元，上市当日暴涨47.33%。
受3D打印走热和美股刺激，国内资本市场也激起千层浪。中航重机、海源机械等相关概念股从年初开始纷纷大涨，有的股价已经翻番。
据了解，中航重机受益于北京航空航天大学教授王华明的科研成果获奖。1月18日晚间该公司发布公告称，王华明教授由于钛合金大型复杂整体构件激光成形技术研究的卓越成就获得了2012年度国家技术发明奖一等奖。而此技术，正是3D打印技术的一种。受此影响，中航重机股价持续走高。
但中航重机表示：“公司的激光快速成形技术确实涉及到3D打印，但是暂时还没有产业化的打算。因为有两方面的问题需要解决：一是取得相关资质，二是厂房建设。这些短时间内都不可能得到解决，所以该业务不会对公司业绩造成太大影响。”
海源机械由于牵手“中国3D打印开创者之一”清华大学颜永年教授，也同样受到了资本的追捧。可海源机械工作人员表示：“公司目前只与昆山永年签订了合作意向书，还没有确定具体的研发项目。目前只是有这方面的打算而已，3D打印业务不会对公司2013年的业绩产生巨大影响。”
清华大学激光快速成形中心林峰教授对此认为，美国的企业无论技术、资金和市场规模都非中国的企业所能比，美国的资本运作和产业重组都已经进入3D打印行业了，中国的3D打印产业还处于发展初期，市场规模很小。前段时间，股市中的3D打印概念走热，纯粹是炒作，许多企业根本就没有涉及3D打印业务，甚至都不知道3D打印是什么。
针对大量资本和企业准备涉足3D打印，林峰呼吁，希望理性投资，切实有助于提升3D打印的技术水平和推广应用，弥补中国3D打印产业的短板和软肋。比如材料研发、软件开发、创意设计、商业模式创新等，而不是盲目跟风，炒作圈钱。
《国际增材制造行业发展报告》显示，3D打印技术2011年全球直接产值为17.14亿美元。而据业内人士估算，国内的3D打印产业规模仅有3～4亿元人民币。美国的3D Systems公司和Stratasys公司，2011年销售收入分别为2.3亿美元和1亿多美元，而国内3D打印企业的销售收入都是几千万元人民币。
生产方式变革
“3D打印第一波小高潮发生于上世纪80年代末90年代初，从制造方法上来说，确实是一个革命。”北京隆源自动成型系统有限公司总经理冯涛告诉记者，美国很快涌现出多家3D打印公司，共有5家企业在纳斯达克上市。到了21世纪初，3D打印沉寂下来，许多人开始质疑这种技术的可靠性，当时只能做一些塑料模型，强度和精度都不高。 最近几年，随着3D打印技术的发展，特别是在医疗、军工、航空航天等领域的应用取得了明显进展，一些重要零件、复杂零件、新的结构零件可以直接3D打印，占到应用比例的20%，而五年前不到10%。这引起了业内人士的高度关注。此外，便宜的消费品3D打印机开始推向市场，大约几百美元或几千元人民币，为3D打印技术的普及奠定了基础。
对于3D打印技术的影响，见仁见智。激进派认为，传统工程师使用的车床、钻头、冲压机、制模机等将一去不复返，甚至将颠覆整个传统制造业，开启社会化制造新时代。
“3D打印机将来不是要取代某一个制造业，而是要取代几乎所有的制造业。”作为世界首个公布3D打印机开源数据信息的科学家，英国工程学家阿德里安？鲍耶表示，“未来你想要什么，只需下载图纸，按一下‘打印’键，就可以去喝咖啡、听音乐了，剩下的所有事，请统统交给打印机。”
3月23日，中国航空工业集团公司董事长林左鸣在国务院发展研究中心主办的中国发展高层论坛上表示，包括3D打印技术在内的技术进步可能引起生产方式的巨变，第三次工业革命将以互联网为基础，以数字化为核心，实现由“大规模生产”向“自生产”的转变，使人类进入“自工业化”时代。
林左鸣以航空工业领域为例指出，在自工业化时代，以后可能不是飞机制造公司造飞机，而是飞机的用户——航空公司采取自工业化方式生产飞机，由它们组织全世界气动力学专家、结构力学专家通过互联网平台一起来研究飞机怎么设计。原来是制造商和消费者分离，现在是制造商和消费者合为一体，开展自工业化。
北京市长城企业战略研究所所长王德禄也深有同感，3D打印技术对制造业升级的影响力和重要性毋庸置疑。上一轮的工业革命中，制造业主要通过批量化的流水线制造和集约生产来降低生产成本，实现规模效益。借助于3D打印，开放式设计、定制化生产和分布式生产皆可以相对合理的成本实现。3D打印将引发真正意义上的制造业革命，产业组织形态和供应链模式都将被重新构建，带来无穷的创新空间。
对于3D打印到底对制造业能产生多大的影响，一些业内专家和企业人士持谨慎态度。“我们应对3D打印有一个正确的定位和认识。3D打印技术在生产制造中所占的比例正在上升，但对传统制造业更多是补充而非颠覆。” 中国工程院院士卢秉恒说。
不过，卢秉恒也充分肯定发展3D打印对于中国的意义，“中国是制造大国，制造能力过剩，但设计研发能力不足。而3D打印技术正是辅助和加速设计与研发的手段。我们应该高度重视这一技术，投入科研和其他力量，并大力推广。这样才能真正使我们国家变成制造强国。”
北京太尔时代总经理郭戈也比较低调，3D打印目前还没有那么大的能量，从行业现状看，3D打印的市场规模还较小。如果它是一个非常好的技术和产业，那么不可能发展20多年了，还是目前的一种状态，说明它本身还存在一些问题和难关没有攻克。虽然3D打印有很多创新和优势，但从综合的经济社会效率上来看，它还处于整个制造业的边缘。
郭戈进一步指出，随着技术的发展，3D打印有可能获得更大的突破，逐步向主流制造渗入。即使渗透到主流制造业中，也只是制造业的一个部分，它不会完全颠覆传统制造业，可能在某些领域会替代传统的制造方法，商业模式上可能会带来新的革命。
“对传统制造业是否能起到颠覆作用，需要观察一段时间。”滨湖机电总经理周建国对记者说，因为在现阶段，用3D打印技术开发出的金属零件，成本很高，单价很贵，而且这种技术目前不适合大批量生产，只适合个性化、少批量生产。但不可否认，3D打印技术是推动传统产业技术进步和转型升级的一个重要手段。
“生产方式像个轮子一样兜了个圈又回到了原点，从大规模生产方式又转到了更加个性化的生产方式。未来的工厂将更关注个性化定制。”英国《经济学人》杂志这样描述3D打印技术和第三次工业革命。
新兴业态显现
中国3D打印技术的研究始于1991年，通过跟踪学习借鉴国外的相关技术，已自主研制出LOM（薄材叠层或分层实体制造）、SLA（立体光固化）、SLS（选择性激光粉末烧结）、FDM（熔融挤压）、SLM（金属粉末熔化）等工艺的3D打印设备，并逐步实现了商品化。有的3D打印技术和设备已经达到了国际先进水平。
譬如北航的金属结构件直接制造技术、清华大学的熔融挤压技术和生物制造、武汉滨湖机电的SLS全球最大3D打印机、北京太尔时代的低端消费级3D打印机等。
目前国内的3D打印设备和服务企业一共有二十多家，规模都较小。一类是十年前就开始技术研发和应用，如北京太尔时代、北京隆源、武汉滨湖、陕西恒通等。这些企业都有自己的核心技术。另一类是三年前成立的，如湖南华曙、先临三维、紫金立德、飞尔康、峰华卓立等。这些企业有VC参与，具备一定资金实力。还有一类是最近一两年加入的，技术比较薄弱。
业内人士告诉记者，中国的3D打印技术主要应用在航空航天、军工、汽车、核电、水泵、医疗等领域，随着技术的不断进步和人们消费需求的不断扩大，3D打印的市场应用前景十分广阔。不单单是原先的工业领域，消费品领域的应用将会迅速扩大。
郭戈认为，未来3D打印将向两个方向发展。一是高端的工业设备，高性能、高精度、高质量，这类产品的客户，增加数量有限。二是中低端的消费品设备，面向普通大众，这类产品的用户群体会急剧膨胀，十几年之后，有可能每个人的身边都有3D打印机。
对于3D打印在大众消费领域的应用，卢秉恒也表示十分看好。“目前在很多大众消费产品的开发中，3D打印已经取得了很大的进步。用这一技术制造一些工艺品和简单的生活用品，能很快形成一定规模的市场。”此外，卢秉恒还认为，3D打印适用于创意设计，未来会走入学校和家庭，帮助孩子培养三维思维能力和创造性。
随着3D打印市场规模的不断扩大，将形成一批新兴业态，例如创意设计、3D打印服务、消费品定制、整形修复、文化产业衍生品等。 过去，个人设计一个产品，觉得挺好看，想把它制造出来，非常困难。你需要找专业的工厂来做，工厂首先要做模具，接下来有一套复杂的制造程序，而且，工厂都是大批量生产的，根本不会专门给个人生产一个单件产品。但这种需求是客观存在的，现在有3D打印就方便了，可以向3D打印服务商定制，也可以买一台3D打印机自己打印。国外这种需求很大，近三年来，这种消费级3D打印设备有原来的几千台增长到去年的3万多台。当普通民众逐步知道这种3D打印机后，就会释放出更大的需求。
“3D打印走入寻常百姓家，最关键的是数据，毕竟设计数字模型还是有难度的。”林峰说，这需要创意设计知识产权的保护和相关技术的保障，如果你下载数据后只能打印一两个产品，数据无法复制盗版，那这个数据的下载费用就能降下来。这将发展出一种新的商业模式，一些专业人士就会以数据为生，从事创意设计，然后把数据放到互联网上出售。
