21世紀(jì)的前10年，是電影《哈利波特》熱播的時代。但是誰也不曾想，現(xiàn)實生活中卻也出現(xiàn)了神奇的“魔法”。
不少人都看過豬推進(jìn)去，而香腸推出來的機(jī)器，那是原料加工器；但很少有人能夠看到，一臺看似平淡無奇的打印機(jī)，卻能打印出衣服、汽車模型、飛機(jī)，更有甚者，利用細(xì)胞介質(zhì)還可以打印出人體各個器官。而這種機(jī)器，就是時下非常火爆的3D打印機(jī)。
3D打印技術(shù)，又叫快速成型技術(shù)。原理是將一項產(chǎn)品設(shè)計轉(zhuǎn)化為3D數(shù)據(jù)，然后將這些數(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，然后疊加到一起成為實物。由于能將設(shè)計直接轉(zhuǎn)化為實物，因此給人們的生活帶來諸多便利。
也因此，有人說3D打印機(jī)的神奇之處在于，它即將完全改變?nèi)藗儗鹘y(tǒng)制造的印象-原來制造業(yè)也可以告別車床、鉆頭、沖壓機(jī)、制模機(jī)等傳統(tǒng)工具。“所以我們說，3D打印機(jī)將真正帶來以數(shù)字化為核心的第三次工業(yè)革命浪潮。”中科院計算技術(shù)研究所上海分所所長孔華威表示。
顛覆性的技術(shù)革命
自出現(xiàn)那一刻開始，3D打印技術(shù)一直被人褒獎為無所不能。“這是一項顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的革命性技術(shù)”，有人譽(yù)為是繼蒸汽機(jī)、電腦、互聯(lián)網(wǎng)后又一項偉大的發(fā)明。更有甚者，有未來學(xué)家預(yù)言，3D打印技術(shù)將對人類生活、學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
“由于3D技術(shù)可自動、快速、準(zhǔn)確地將產(chǎn)品設(shè)計直接轉(zhuǎn)化為實物，因此將有效縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量并縮減生產(chǎn)成本。”孔華威介紹，比如在汽車領(lǐng)域中，70~80%汽車復(fù)雜系統(tǒng)的配件都可以用3D打印機(jī)打印出來，這對于3D打印機(jī)的應(yīng)用至少是一個重要的方向。
他表示，3D打印還給設(shè)計產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的改變。“那些比較復(fù)雜的設(shè)計，與人感覺相關(guān)的設(shè)計，在3D打印機(jī)這里能夠較好地制作出來。”用3D打印能夠把那些需要設(shè)計得很微觀的模具或者鼠標(biāo)等形象地打印出來。不僅如此，“原來從設(shè)計到樣品制作出來需要兩三個月之久，但利用3D打印機(jī)，只需要兩三天就可以了，這將給未來的設(shè)計產(chǎn)業(yè)將帶來很大的變化。”
也有實踐證明，通過3D打印機(jī)設(shè)計出來的產(chǎn)品也“神奇般”地得到了應(yīng)用。2011年8月，英國南安普敦大學(xué)設(shè)計并試飛了世界上第一架“打印飛機(jī)”，飛行時速達(dá)100公里，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”在加拿大亮相，單缸發(fā)動機(jī)制動功率8馬力，最高時速可達(dá)112公里。
更有甚者，最新的第四代3D打印機(jī)除了能打印汽車和房子，還能打印珠寶、牙齒和血管，它對于人類的影響力已經(jīng)越來越大。
這些例子，似乎把人拉進(jìn)了“魔幻現(xiàn)實主義”的世界中，更多的人似乎從中解讀到無限的可能。以至于2012年7月，美國宇航局稱在研究“未來3D打印宇宙飛船”，此外還正在測試一種太空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到，3D打印機(jī)的時代正在來臨。
國內(nèi)風(fēng)投開始介入
正因為3D打印機(jī)給人們帶來了強(qiáng)烈的思想沖擊，它在全球范圍內(nèi)也已經(jīng)井噴式地增長著。來自WohlersAssociates的數(shù)據(jù)稱，2012年3D打印機(jī)的市場規(guī)模在17億美元左右，到2015年該市場的規(guī)模將達(dá)37億美元。
而該產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)同樣發(fā)展迅速，美國機(jī)械工程師學(xué)會理事長MarcGoldsmith曾表示，“2010年中國占全球市場份額的6.5%，2011年占8.6%”。到了2012年，更是一發(fā)不可收拾。可以顯見，3D打印技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)勢不可擋，它為制造業(yè)打開了一扇的新大門。
由于飽受追捧，也讓3D打印機(jī)熱“燃燒”到了資本市場。已有美國兩家3D打印機(jī)生產(chǎn)商在8月股價大幅上揚(yáng)，國內(nèi)的A股市場也不甘寂寞，涉及3D打印領(lǐng)域的企業(yè)股價連創(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)，東部沿海的一些生產(chǎn)激光晶體元器件的上市企業(yè)股價出現(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，目前國內(nèi)已經(jīng)有幾家風(fēng)險投資基金投資了相關(guān)的3D打印領(lǐng)域的企業(yè)，孔華威透露，其所屬的風(fēng)投基金就正計劃投資一家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)之所以在如今突然火爆，“因為數(shù)字技術(shù)進(jìn)入了桌面化時代，它與分布式制造掛靠在一起，并且與分布式能源結(jié)合，便成為第三次工業(yè)革命的兩個輪子，就開始火起來了。”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越多人所熟知。