根据国际快速制造行业权威发布的报告《Wohlers Report 2011》，全球3D打印产业产值在1988～2010年间保持着26.2%的年均增长速度。报告预期，3D打印产业未来仍将持续较快地增长，到2016年，包含设备制造和服务在内的产业总产值将达到31亿美元，2020年将达到52亿美元。
中国如何应对
虽然中国的3D打印在基础研究和产业化方面有了一定的进展，但中国3D打印产业的发展与美国相比仍有较大差距，比如没有形成产业链、工业环境不配套、企业规模小、研发投入不够等。此外，在一些核心技术和关键器件上，如3D打印机中的激光器、高端材料，仍然对国外依赖较大。
在应用方面，中国的3D打印也远未达到美国的丰富程度。据卢秉恒介绍，目前中国3D打印的大部分应用仍然集中在军工领域的开发与模具的制造上。而从设备数量上看，美国目前各种3D打印设备的数量占全世界40%，而中国只有8%左右。
周建国对记者说，中国与美国的差距主要表现在：产业化进程缓慢，市场需求不足；产品的快速制造水平比我们高；烧结的材料尤其是金属材料，质量和性能比我们好；激光烧结陶瓷粉末、金属粉末的工艺方面还有一定差距；国内企业的收入结构单一，主要靠卖3D打印设备，而美国的公司是多元经营，设备、服务和材料基本各占销售收入的1/3。
有调查结果显示，在全球3D模型制造技术的专利实力榜单上，美国3D Systems公司、日本松下公司和德国EOS公司遥遥领先。
认准差距才能找到前进的方向，也预示着中国3D打印产业未来具有巨大的增长空间。中国已成立了3D打印技术产业联盟，目前正准备借鉴美国模式，计划联合企业、职业技术学院、科研单位与产业园区，先小范围推广3D打印技术，待产生效果后，再进一步打开市场。
由北京数控装备创新联盟、中国工业设计技术服务联盟等为支撑成立的“北京数字化制造产业技术创新联盟”，中关村管委会指导、34家核心企业和院所发起成立的“中关村未来制造业产业技术联盟”也相继成立。
令人欣慰的是，3D打印已经引起了中国政府部门的重视。科技部有关人士向媒体透露，3D打印相关战略规划正在研究制定中。
2012年12月14日，工信部副部长苏波在增材制造技术国际论坛上透露，中国将加快推动增材制造技术研发和产业化。苏波在致辞时表示，近期需做好三方面工作：一是加强顶层设计和统筹规划；二是加大财税政策引导力度；三是适时筹建增材制造行业组织，推动增材制造技术研发和产业化。
地方层面，在武汉市政府和东湖开发区的大力支持下，华中科技大学正在光谷（武汉东湖高新区）选址，筹建国内首个3D打印工业园，集3D打印设备制造、材料制造和产品加工服务于一体，
对于3D打印未来的发展方向，卢秉恒强调，军用和工业的高端领域，以及创意开发等大众消费领域，我们都应该大力去发展。
郭戈表示，各地应该建一些上下游产业联盟，把上游的创意设计、新材料、软件开发、数字控制与中游的3D打印设备研制以及下游的产品、技术、平台、衍生品等应用服务整合起来。此外，中国企业应该加大技术投入，做专做精，产品的可靠性要提高。
林左鸣认为，第三次工业革命不是一个技术问题，也不仅仅是某些技术的突破，而是一个新的复杂系统的诞生，是一个全新的社会生活平台构建的问题。我们必须主动应对，还要力争主导。目前需要做三件事：第一，推进信息化技术和自动化技术的快速发展，大力发展机器人技术，加速智能化制造技术的发展。第二，推进新材料技术的快速发展，材料的革命才是真正带来完整的第三次工业革命最重要的基础。第三，着手准备适应自工业化和再制造化的相应商业模式和法律法规。
中国尽管是制造大国，但在新技术的研发和推广力度上仍然偏弱，对新技术和新产品的需求也较少，导致新兴产业发展速度滞后。所以，一方面需要政府对新技术和新兴产业的大力支持，另一方面需要激发市场需求，壮大市场规模。
周建国建议，3D打印作为一个新兴行业，国家要继续设立重大科技专项，对3D打印基础材料和关键技术集中攻关。此外，国家应该在税收、信贷等方面加大扶持力度，引导鼓励企业自主研发新技术和新产品。
如何推动3D打印产业化，实现快速健康发展？一直在市场打拼的冯涛有自己的思考，首先做好基础性研究工作，要在确定国家战略之前，对3D打印行业进行客观全面深入的摸底评估，掌握一手资料，不能凭主观做决策。
据了解，美国把3D打印列入国家战略之前，做了许多基础性研究和比较分析工作。例如美国国防部有一个项目“战时做一个零件的方法”，即打仗时如何快速生产出一个零件。研究了各种方法，3D打印是其中的一种方法，评估3D打印的技术水平、产品性能、制造成本和风险情况等。美国能源部还有一个项目，研究3D打印是否节能，经过与传统方法比较，得出结论：3D打印是绿色制造，节省资源和能源。 冯涛还强调，国家应该出台支持3D产业发展的政策措施，但一般情况下不要直接拨钱，因为给予税收等优惠政策要比直接拨钱更公平，防止只拿钱不干事、权力寻租现象发生。此外，虽然3D打印未来的应用会很广，但短时间内不可能形成大产业，所以建大规模的3D打印产业园要慎重。
北京隆源：
深耕快速铸造
核心是在激光烧结快速成形技术和应用上做专做精
文/本刊记者 牛禄青
“最近打电话咨询3D打印的人比较多，每天都接4～5个，问我们公司的3D打印机多少钱。业务员说100多万元，客户一听，都嫌贵，业务员还要解释半天。”北京隆源自动成型系统有限公司总经理冯涛摇摇头，有些无奈。
3D打印热起来后，冯涛本人也忙得不亦乐乎，到处邀请他参加会议，讨论宣讲3D打印技术。由于安排不开时间，本刊记者只好抓住中午休息时间对他进行了采访。
据了解，所有购买北京隆源3D打印设备的客户，不是看了3D打印的新闻报道才来下订单的，都是因为有实际的专业需求。有的客户虽然知道3D打印，但不清楚他购买的设备就是3D打印机的一种。
北京隆源主要研发、生产、销售工业领域的激光快速成型机，采用选择性激光烧结技术（SLS），快速成型蜡模和树脂砂模，并与传统的精密铸造紧密衔接，走出了一条独特的无模具快速铸造工艺路线，为企业新产品开发试制提供了重要支撑。其设备和产品主要应用于汽车、航空航天、船舶、医疗等领域，并非面向普通消费者。
靠市场起家的隆源公司，一直视市场为衣食父母，他们必须对客户负责，把产品做细致，把市场应用做专。集中优势兵力攻其一役，保障产品的可靠性和稳定性，一直是隆源公司不得不选择的努力方向。
廿年磨剑
毕业于清华大学的冯涛是一名材料方面的专家，曾任职于清华大学高分子材料研究所，具有丰富的高分子材料和激光光学的理论和实践经验，也是我国最早从事激光快速成形技术研究的专家之一。
北京隆源自动成型系统有限公司成立于1994年 ，是中国最早进入3D打印技术研究和商品化应用的企业。创建当年就研制成功中国第一台激光粉末烧结快速成型机。先后推出了AFS系列不同型号的SLS设备（最大成形空间为1400×700×400mm），迄今一共销售了150台3D打印机。
冯涛告诉记者，隆源公司刚开始非常困难，人们都不知道我们企业到底做什么。市场需求很少，技术也不成熟，更没有任何背景和资源，直到1999年才卖了2台设备，当然，现在企业规模也不大。
目前，隆源公司共有员工40人，大部分技术人员都是长期沉淀下来的。3D打印升温后，可能会吸引一些高学历的年轻人加入进来。
二十年来，在他的带领下，北京隆源相继成功研制出铸造熔模、蜡模压型及铸造型壳等复杂的工艺制作方法，以及聚苯乙烯粉末、合成材料在3D打印中的应用方法。
2000年，北京隆源研制成功基于SLS的具有复杂内腔结构的金属零件的快速铸造工艺，为发动机等复杂结构零件的快速制作打下基础，使金属材料直接成形技术进入实质开发阶段。
随后又与中国工程物理研究院开展大功率激光直接制造金属零件的研究。2005年推出可直接蒸汽脱除的烧结精铸蜡，与传统的精密铸造无缝连接，解决了钛合金快速铸造表面粗糙的问题。2008年，开发完成AFS-700成型设备，成型尺寸245立升，是当时最大尺寸的激光粉末烧结设备，满足了绝大部分精密铸件尺寸的要求。
2009年，激光烧结砂实现突破，成型砂芯的强度和发气量均达到铸造要求。第二年又开发出了铸造覆膜砂烧结成型的专有设备激光制芯机，并形成商品化。
一直以来，北京隆源坚持以SLS工艺为核心，深耕激光快速成型设备和产品服务，从产值来说，设备占60%，产品服务占40%。据了解，该公司打印小的零部件平均用7～20天，大部件平均用2个月时间。
譬如，北京隆源用快速精密铸造方法为某企业试制变速箱，共 18 件，分两批完成。前 7 件用于结构验证和台架试验，后 11 件用于路试。采用传统工艺方法，从模具到生产需 4 个月的时间，而他们采用快速铸造方案仅用了 2 天时间就完成了用于失蜡铸造的蜡型，用 1 个月的时间生产出了 18 件合格的铸件毛坯。
某铸造企业接到液压阀的阀芯订单，由于工期紧、芯体复杂、开模周期长，该公司选择与北京隆源合作，使用激光烧结砂铸制芯，分两批完成了该项目的生产任务。第一批用 5 个工作日完成 10 套，第二批用 10 个工作日完成 20 套，由于省却了开模具的时间，因此保证了工期和进度。
北京隆源利用快速铸造技术，不仅为汽车制造商生产发动机缸体、缸盖、变速箱壳、进排气管等，还为我国航空航天和军工企业提供直升机发动机、直升机机匣、蜗轮泵、钛机架、排气道、飞机悬挂件、飞轮壳、坦克涡轮增压器等零部件的生产和服务。
冯涛告诉记者，3D打印技术与铸造技术的结合，衍生出快速铸造技术，可有效地应用于新产品设计开发阶段样件的快速制造。“我们是和传统制造结合起来的，只把模具环节取消了，快速成形设备打印出零件模型，客户自己按传统工艺去制造零件。”
快速铸造技术适合单件、小批量、复杂零件的试制和生产，成型工艺过程可控，原材料多元化，有助于保证产品开发的速度和质量，有助于降低开发的成本。
精益求精
由于每年激光成型机的市场需求和销售数量太小，隆源公司目前只有相关维修设备，加工和检测设备通过外包来做。公司产值不高，人员又少，导致研发投入较低。硬件中，激光器的成本较高，材料成本比较低，不到10%。
“但材料决定了3D打印技术的应用水平，我们与国外的差距主要是材料。”冯涛说，“同类设备，国外的材料有20多种，我们才几种，这样应用领域就窄。材料是增材制造的关键，光做设备，没有材料，这条路走不远。我们的材料都是自主研发的。” 资金、人才、技术都是隆源公司面临的困难，对此，冯涛也束手无策。“只能随着市场扩大和营业收入的增加，一点点去解决，不可能一口吃个胖子；资金宽裕了，就能引进高端人才，研发投入也会增加，设备质量也能进一步提高。”
3D打印之所以受到重视，因为发现它对制造业有杠杆作用。冯涛表示，一是新产品开发，如果不断有新产品被开发出来，对建设创新型企业和创新型国家非常重要，与生产规模不是一个概念。二是特殊结构零件，美国在十几年前就研究飞机、卫星等高端装备如何应用3D打印技术，而且美国无人机上的许多结构零件都是3D打印的，我国近几年才开始关注。三是对教育的促进。3D打印“很酷”，设计一个东西，马上就能制造出来，这就会激发年轻人的创新意识和动手能力。
对于3D打印的影响力和发展前景，冯涛比较中庸。他指出，3D打印在制造业的比重会越来越大，但不会颠覆传统制造业，原理上具有革命意义，但使用上存在很多局限。从传统经济学角度来说，大规模生产的成本比较低，将来这个原理不一定对，也许以3D打印为标志的分散化制造的成本会更低。
据业内人士分析，未来，传统的快速成型应用会越来越窄，比如用树脂、塑料等打印模型，发展趋势是直接金属零件制造和便宜的3D打印机，这是3D打印的发展方向。
对此，冯涛有着清醒的认识，“我们做的设备和零件还没有达到产品化的标准，所以我们要在这方面下功夫。我们打印的砂模和蜡模要达到现代工业的质量要求，否则难以与传统制造方法竞争。现在的优势主要是小批量、速度快、成本低，但至少在尺寸、光洁度、性能上都有差距。”
不知不觉，隆源公司已经在3D打印的道路上前行了20年，面对3D打印技术和第三次工业革命的浪潮，他们迫切希望能找到与政府和资本的契合点。
冯涛说：“如果我们得到一些资金，我们会很珍惜，一定会投入研发，我们是市场型企业，深知资金的重要性。” 同时，他也指出，发展3D打印产业，不能靠政府驱动，主要应靠市场和资本驱动。政府应该发挥政策引导作用，但是一些高端关键领域的技术研发和推广应用需要政府支持，比如航空航天和军工。
基于实际情况，隆源公司下一步还将以工业设备为主打产品，随着市场的发展，逐步拓宽，核心是在激光烧结快速成形技术和应用上做专做精。
“如果能与业内的企业进行重组，那是我们希望看到的。”冯涛充满期待。因为国内的3D打印企业，规模都很小，技术还有交叉。美国经过并购集中到了两家，它们虽然与世界500强相比还不大，但比国内企业大多了。
滨湖机电“以小博大”
全球最大的激光烧结3D打印机就诞生在这里
文/本刊记者 牛禄青
三月中旬，北方依然难觅春天的气息，而素有九省通衢的武汉，已是樱花盛开，姹紫嫣红。在华中科技大学西十二教学楼西南角，有一个绿树环绕、很不起眼的白色小厂房。这里就是华中科技大学快速制造中心产业化基地——武汉滨湖机电技术产业有限公司，全球最大的激光烧结3D打印机就诞生在这里。
“我们研发的激光粉末烧结快速成形系统（俗称3D打印机），在全球基于粉末床的快速制造设备中，工作台面是最大的，达到1.2米×1.2米，入选2011年中国十大科技进展新闻，并获得2011年国家技术发明二等奖，目前已形成商品化。现在我们正在研发1.4米×1.4米工作面的此类装备，采用四激光器四振镜，工艺路线更完备、打印效率更高。”滨湖机电总经理周建国言语间充满自豪。
在厂房里，本刊记者看到，这种3D打印机形似立柜，高约2米，分上下两层。据滨湖机电副总经理吴澄现场讲解，上面是激光加热扫描舱，对粉末进行分层平铺、加热和烧结。只要把零部件的三维数据输入电脑，该设备就会使用陶瓷、塑料、砂等不同的非金属粉末材料，自动化进行生产，打印出你想要的三维样品。
滨湖机电技术产业有限公司原是由华中科技大学（原华中理工大学）、武汉市科委和深圳创新投资公司共同组建的高新技术企业。公司依托的华中科技大学快速制造中心，从1991年就开始关注和研究3D打印技术，是中国最早开展该项技术研究的单位之一。先后得到科技部、教育部、国家自然科学基金委员会、国家863高科技计划、湖北省科技厅和武汉市科委的支持。
技术优势
华中科技大学原校长黄树槐教授是中国快速成形技术的主要开创人之一，1991年他看到国外刚刚兴起了快速成形技术和分层制造，然后就组织人员开展研究，为华中科技大学的3D打印技术应用奠定了坚实的基础。
1994年，华中科技大学快速制造中心研发出中国首台具有自主知识产权的3D打印机，次年九月参加北京国际机床展览会，成为中国第一台参加展览的快速成形设备。1996年，转化该技术的武汉滨湖机电技术产业有限公司成立。
滨湖机电先后开发了多种3D打印机，业已商品化生产的产品包括薄材叠层（LOM）快速成形系统、光固化（SLA）快速成形系统、激光粉末烧结（SLS）快速成形系统、金属粉末熔化（SLM）快速成形系统。目前，国内只有滨湖机电能同时提供这四种工艺类型的快速成形设备。目前该公司最受市场欢迎的是后两种设备，综合性能指标达到国际先进水平。迄今，该公司已销售200多台3D打印机。
周建国表示，滨湖机电公司的研发投入至少占销售收入20%以上。虽然只有60名员工，但多年依托华中科技大学的人才和科技资源，打造了一支较强的3D打印技术研发团队，产品上的应用软件、烧结工艺、部份原材料及打印设备都是自主开发，走出了一条产学研相结合的自主创新之路。
据了解，华中科技大学材料学院和华中科技大学快速制造中心侧重于3D打印基础和理论研究，滨湖机电公司作为华中科技大学的产业化基地，更侧重于实际应用研究。以华中科技大学快速制造中心主任兼滨湖机电董事长史玉升教授领衔的3D打印技术研发团队已成为国内外3D打印技术的主要研发机构之一。 “我们公司有50多个人专门做产业化，学校这边有十几个老师带领80多个研究生，对3D打印技术进行全面地跟踪研究，对比较成熟的有发展前景的工艺会进行应用和产业化。美国和德国对我们都很重视，多次与我们开展合作。”吴澄说。
滨湖机电的主要成本包括三部分：研发、制造和进口激光器。大学毕业的占60%以上，工人并不多，主要负责组装，进行设备调试的相当一部分是大学生、博士、博士后。设备机械部件由外面加工，然后工人进行组装，最后再把激光器、振镜、电脑、工控机等进行安装和调试，并负责设备的售后服务。
滨湖机电是国内最早一批投入快速成形技术研究和应用的企业，主要向企业和研究单位提供快速成形设备，制造出的工业零部件已超过上万件，用于航空航天、军工、汽车、水泵、核电、节水农业等领域。
在滨湖机电的陈列室里，本刊记者目睹了该公司不同工艺的3D打印设备，以及令人惊叹不已的各种实物样件。他们不仅打印工业零件，还打印少量的工艺品，如中国龙、披风等；甚至为欧洲航天局打印飞机机匣蜡模、为空客公司打印大型钛合金铸件蜡模。
据吴澄介绍，他们为广西玉柴做的柴油发动机砂芯，主要应用于新产品开发。如果用传统方法开简易模具需要600多万元，国内还做不了，用他们的3D打印技术只需一周时间，仅花费20万元。
“这个是核泵上的关键零件，用传统方法很难做，但用3D打印技术很容易。原来机组上的这些零件都是从国外购买的，需支付3.2亿元。现在国内许多生产核泵的企业都与我们合作。”吴澄兴致勃勃地说。
受农业部委托，滨湖机电用4年多时间、做了上千次实验，研发出节水农业中的相关零件。三年前它们与北京一家公司合作，把这个恒灌技术小批量市场化了。现在应用的耕地只有1万亩，全国可用这种恒灌技术改造的耕地至少有3亿亩，发展前景广阔，但需要国家政策的支持，否则农民不愿意自掏腰包用这个节水技术。
跨越发展