“想象一下3D打印機(jī)對制造業(yè)和物流業(yè)的革命。某天，你坐在家里，通過淘寶向商家訂購一個玩具，但你不用等待幾天后快遞送到你樓下讓你下樓去拿。只需輕動鼠標(biāo)，商家通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)給你一個CAD文件，你直接在家里就能打印出來。”而這一旦應(yīng)用到工業(yè)化大生產(chǎn)之中，當(dāng)公司能夠在需求產(chǎn)品的地方打印出急需的零部件時，為什么還會從國外空運(yùn)呢？
還有“最后一公里”
雖然3D打印市場潛力巨大，以3D打印為代表的數(shù)字化、智能化制造以及新型材料的應(yīng)用，將推動實現(xiàn)“第三次工業(yè)革命”，成為引領(lǐng)未來制造業(yè)趨勢的眾多突破之一。但是目前它并沒有人們所想象般的“萬能”。“3D打印技術(shù)在美國正如火如荼地產(chǎn)業(yè)化，但目前在國內(nèi)還處于初級發(fā)展階段。”孔華威說，目前還有不少問題存在。
首先是核心技術(shù)跟不上。“目前3D打印機(jī)有很多技術(shù)上的問題都沒有解決。”最為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要是塑料、樹脂、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)并不成熟。”
最為關(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)只能生產(chǎn)由一種材料組成的零件，再組裝成成品。“至于一次性直接生產(chǎn)汽車、飛機(jī)的說法，目前還有一定距離”。
此外，3D打印機(jī)最核心部件是噴嘴。目前噴嘴有幾種：用膠漆噴的和鋪粉后再用激光融化后進(jìn)行打印的（后者做金屬類的東西）。此外，就是金屬和非金屬兼容的噴嘴。“后者一般要同時用到兩個噴頭，目前國內(nèi)還沒有這個技術(shù)，連國外也無法解決”。
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，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，也無法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄的零件相媲美；同時，每一層的厚度再薄，也是一層一個坎，外表面仍需打磨才能滿足精度要求。
而國產(chǎn)的性能相比海外，在高端品種上更是存在差距。“比如說國產(chǎn)的打印機(jī)出來的‘絲’不如國外的干凈，材料的不光滑讓打印出來的產(chǎn)品看起來不那么漂亮。”孔華威介紹。
與此同時，價格因素也成為3D打印機(jī)發(fā)展的瓶頸。目前3D打印機(jī)的價格差距懸殊，低端的家用型價格低至數(shù)千元，但高端的價格可以高至數(shù)百萬元。不僅如此，打印所需原料價格也是差距甚大。“低端原料國內(nèi)已經(jīng)能自產(chǎn)，價格比較便宜，但高端的只能從國外進(jìn)口，價格很昂貴，導(dǎo)致成品價格也非常貴。”僅以一個飛機(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8萬元，這個零件從“3D打印”出來至少要賣2萬元，其價格之高令人乍舌。
不容忽視的是，雖然3D打印能夠打印出各種新奇的設(shè)計，但它卻無法應(yīng)用于工業(yè)化大批量生產(chǎn)。“如果新研發(fā)一個新產(chǎn)品，單件小批量生產(chǎn)，用3D打印肯定比傳統(tǒng)開模具生產(chǎn)要快。但如果批量生產(chǎn)，3D打印顯然不適合。”就和普通打印一樣，打印幾張紙用打印機(jī)很快，但如果印書，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，打印時間長，打印成本高，打印過程中還會產(chǎn)生污染，不夠環(huán)保，導(dǎo)致3D打印機(jī)會不斷推陳出新。”但隨著一些新技術(shù)的攻克，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了不少3D打印機(jī)生產(chǎn)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3D打印。”孔華威介紹。
雖然3D打印機(jī)在國內(nèi)慢慢地鋪開市場，但在飽受追捧的背后，不少專家也開始隱隱地?fù)?dān)憂，“核心的技術(shù)還掌握在國外手中。”3D打印機(jī)在中國發(fā)展的出路在哪里？
“目前，最好的方式是利用這一領(lǐng)域的開源，我們可以把國外的圖紙、控制器都拿到國內(nèi)，這樣國內(nèi)與國外就處于同一起跑線了，即便萬一這行業(yè)由開源走向封閉，那么國內(nèi)還可以根據(jù)之前的積累往前走。”孔華威介紹，如果真正要解決一些技術(shù)上的問題，還需要大量的時間和精力去投入，這里需要政府包括政策、資金等全方位的持續(xù)支持。如果核心技術(shù)沒有突破，3D打印機(jī)在火爆之后就難以為繼。在這一方面，前幾年新能源產(chǎn)業(yè)從朝陽產(chǎn)業(yè)迅速淪落的經(jīng)歷或許可以為我們敲響警鐘。