随着3D打印产业的兴起，各路机构闻风而动，希望涉足此领域。去年以来，已有多家机构与滨湖机电洽谈合作、投资及收购事宜。这些机构包括PE/VC、英国University of Exeter、西安交大及部分军工企业。
史玉升教授曾表示，滨湖机电跟武汉纺织大学探讨如何打印生活中可以使用的衣服等纺织品，与英国University of Exeter和西安交通大学探讨如何打印人体的活性器官。
“目前谈投资意向的比较多，有企业、风投、银行、大学等，谈收购的也有，国内知名企业也跟我们谈过合作意向。在国内目前产能过剩行业比比皆是的情况下，3D打印肯定是一个新的经济增长点。投资到产能过剩行业，很可能竹篮打水，而投资到新兴的3D打印产业，则有很大的发展空间。” 周建国向本刊记者透露。
谈到是否有上市的打算，周建国表示，必须先把企业做好，即使以后上市，也要给股东带来实实在在的回报，要有利于企业的长远发展，不能为圈钱而上市。
确实如此，滨湖机电虽然起步较早，在国内同行业实力较强，但与国外企业相比，还有较大差距。目前，滨湖机电年销售收入才1000多万元，而美国的两家上市公司3D Systems和Stratasys，2011年销售收入分别为2.3亿美元和1亿多美元。业内人士告诉记者，国内3D打印市场太小，企业的规模也较小。
“我们做了这么多年，确实挺艰难，赚到的微薄利润全部投到了3D打印技术和设备的研发上，没有任何结余，所以我们一直没有固定的办公场所和研发生产基地，目前还是借用华中科技大学的老房子。”周建国说。
除了资金紧张和没有自己的研发生产基地，如何提高企业的国际竞争力，是滨湖机电面临最大的挑战。这不仅涉及厂房、设备、产品等硬件，更取决于企业的人才、文化、管理等软实力。周建国直言不讳，“我们这里的专家和研发人员的工资都很低，如何提高待遇、留住人才也是我们直面的困难。”
为了推动3D打印产业化，在武汉市政府和东湖开发区的大力支持下，华中科技大学正在光谷（武汉东湖高新区）选址，筹建国内首个3D打印工业园，集3D打印设备制造、材料制造和产品加工服务于一体。这个3D打印工业园的主体之一就是滨湖机电，计划用一年多的时间初步建成这个研发生产基地。
“3D打印应该热起来，这是当前经济结构调整、转变发展方式的必然要求，也是技术进步和经济社会发展的必然趋势。”周建国说，我们要抓住机遇，加快发展。一是要加大3D打印设备的研发和投入力度，包括激光金属熔化和激光粉末烧结快速成形设备，继续保持领先优势，确保在国内第一梯队的位置，满足客户对新产品的需求。二是要研发自己的3D打印材料、提高3D打印材料的质量和性能，提高材料技术水平。三是拓展服务领域，为客户提供3D打印产品和技术服务。
滨湖机电将把产品和技术服务作为一个重要收入来源，由于国内对知识产权意识淡薄，许多客户委托它们研发产品样件，只购买它们的3D打印设备，然后自己制造零部件，而对其样件制造过程中软件、材料、技术等前期研发和售后服务，没有付费的意识。国外则不同，所有服务都是要收费的。
“即使这样，我们还是要做服务，这是未来的一个趋势。”周建国非常坚定，产品服务和我们的市场紧密相连，技术服务与我们的新产品开发息息相关，所以，这两方面服务都要做。用户提出的要求，实际给我们指明了市场和产品的发展方向。
未来，滨湖机电还会涉足消费品领域，这样将使企业的销售收入和生产规模快速增长。而原先的工业领域，市场规模较小，每年最多销售几十台3D打印设备，这样企业的发展受到很大限制。“风樯动，龟蛇静，起宏图”，滨湖机电正乘着第三次工业革命浪潮，为实现跨越式发展而再次起航。
太尔时代：
领跑桌面制造
促进3D打印产业的快速发展，更有助于“中国制造”向“中国创造”转型 文/本刊记者 牛禄青
去年底，美国MAKE杂志评选最佳3D打印机，对现有全球流行的15款个人三维打印机做了权威公测。令人惊喜的是，北京太尔时代开发的“UP！”三维打印机荣登榜首。该杂志认为，UP！操作方便，功能丰富，打印精度高，是一款最理想的三维打印机，在整个评比中获得了最高评价。
“UP！”系列是太尔时代最新推出的便携式桌面三维打印设备，机身简洁、性能完备，可方便地直接打印出各类模型实物，适用于多个行业领域，满足不同人群的特殊需求。UP！3D打印机应用熔融挤压快速成形技术，该技术集成了机械工程、CAD、数控技术和材料技术，加热熔化并挤出塑料丝材，运用层层堆积的原理形成三维实体模型，打印过程安静稳定，适合在工作室或家中操作。
“桌面3D打印机的市场占有率，太尔时代肯定是国内第一。工业级快速成形设备，我们的销售数量最多，但产值不是最高的，因为单价低。国内其他企业的平均单价都在70万以上，我们的平均单价只有十几万。”太尔时代总经理郭戈对本刊记者说。
据了解，市场上低端的桌面3D打印机价格一般在1万元以下，太尔时代的UP！三维打印机卖9900元，高端的桌面3D打印机大约在1万到10万之间。
近一段时期，3D打印的火热让一贯低调的郭戈有些不适应，前来采访的媒体络绎不绝。“热起来对我们企业有好处，首先是获得了媒体和公众的高度关注；媒体报道以后，客户群体进一步扩大，业务咨询合作明显增多，与客户的沟通更省力，也促进了3D打印机的销售。”郭戈笑着说。
单打变双打
太尔时代是一个具有核心竞争力的公司，以熔融挤压快速成形技术赢得了市场和声誉。成立以来，一直从事3D打印设备的研发、生产和销售，依靠市场滚动发展，在3D打印产业化道路上默默探索着。
2003年，北京太尔时代科技有限公司成立，而毕业于清华大学、师从颜永年教授的郭戈是创始人之一。如今，太尔时代在北京怀柔建有占地3000平米的生产基地，公司人数由原来的十几名发展到现在的近100名。
为保持技术领先和创新活力，太尔时代不断加大研发投入，自主开发3D打印的硬件、软件、数控、材料等核心技术，现已拥有核心软件著作权，十几项发明专利与实用新型专利，累计完成了多个科研项目。目前，太尔时代的控制系统和软件系统在国内同行业中遥遥领先。
太尔时代以研发工业领域快速成形设备起家，工业设备体积较大，最小的跟洗衣机和冰箱差不多。2010年前后，它们通过改进技术，把生产成本降了下来，开始推广桌面3D打印机。这种设备体积较小，跟办公室的打印机差不多，主要面向普通消费者。
太尔时代的工业设备每年销售100多台，产值1000多万。设备硬件所占成本仅为10%～30%，由于市场规模很小，其他人工、研发、销售、房租等可变成本较高，所以利润率大概在20%左右。
经过十几年的发展，太尔时代的3D打印设备覆盖国内26个省（自治区、直辖市），并远销欧洲、北美洲、大洋洲、中亚。打印出的产品应用于工业制造、航空航天、汽车、动漫设计、医疗、教育、家电、五金、艺术品等多个领域，并与宝洁等国际知名企业开展合作。
太尔时代桌面3D打印机的客户面向个人、企业、教育研究机构，其中个人客户主要做DIY（自助）和各种模型。工业级快速成形设备主要应用于新产品开发，神舟七号的出舱服，研发阶段就是用它们的快速成形设备打印的。
郭戈还让本刊记者观看了桌面3D打印机制造出的产品模型，有机器人、海螺、猫头鹰、恐龙、积木、建筑、装载机等，形态各异，五颜六色，栩栩如生。
“我们有一个加拿大客户，是一个研究生，设计了许多厨房用具，用我们的设备打印出来。这是他给我们发的照片。还有一个澳大利亚客户，用我们的设备打印一些小工艺品，周末到街上摆摊。”郭戈很有成就感。
太尔时代的3D打印机，采用熔融挤出快速成形技术，把塑料加热到270度挤出后迅速凝固。这种工艺成本较低，材料都是塑料，更适合在普通消费者中推广。随着大范围推广，个人打印一件产品的费用也就是原料成本的2～3倍。打印的时间也不长，一般都是几个小时，打印手机壳只需要一个小时，尺寸大、结构复杂的产品可能需要几天，所用材料大约是十几克到几十克。
虽然在低端的消费级3D打印机方面，太尔时代与全球最大的3D Systems公司和Stratasys公司相比毫不逊色，但在工业级快速成形设备方面还有较大差距。郭戈坦言，“技术的可靠性、精度、打印质量、品牌推广等都有欠缺，而且这两家公司有好几种工艺同时在做，我们主打一种工艺，国内其他公司大多也是主打一种工艺。此外，企业整体实力较弱，规模也比较小。那两家公司每年都有几亿美元的销售额，国内的企业都是几千万人民币。当然价格上比我们的设备大概要贵1.5～2倍，但打印质量非常好。”
整合产业链
去年，太尔时代桌面3D打印机的销售额已经超过了工业级快速成形设备，分别为2000多万和1000多万。“如果普通3D打印机在价格、可靠性、应用性、质量等方面有显著提升，全球市场每年卖几百万台，应该没什么问题。”郭戈对桌面3D打印机的市场前景非常看好。
业内人士告诉记者，熔融挤出的工艺更适合制造桌面3D打印机，成本较低，没有污染，在办公室和家庭使用很方便。目前，全球消费品领域3D打印市场规模也就几千万美元。
之所以对桌面3D打印有信心，郭戈有着自己的思考，“3D打印技术不同于前两次工业革命，可以再次把每个人与制造的距离拉近，从这个角度来看，也算是一次革命。”
一个人一台电脑，有一个好的想法，在电脑上设计出来后，用3D打印机就可以直接制造出来，同时也创造了新的商机。比如创意设计，通过电子商务销售创意产品的电子数据，客户从互联网下载后自己打印，物流都不需要，大大降低了创新和创业的门槛，也降低了产品的成本。 未来，太尔时代将努力推进桌面3D打印机在市场中的应用，进一步提高质量，降低成本，但只卖3D打印设备，不提供打印产品服务。据介绍，这种工艺设备的价值比较低，做出来的产品附加值也不会特别高。虽然创意的价值很高，但他们没有精力和这方面的人才去做创意，所以，在商业价值不高的情况下，太尔时代重点发展分布式制造，让客户自己去打印产品。
为了推动桌面3D打印机的产业化应用，太尔时代将搭建一个上下游的产业链，让普通消费者更容易接触到3D数据，因为3D数据一般需要专业人士提供。“我们正在把专业人士和专业公司的3D数据资源整合到一起，通过某种平台（打印机的接口、网上商城、数据生产厂商的三维软件），把它推送到普通消费者面前。普通消费者接触到这些，就会产生打印的需求，满足审美、生活和工作的需求。”郭戈表示。
目前，太尔时代正与开发CAD软件的数码大方公司开展合作。从互联网下载数据，必须有版权保护，否则创意数据被盗版了，将不利于3D打印产业的健康发展。
对于数据的版权保护问题，郭戈也有初步的设想。3D打印机的硬件和软件都是我们自己研发生产的，我们可以把版权保护内置到打印机的系统里面，做一个版权保护的机制，其他的数据提供商按照我们的机制把他的数据保护起来，我们的打印机会做出判断，是否允许打印，能打印几次。设计者有了收益，才愿意把他的优秀设计作品放到平台上，客户才会有更好的打印体验。
这样，太尔时代的盈利模式将趋向多元化，不仅开发3D打印设备和材料，而且还有平台服务。由于研发投入大，资金紧张，太尔时代希望引入资本，助推企业的发展，并实现上市，现正在洽谈中。
太尔时代虽然发展了十多年，但整体实力还较弱，除了技术上需要进一步提升，主要的挑战还是市场开拓，由于国内市场不大，靠企业本身去扩大市场，确实很困难。郭戈希望国家能在3D打印的推广应用方面给予政策支持，如果国家能把3D打印推广到各级学校和幼儿园，深入课堂教学实践中，既可以提高学生的创新意识、动手能力和创造能力，也可以促进3D打印产业的快速发展，更有助于“中国制造”向“中国创造”转型。
3D打印“真面目”
清华大学激光快速成形中心林峰教授揭开3D打印神秘面纱
口述/林峰 采访整理/牛禄青
在清华大学林峰教授的办公室里，到处都是逼真的3D打印实物模型，手机外壳、工业零件、医疗支架、各种玩具……甚至名片盒都是3D打印的，红色的水立方形状，煞是好看，用手一摸，还有纹路感。
他指了一下桌子上与普通打印机差不多大小的设备，对本刊记者说：这些物品都是这台3D打印机做出来的，它采用熔融挤压快速成形技术，把塑料加热到200多度，然后用喷头一点点挤出来，进行堆积制造。这台3D打印机国内卖一万元人民币，美国卖1500美元，它甚至都能把活体细胞打印出来。如此神奇有趣，不知不觉间对他的专访持续了三个多小时，以至于外面何时刮起了沙尘暴都全然不知。
3D打印的中国变迁
3D打印技术诞生于上世纪80年代的美国，中国从1991年开始研究3D打印技术。20多年来，国内学术界和制造界都知道这个技术，当时的名称叫快速原型技术（Rapid Prototyping），即开发样品之前的实物模型。
通过计算机技术先建立三维数字模型，然后进行离散分层，最后用成型设备一层一层堆积起来，变成有纹路的实物模型。非常复杂的零件变成了简单和标准的制造，不需要针对不同形状的零件去考虑它的材料、刀具、机床和工序等因素。只要把相关数据发给成型设备就可以打印出来，减少了许多中间环节和人力物力，大大降低了生产成本。用传统方式制造零件，整个生产过程一般需要几个月，用快速原型技术可能只需要几天甚至几个小时。这种技术特别适合产品开发阶段，但它不是最终的产品，性能也不够好。
清华大学是国内最早从事3D打印技术研究的高校之一，当时颜永年教授邀请到了美国的Jack Keverian教授。Keverian教授将他搜集的四大本快速原型方面的资料赠送给清华，对中国快速原型技术的起步帮助很大。此外，华中科技大学和西安交通大学对这种技术的关注和研究也比较早。
上世纪九十年代，这种技术在国际上有几种成熟的工艺，分层实体制造（LOM）、立体光刻（SL）、熔融挤压（FDM）、激光烧结（SLS）等，国内也在不断跟踪开发。2000年前后，这些工艺从实验室研究逐步向工程化、产品化转化，，逐渐转移到了企业。当时，国家也不太支持，因为做出来的只是原型，而不是可以使用的产品，而且国内对产品开发也不重视，大多是抄袭，不需要在产品的原型上下功夫，所以，快速原型技术在中国工业领域普及得很慢，全国每年仅销售几十台快速原型设备，主要应用于职业技术培训、高校等教育领域。
2000年以后，清华大学、华中科技大学、西安交大等高校继续研究3D打印技术。西安交大侧重于应用，做一些模具和航空航天的零部件；华中科技大学开发了不同的3D打印设备；清华大学把快速成形技术转移到企业——殷华（后改为太尔时代）后，把研究重点放在了生物制造领域。
企业对这些技术不断改进和简化，研发出了新的3D打印设备。3D打印技术在国内已经存在20多年了，之所以影响不大，主要有它的技术瓶颈。首先，材料的种类和性能受限制，特别是使用金属材料制造还存在问题。其次，成形的效率需要进一步提高。此外，在工艺的尺寸、精度和稳定性上迫切需要加强。20世纪90年代末期，大家开始研究金属材料快速成形技术，但难度很大，都不太成熟。
当时，美国有几家公司在用金属材料做大零件，先做毛坯，再进行后期加工。2000年前后，美国研发了几款战斗机，其部分零件就是用快速成形技术做的，它们的技术比较成熟。中国北京航空航天大学、西北工业大学、有色金属研究院等单位对金属激光快速成形技术进行了重点攻关，近年来取得重大突破，可以制造大型金属零部件。北航王华明教授3D打印的的钛合金结构件已经应用到了中国的飞机上。目前，3D打印的金属零部件在国内一些领域有所应用，但还没有大范围推广，因为技术还在进一步完善、检测标准体系滞后、材料品种较少。现在使用的都是韧性比较好的材料，如不锈钢、钛合金等。 不管称快速原型、快速成形，还是称增材制造、3D打印，共同的特点都是基于离散堆积的原理来进行分层制造。3D打印在业内专指快速制造的一种工艺，上世纪90年代初，美国麻省理工学院的Sachs首先提出了“3D Printing”工艺。这种工艺的具体流程是，先铺好粉末，然后用喷墨打印机的方式喷出粘接剂，反复操作，最后打印出产品。现在为便于公众接受，把这种新技术统称为3D打印，但在国内学术界和政府文件里称“增材制造”，国际上也称“增材制造”。
3D打印技术是指由计算机辅助设计模型（CAD）直接驱动的，运用金属、塑料、陶瓷、树脂、蜡、纸、砂等材料，在快速成形设备里分层制造任何复杂形状的物理实体的技术。基本流程是，先用计算机软件设计三维模型，然后把三维数字模型离散为面、线和点，再通过3D打印设备分层堆积，最后变成一个三维的实物。3D打印好比一层层盖房子和盖金字塔，不同的是，盖房子是在人的操作下完成的，增材制造是在计算机的控制下进行的。
3D打印技术包括多种工艺，最典型有四种：第一种工艺是分层实体制造（LOM），也叫叠层制造。用激光或刀切割一个薄层，然后一层层叠加。基本材料是纸。这种工艺废料较多，用激光切容易着火，现在很少有企业使用这种材料，而且最先这样做的美国公司也倒闭了。
第二种是立体光刻（SL）。基本材料是液态树脂。用紫外激光照射池子里的液态树脂，照到的地方就固化了，成形一层后，平台下移，再固化下一层，直到最终成型。优点是精度高，打印出的发动机晶莹剔透，但缺点是使用材料有限。
第三种是熔融挤出（FDM）。把材料用高温熔化成熔融状态，然后通过细小的喷嘴挤压并排列填充出一个截面，一层一层截面在堆叠起来形成三维实物。这种技术由全球第二大3D打印公司Stratasys提出，这个公司销售的3D打印设备是最多的，因为价格便宜。这种技术不用激光，成本低，材料广泛，强度较高，可以彩色成型，但是成型的精度稍差。
第四种是选择性激光烧结（SLS）。它的特点是利用粉末状材料，先把粉末铺好，再用高强度的红外激光扫描，将零件截面内的粉末烧结在一起，通过一层一层烧结，最终成型。基本材料是金属粉末、蜡、塑料等。
3D打印与传统制造各有各的优势。如果大批量制造简单的零部件，传统制造的成本较低，速度较快。如果制造单件小批量的或者复杂结构和外形的零部件，3D打印速度更快，成本更低。有些非常复杂的结构和特殊材料的零部件，传统制造无法完成，只能采用3D打印技术。此外，3D打印可以缩短加工流程，进行现场制造和个性化制造，从而满足人们的不同需求。3D打印在新产品开发、整形修复、现场应急、个性化消费品等领域具有广阔的发展前景，所以，3D打印可以替代一些传统的制造方式，也可以促进传统制造转型升级，但3D打印不可能完全替代传统制造。
中美差距有多大
以前制造汽车、手机等产品，需要经过材料准备、加工成形、表面处理等多个环节，既消耗资源和能源，又需要大量的劳动力，而且还污染环境，所以，美国等西方发达国家把这些低附加值的生产制造环节转移到中国等发展中国家。现在情况不一样了，3D打印的优势是短流程，可以省略许多中间加工环节，用计算机设计出数字模型，直接就可以打印出产品。
奥巴马形容3D打印“很酷”，为了让3D打印扎根于美国，像谷歌一样吸引年轻人投身到充满乐趣的快速制造中，从而扩大就业，就提出了“再工业化、再制造化”。这样，产品的铸造、锻造等加工环节就不需要放到发展中国家了，这对中国来说将产生重大影响。
实际上，目前美国在大批量生产零部件的时候，还未大量使用3D打印，而在产品研发、试制阶段，已广泛应用3D打印。随着个性化制造、批量定制等新型生产方式的推广，以及3D打印成本的进一步降低，中国从事非终端、低附加值生产加工的企业将会受到3D打印的冲击。
中国与美国的差距主要是企业的实力和投入，一是企业规模小，竞争力不强；二是企业资金紧张，投入不够，缺乏政府和资本市场的支持。国内的企业每年也就几千万销售收入，只能应付研发生产和人工成本。而美国的企业无论技术、资金和市场规模都非中国的企业所能比，美国的资本运作和产业重组都已经进入3D打印行业了，中国还没有发展到这一步。前段时间，股市中的3D打印概念走热，纯粹是炒作，许多企业根本就没有涉及3D打印业务，甚至都不知道3D打印是什么。
国内的3D打印产业规模很小，大约3～4亿元，但现在有点过热了。如果企业和资本大量涌入，短时间内不可能产生效益。北京太尔时代生产的这款普及型3D打印机，2012年在美国卖了近3000台，中国才卖100台。国内的市场规模本身就不大，做创意设计和产品开发的人也很少，所以截至目前还没多少人买这种设备。
我们希望理性投资，切实有助于提升3D打印的技术水平和推广应用，弥补中国3D打印产业的短板和软肋。比如材料研发、软件开发、创意设计、商业模式创新等，而不是盲目跟风，炒作圈钱。中国在市场环境中如何更好发展，其实没有经验，只要找不到具体商业模式，中国企业就茫然不知所措，电子商务也是照搬国外的运作模式。
不管是政府的支持，还是资本的介入，都要找到比较好的切入点，上面说的那四个短板就是很好的切入点。政府要出台有针对性的政策措施，一方面对3D打印的基础研究和开发阶段加大扶持力度；另一方面引导大家来使用3D打印，扩大应用范围。
中国的3D打印产业还处于发展初期，一共才有二十多家企业，规模都较小，由于市场容量较小，这么多企业已经有点挤了。如果国家对这个新兴产业进行支持，在支持技术开发的同时，扶植3D打印的市场开拓，包括3D打印的应用、服务、教育培训等，随着市场应用进一步拓宽，那么中国的3D打印产业将会发展壮大。
3D打印走向何方
3D打印不仅在航空航天、军工、汽车、教育、消费品等领域有一定的应用，而且在医疗领域也取得了重要进展，可以使用医学材料3D打印假肢、牙套、器官、皮肤、支架等，甚至可以将细胞进行3D打印。 几年前，清华大学生物制造工程研究所就能将生物细胞进行3D打印，而且打印出的细胞还能在三维的条件下生长。这就是国际最前沿的生物制造技术，它的原理也是基于离散堆积。
以前的快速成形都是将非生命材料人工离散堆积出来，今后我们希望能像生物一样，打印出的材料自己生长成形，这是我们的研究方向。这里面关键的一个因素是材料，而有生命的细胞是最具挑战性的生物材料。把3D打印技术应用到生物医学上，分为四个层次：
一是材料本身没有生物相容性，不能放在身体里，打印出的模型只能放在体外。例如给连体婴儿做分离手术前，通过CT扫描数据3D打印出个性化的婴儿骨骼模型，帮助手术规划和植入器件的设计，保障手术顺利进行，把两个婴儿精确地分离开。二是永久性的植入物。材料的生物相容性非常好，不降解，可以应用到美容整形和修复。我们与整形医院已经开展了多次动物实验，比如治疗小耳畸形的个性化耳软骨支架。
三是组织工程化的支架制造。材料的生物相容性非常好，可以降解，而且能帮助细胞、神经等组织生长。比如骨骼断裂了，身体哪个部位缺损，把相应的细胞提取出来附着在支架上，让其慢慢生长，支架会逐渐降解，等长得差不多了，再放入体内继续生长。现在用3D打印技术来制造这个支架，可以准确设计出支架结构和空隙大小，确保贯通性和营养吸收。
四是细胞三维打印。细胞与基质材料一起被打印出来后，在接近体内的三维环境里生长，可以模仿体内的生理和发病过程。我们在研究癌细胞的发病过程，只要这个模型与体内某种癌症发病过程很接近，那就可以进行抗癌药物的筛选。原来的方法是通过解剖、动物实验，与病人的切片进行对比，但都是静止的，现在用3D打印可以在体外构造这个过程。我们通过细胞打印的肝细胞三维结构体验证了维生素C和E在酒精对肝脏的损伤过程中能够起到保护作用。中国的肝脏患者特别多，我们的终极目标是能打印出可以临床应用的肝脏。
3D打印是以数字化、网络化为基础，以个性化、短流程为特征，实现直接制造、桌边制造和批量定制的新的制造方式。其生长点表现在：与生物工程的结合，与艺术创造的结合，与消费者直接结合。
3D打印未来有四个发展方向：一是功能部件的直接制造，例如飞机的起落架等复杂零件，这个领域的突破口主要是解决材料、标准和工艺的一致性等技术问题，市场规模可达到几十亿美元。二是生物制造，例如细胞打印、个性化的治疗、组织再生、药物筛选、制药等。这将改变生物学和医学的研究方式、患者的治疗方式以及药品的制造方式，应用前景很大，需要政府的大力支持。三是数字化创意，建筑、雕塑、服装服饰、工艺品等都可以3D打印。四是桌边制造（家庭制造），现在网络购物的规模越来越大，以后3D打印走入家庭也是一种潮流。3D打印还将走进幼儿园和中小学校，用3D打印机打印玩具和教学模型，可以激发他们的学习兴趣和创新意识。
后面的三个方向，是传统的制造方式所无法满足的，这可能就是3D打印的革命性意义。国内从事3D打印的人，都比较低调，一般不愿公开说革命性，避免得罪传统制造领域的人。实际上，3D打印与传统制造不是有我没你的完全替代关系。作为一种新技术和新工具，既可以与传统制造相互融合和互补，也能像哥伦布一样发现新大陆，开发出新的天地。3D打印成为未来的主流制造，从数量上来讲，十年都不太可能，但它可以融入到各个行业和领域，可以走进人们的工作和生活中。
3D打印能给人以无限的遐想和创造发明的激情，使人们的生活更加美好。但3D打印走入寻常百姓家，最关键的是数据，毕竟设计数字模型还是有难度的。美国有一家网站，你若买它的实物手机壳，只需花费35美元，如果你下载这个网站上的手机壳数据，自己打印，那需要1500美元。因为你下载数据后可以打印好多手机壳，它宁愿便宜地卖手机壳，也不愿让你下载数据。
这需要创意设计知识产权的保护和相关技术的保障，如果你下载数据后只能打印一两个产品，数据无法复制盗版，那这个数据的下载费用就能降下来。这将发展出一种新的商业模式，一些专业人士就会以数据为生，从事创意设计，然后把数据放到互联网上出售。
开启社会化制造新时代
专访长城企业战略研究所所长王德禄
文/本刊记者 牛禄青
人类经历了两次工业革命，在实现机械化、规模化、城市化的同时，也带来了能源危机、环境污染、交通拥堵等诸多问题。随着互联网的普及以及智能软件、新材料、机器人、3D打印等新技术的应用，第三次工业革命呼之欲出。特别是3D打印，被寄予极高的期望，不仅受到国内外资本市场的热烈追捧，而且引起了政府、科技、企业和投资界的高度重视。
已有20多年的3D打印为何现在突然“蹿红”？它对经济和社会发展到底能产生多大影响？对中国这个制造业大国来说，是机遇还是挑战？中国如何应对呢？为此，本刊记者专访了长城企业战略研究所所长王德禄。
革命意义
《新经济导刊》：2012年以来，3D打印在全球急剧升温，人们对3D打印的发展前景存在争议。英国《经济学人》杂志把3D打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，有人则认为影响有限，减材制造依然是主流。您对此怎么看？
王德禄：对于第三次工业革命，目前比较主流的看法来自美国未来学家杰里米？里夫金。他认为，接下来的半个世纪里，集中经营活动将被第三次工业革命的分散经营方式取代。未来将是社会化协作、分布式能源和行业专家、技术劳动力为特征的新时代。
在第三次工业革命中，产业链条的关键进一步转移至研发设计等环节，制造环节将被压缩至“一步实现”。除3D打印外，机器人技术、人工智能技术、纳米科技、新材料、新能源等技术也将是第三次工业革命的重要组成部分。而3D打印则被誉为是“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。3D打印技术极有可能和互联网一样深入到我们生活工作的任何一个角落，会在第三次工业革命中产生巨大的推动作用。同时，应当强调的是，3D打印并非第三次工业革命的全部，掌握了3D打印技术是在第三次工业革命中取得领先地位的必要条件而非充分条件。 3D打印机在第三次工业革命中的地位，正如PC之于信息行业。对比信息行业的发展历程，工业用快速成形机相当于20世纪60年代的专用和大型计算机，而民用3D打印机则是20世纪70年代的个人PC和苹果台式计算机。3D打印技术会渗透到许多领域，并衍生出许多原创产业，如皮肤打印、3D打印设计和服务平台、消费品定制等。就像蒸汽机发明以后，不仅仅是蒸汽机产业本身，还渗透到许多行业中，这也是它的革命意义。
目前，3D打印产业尚处于产业导入期，全球竞争刚刚拉开序幕。我国在技术水平与国外相比落后不多，具有极大的赶超可能。同时，智能软件、新材料、灵敏机器人、新的制造方法将形成合力，产生足以改变经济社会进程的巨大力量。
《新经济导刊》：3D打印技术早在20多年前就已经存在，只是称呼不同，当时叫“快速原型技术”，后来叫“快速成形技术”、“增材制造”。为何一直默默无闻的3D打印，现在突然热了起来？
王德禄：3D打印之所以火起来，直接原因是由于去年奥巴马宣布把3D打印技术作为国家战略。国际金融危机后，美国希望实现制造业复兴。因为过去十年美国制造业下滑太快，产业工人越来越少，但可选择的亮点太少，经过比较，觉得3D打印与智能机器人、智能制造可以提振自己的制造业，像“救命稻草”一样。3D打印的升温和崛起，根本原因是受到个性化需求的拉动和产业发展环境的不断完善。
任何一项新技术的普及和应用都存在产业环境和配套技术的门槛，3D打印也是如此。3D打印技术的广泛应用是基于互联网服务、虚拟现实等技术的广泛应用。近十年来，由于信息技术的飞速发展，三维成形、3D设计软件等配套技术的不断普及和简化，使3D打印上游环节的专业化设计被服务化，一般设计人员和普通百姓也可以便捷地操作3D打印机。
此外，同质化的生产已不能满足未来用户的差异化需求。在新经济的发展过程中，通过持续的科技创新和劳动力水平提升，面向人们基本生存需要的农业和制造业的占比日益降低，满足人类更高层次需求的服务业愈发重要。随着生产力水平的提升，人们开始在集约生产带来的同质化消费之上，追求更高层次的个性化、定制化消费。新媒体、社交网络满足了人类在精神层面的个性化需求，而3D打印正是实现物质个性化的最佳解决方案。
第二次工业革命的成果和特征在其发源地美国的体现最为明显。作为“美国梦”的组成要素，批量生产的汽车、批量建造的房屋、全国同时收看的电视和遍布各地的沃尔玛以高效的集约化生产和低廉的价格，向所有人提供同样的产品和服务。批量生产降低单位成本的同时，也使得消费趋于同质化。这对满足人类的基本生活需要自然毫无问题，但在衣食住行已经基本满足的时代，人类开始追求更高的目标：诸如实现自我价值，追求与众不同的生活等等，每个人的需求在这一层次体现出充分的差异化，绝非某种成本导向的大批量制造产品所能满足。“我只生产一种汽车，就是T型车，只生产一种颜色，就是黑色”的时代已经一去不复返。
互联网技术也为产品信息的传播奠定了基础，随着3D打印技术的逐渐成熟和新能源的普及应用，社会化生产的优势将逐步凸显。未来产品信息的传播将取代物质的流动，众包设计、短流程生产将成为未来制造业的两大显著特征。3D打印技术事实上是一种介于第二产业和第三产业之间的“2.5产业”，能够在产品的制造环节融入服务的功能，使工业产品高度定制化、个性化。可以预见到，3D打印的“制造+服务”模式会改变人类现有的生活方式。
《新经济导刊》：目前，3D打印技术主要应用于哪些领域？您对国内哪些地区的3D打印产业发展前景看好？
王德禄：目前来看，3D打印技术主要面向非批量生产市场，也是传统制造业的“软肋”所在，如快速模型、假肢、航空结构件等，对传统制造业起到了极大的补充和提升作用。在非批量制造领域，3D打印已经取得明显优势。可以肯定的是，3D打印至少在非批量的产品制造领域具有明显优势，不仅能够节约时间成本，经济效益也十分显著。
如果传统制造业是资源驱动，那么3D打印主要靠创新驱动。未来，创新能力较强的地区将成为中国3D打印的高地，如北京的中关村、武汉的东湖、深圳、义乌等。中关村、东湖、深圳创新创业资源高度密集，创业环境十分友好，是原创产业最好的孕育地，更是我国将3D打印打造为原创产业的最佳载体。尤其北京市具备在全国率先发展3D产业的优良基础和引领全国的发展潜力。
而浙江义乌作为全世界拥有商品种类和数量最多的城市，是我国工业产品高度多样化的代表，也是消费者对个性化产品需求的直接体现。3D打印能够大幅节省义乌中小企业新产品研发的时间和资金成本，从研发环节上大幅提升传统制造业的竞争力。
迎难而上
《新经济导刊》：我国已经成为全球第二大经济体，也是一个制造业大国，3D打印技术对我国传统制造业转型升级和经济社会发展将产生哪些影响？
王德禄：3D打印综合了数字建模技术、机电控制技术、信息技术、材料科学与化学等多方面的前沿技术，具有很高的科技含量，引发的制造业革命对中国尤为重要。作为制造业大国，中国应该比欧美更重视3D打印，不能在新经济时代被边缘化，应该转变观念，顺势而为。
在全球制造业由集约生产向分布式生产演变的浪潮中，我们需要把握产业发展大势，借助3D打印实现我国制造业整体水平的提升，掌握未来产业链高端环节，实现“中国制造”的新生。
第三次工业革命为我国加快结构调整和发展方式转变带来了重要机遇，为突破资源环境约束创造了有利条件，也为我国工业提升国际分工地位形成新的契机。但是，其形成的新技术浪潮将对劳动密集型产业带来较大冲击，一方面对支撑我国工业发展的制度安排带来挑战，另一方面也对工业企业的转型升级提出了紧迫要求。
短期内3D打印技术将从研发、设计和生产模式等方面，给传统制造业带来提升和冲击：一是产品推向市场的时间将缩短。借助于3D打印在快速成型领域的应用，产品的设计和研发周期都将明显缩短，迅速推出新产品将成为未来企业的必备素质。 二是未来的产品性能将更为优化。产品制造的门槛降低将导致更多竞争者涌入市场。同时，3D打印技术参与到制造过程将能够使产品变得更轻、更小、更坚固、更少机械连接并且更加易用。
三是开放式设计将成为可能。在产品设计环节，厂商与最终用户的沟通将更为频繁、更为可行，用户的参与意愿将得到充分满足。这些开放式设计的产品将比传统产品更具竞争力。
四是定制化更为普遍。由于创新型企业在较低的成本下借助于3D打印和其它快速成型技术实现了定制化生产，客户的期望将随之提升。定制化生产将成为一种常规模式。
五是分布式生产的挑战。集约化、批量生产的价格优势将有可能被3D打印更接近客户、更贴近需求、更即时的优势抹平。用户将有可能在放弃价格优势的同时收获更好的购买体验和使用体验。
目前，美国不仅积极发展新能源、能源互联网，甚至还鼓励制造业创新和回流。第三次工业革命不仅影响到产品的生产方式，还将影响到产品的生产地点，一些制造业回归美国是必然，如果再加上第三次工业革命这种技术手段的叠加，中国国际竞争力提升将面临巨大挑战。错失第三次工业革命的良机，中国将陷入被动境地，制造业也会衰落。相关部门一定要在理论研究、政策设计、舆论引导等方面做好准备，积极投入第三次工业革命中，采用新技术确保我国制造业的国际竞争优势。
并非所有人都能从产业革命中获益，每次产业革命总会使一部分群体利益受损。正如18世纪的英国，第一次工业革命中曾有工人认为是机器抢走了他们的饭碗，从而引发“卢德运动”；铁路的兴起导致了运河的衰落；信息技术的深化导致了极为普遍的失业——信息化对组织效率的提升极大，使精简人员成为必然。
面对第三次工业革命的冲击，任何试图以传统生产方式与新技术竞争的行为都将是徒劳的。我国企业必须加深对即将到来的产业革命的认识，积极应对新技术的挑战。包括认识到3D打印对于产品研发的重要提升作用、对产品性能的优化作用、开放式设计、定制化生产等的可能性。在第三次工业革命逐渐渗透的过程中，企业核心竞争力的构建重心将发生转移，人力资源和自然资源的价格对企业竞争力的影响将大幅减弱，商业模式和业态创新能力、对市场需求的理解和产业组织能力更应该被重视。
《新经济导刊》：经过20多年的发展，中国在3D打印技术应用和市场规模上依然滞后，您认为推进3D打印技术产业化，需要解决哪些问题？
王德禄：从整个3D打印产业链来看，我国在理论和应用的前沿与国际水平差距不大。但恰恰是在技术实现环节存在较大缺陷——机电技术本身就是我国的技术短板，3D打印所涉及到的精密激光器、光学系统、精密导轨和电机等均需从国外采购，严重限制了产业发展。
3D打印的共性技术需要国家投入重点突破。在桌面级3D打印机设计中，如何让喷头顺畅、稳定地出丝，如何提高精度，如何增加可打印材料的多样性等，工业级3D打印机的材料、微滴喷射技术和激光技术，这些技术障碍如果全部由某家企业自行投资研发，其成本和风险都是难以承受的。而如果各自为战，未来又将面临集成创新的高成本。在发达国家，这些共性技术的研发主要由国家支持的研究所负责。我国3D打印企业目前规模均较小，产业联盟成立不久，尚无实力和资源攻克这些限制产业发展的关键技术，因此需要国家引导投入、重点突破。
产业链整合是国家竞争力形成的关键。除上述基础技术和共性技术外，最终产品的形成依赖于企业的集成创新能力。目前我国企业或处于创业阶段，或由高校管辖，均缺乏资源整合能力。而美国3D System公司已经完成了数次并购，从横向的技术覆盖面和纵向的技术链条均具备了相当的实力。相比之下，我国企业在集成创新能力和潜力上已经存在较大差距。在未来3D打印产业进一步细分、专业化、规模化的过程中，需要有能够强力组织产业资源的联盟或龙头企业，实现资源的集聚和整合，在共性技术研发、中试、标准推进等方面发挥作用，实现更大范围内的产业协同，才能在未来的全球竞争中获得一席之地。
新材料产业之所以成为我国工业体系中长期存在的短板，与其自身产业特点是分不开的。在基础研发阶段，需要多学科交叉配合，对研发资源的需求呈现多样化的趋势，下游装备制造业、航空航天、能源科技、信息产业对材料的需求不断演化提升，而新材料技术创新的周期达5～10年，远比一般技术要长，从而导致了我国新材料产业长期处于追赶阶段，基础研发和产业化无法对接，对下游产业支撑乏力。
因此，应提高对新材料产业的前瞻性认识，将发展新材料产业的立足点从满足当下产业需求拓展到未来10～20年的产业需求，在基础研发层面加大投入，提高前瞻性布局所占比例。
此外，政府支持3D打印等高新技术产业发展应吸取过去的前车之鉴，切实转变政府职能，要出台政策、创造环境引导市场发展。在前沿领域，政府应大力支持高校和科研院所的基础研究，在应用领域，要大力支持企业的产业化发展，而不是让政府直接给企业投钱，也不是政府指条路，自己披挂上阵，或直接干预市场，限定技术路线。
（祁鸣、张天龙对本文亦有贡献）
打印技术的先进应用
编译/辛妍
用3D打印机打印实体就如同打印一封信：在电脑上点击打印按钮，一个数字文件就会被发送到打印机上，喷墨打印机会在纸上沉积一层油墨，形成一个2D的图像。然而在3D打印中，借助计算机辅助设计，软件将模型进行一系列的数字切片，并将这些切片的描述发送到3D打印机，它会一层一层地添加连续的薄图层，直到一个实体出现。最大的区别就是，3D打印机用的“墨水”是材料。基本上，任何可以挤压、熔化或者可以加工成粉末的材料，都可以用来打印，比如塑料、金属或一些复合材料等。
几种常用的3D打印技术的工艺过程包括光固化（SLA）、选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）和熔融沉积成型（FDM）等。它们的共性是都具有在世界上任何地方制造定制产品，尤其是复杂几何形状的实体的能力。 目前最常用的3D打印技术是光固化，包括行业领先者Stratasys在内的许多公司的3D打印机都采用这一技术。该技术可以使用包括树脂在内的广范的材料制造最精确的细节部件，因此通常用于制作高精密的展示形式的拟合模型。
选择性激光烧结可以用于生产各种规格的金属部件，包括由航天级钛制成的组件。德国的EOS公司和刚刚被通用航空收购的MorrisTechnologies都使用了该技术。也可用于生产尼龙的一次性部件给汽车、跑步者、滚筒等使用。
选择性激光熔化能打印金属如钛、不锈钢、铂，甚至是黄金，制作出的部件与传统铸件一样好，因此在珠宝业和航空航天业的应用增长迅速。常见的打印金属的3D打印机只能打印网球大小的实体，虽然有些机器可以打印到鞋盒大小，但非常昂贵，这在一定程度上局限了该技术的应用。
熔融沉积成型使用真正的工程级塑料，如ABS、聚乙烯、尼龙等，生产出的部件与机械加工或者注塑模具生产的部件强度相当，颜色相同，惟一不同的是表面光洁度。
随着材料和工艺过程的改进，3D打印迅速发展，并被广泛应用于各个专业领域，特别是在汽车、航空航天和医疗：福特公司的工程师的办公桌上早就使用了MakerBot公司的各种产品，美国国家航空航天局的设施中遍布着Replicator2打印机，牙科医生用它来制造模具等等。作为MakerBot公司的首席战略官，Jenny Lawton女士认为，下一个阶段，也就是在今年将出现的情况会是3D打印设备在消费者家中扩散。下面列举一些3D打印的先进应用：
医疗
3D打印技术在医疗上应该会有很多应用。3D打印能制造专门适合某人身体的定制部件，而这可以是所有的部件。有些研究人员已经用3D打印机生产出了简单的活体组织，如皮肤、肌肉和血管的短延伸。更大的身体部件，比如肾脏、肝脏、甚至心脏，都有可能在将来被打印出来。如果生物打印机可以使用患者自身的干细胞打印器官，那么就可以减少移植后产生排斥反应的可能性。
2011年，一名荷兰女子成为世界上第一个使用3D打印技术制作的钛下颌骨的患者。这不仅节约了原材料成本，同时新方法将手术时间从20小时降到4小时，明显降低了手术成本。更重要的是，该技术的应用对患者本身有利，因为用的是一个完全量身定做的部件。大大减少的麻醉（这在患者非常年轻或者年老时都要考虑）有助于加快恢复速度，同时也减少了感染的可能性。
2012年8月，维也纳技术大学的研究人员开发出一种创建具有特定的化学或生物特性的微米尺度的3D结构的方法，并以此为基础制作出了能够快速打印微米大小的实体的3D打印机。研究人员现在正在研制生物相容性树脂，用它可以生成能让活体细胞依附的支架，从而实现系统性生成生物组织。
2012年11月，WakeForest再生医学研究所的科学家们已经创建出了一台混合3D打印机，它可以创造可植入的人体软骨。
2013年2月，赫里奥特-瓦特大学的研究人员首次使用3D打印排列了人类胚胎干细胞。这些打印出的干细胞具有高存活力，大小完全相同，并且维持了多能性，即具有分化成其他细胞类型的能力。这一进展对体外药物开发和毒性测试至关重要，它可能会加速药物测试过程。长远来说，随着该技术进一步发展，将能够从患者自身的细胞中生成可用的3D器官，从而实现按需提供移植器官。
2013年2月，美国康奈尔大学的生物医学工程师和康奈尔大学威尔医学院的医师们运用3D打印和高密度的注射用凝胶制成了人造耳朵。整形外科医生可能可以用这一成果帮助那些出生时就患有先天性小耳畸形的孩子。新耳朵也可以帮助那些由于意外或者癌症而失去了部分或者全部外耳的人。如果所有的安全性和有效性测试成功的话，人造耳最早可能在三年内就进行第一次人体植入试验。他们早在2012年就已经制成了膝盖软骨、半月板，目前正在研制的有脊柱磁盘和心脏瓣膜，而将来的趋势是制作越来越复杂的器官。有报告说肾脏已经被打印出来了，至于肝脏，可能还需要一些时间。
航空航天
2012年3月，Stratasys公司和Optomec公司完成了为具有功能电子的无人驾驶飞机模型联合开发的智能翼项目。该项目将3D打印和印刷的电子合并起来，创建了世界上第一个完全打印的混合结构。这一项目的完成将有可能改变包括医疗设备、消费类电子产品和航空航天等领域的产品开发。Stratasys公司直接数字制造的副总裁Jeff DeGrange表示，“汇集3D打印和打印电子电路将会改变设计和制造的游戏规则。它有可能只需要更少的材料和步骤来完全简化生产，将产品推向市场。”
2012年5月，总部设在芝加哥的Sciaky公司开发出了电子光束直接制造技术。使用该3D打印技术取代锻造，可以降低F-35联合攻击战斗机中钛结构件的生产成本。
2012年11月，南安普顿大学的研究人员用激光烧结尼龙打印出了无人驾驶飞机。
个人消费
2012年10月，西英格兰大学精细打印研究中心的研究人员称，古代埃及技术中使用的材料可能很适合在3D打印中制作陶瓷餐具原型。目前的项目在理论上为打印单发射、上釉的陶瓷对象提供了可能性，这是用基于目前的技术无法实现的。无疑，古埃及人的材料会减少当前陶瓷业打印原型所需的时间。
2012年11月，华威大学的研究人员研制出了一种简单廉价可用于3D打印机的导电塑料复合材料（由溶解在晶型塑料中的碳粒子形成）。该材料的研制成功将有助于降低3D打印机的成本。将电子轨道和传感器作为3D结构的一部分，他们团队已经可以完全用新材料制作出计算机游戏控制器。
你现在还买不到，但是MIT的美食“The Digital Chocolatier”已经通过印制一层层的糖果制作出了可口的美食。康奈尔大学也在通过它的名叫Fab@Home的多材料3D打印机进行打印食品的研究。
其他
2012年4月，德国卡尔斯鲁厄理工学院研发了一种新的3D打印方法，目前可以打印出分辨率为65纳米的聚合物，并有望很快达到30～40纳米，最终目标是10纳米。这一方法为大量的新的超级材料开放了路径，该界限可以开发利用各种各样的现象，如超材料隐形原则等。
3D打印的先进技术及应用已经渗透到越来越多的领域。随着3D打印技术在打印尺寸和打印精度上的发展，3D打印必将越来越多地应用到更多的领域，离我们的生活越来越近。