過(guò)往的人類制造史是以等材制造、減材制造為主。3D打印又稱增材制造，是基于近年來(lái)自動(dòng)化控制、材料、激光等多領(lǐng)域科技進(jìn)步基礎(chǔ)上誕生的制造理念創(chuàng)新，從這個(gè)角度可更深刻的理解為何3D打印得到各國(guó)政府與諸多企業(yè)的廣泛關(guān)注。

從概念上看，3D打印確實(shí)可以“無(wú)所不能”；但從經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)角度看，其定位是對(duì)現(xiàn)有制造工藝的補(bǔ)充與完善，而不是對(duì)傳統(tǒng)制造工藝的顛覆，未來(lái)等材制造、減材制造和增材制造三者將長(zhǎng)期共存。

3D打?。?DPrinting）技術(shù)作為快速成型領(lǐng)域的一種新興技術(shù)，目前正成為一股迅猛發(fā)展的潮流。3D打印起源于已有較長(zhǎng)時(shí)間工業(yè)應(yīng)用歷史的“快速成型技術(shù)”，是在計(jì)算機(jī)控制下，基于“增材制造”的原理，采用各種方法堆積離散材料，最終完成零件的成形與制造的技術(shù)。3D打印與傳統(tǒng)的加工工藝通過(guò)切削、打磨、沖壓來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品成型的過(guò)程具有本質(zhì)區(qū)別，其分層制造的特性能夠便捷地實(shí)現(xiàn)數(shù)字模型向產(chǎn)品實(shí)物的轉(zhuǎn)化，且無(wú)需模具，產(chǎn)生極少的廢料，在非批量化生產(chǎn)中具有明顯的成本和效率優(yōu)勢(shì)。隨著互聯(lián)網(wǎng)在人類生活中的應(yīng)用不斷深化，以及物質(zhì)文化消費(fèi)需求逐漸凸顯出個(gè)性化的特征，3D打印作為一種制造技術(shù)得以迅速崛起。

1、3D打印催生新一輪工業(yè)革命

3D打印具備顛覆現(xiàn)有制造業(yè)生產(chǎn)模式的巨大潛力。模具專家羅百輝表示，由于3D打印無(wú)需模具，單個(gè)生產(chǎn)與批量生產(chǎn)的成本差別不大，使3D打印在非批量生產(chǎn)中極具優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，節(jié)省材料、成本與形狀復(fù)雜度無(wú)關(guān)的特性，也使得3D打印在很多場(chǎng)景成為比傳統(tǒng)工藝更優(yōu)的選擇。

基于人們對(duì)個(gè)性化產(chǎn)品需求的不斷增強(qiáng)，以及研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)在整個(gè)制造產(chǎn)業(yè)鏈中愈發(fā)重要的判斷，羅百輝認(rèn)為，3D打印存在巨大的市場(chǎng)前景，在多個(gè)領(lǐng)域具備顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)模式的可能。在消費(fèi)級(jí)3D打印市場(chǎng)，基于工程塑料的熱塑擠壓技術(shù)將成為主流；在模型、設(shè)計(jì)領(lǐng)域，光敏樹脂固化將成為主要技術(shù)；在金屬、合金構(gòu)建直接制造領(lǐng)域，激光燒結(jié)具有巨大的發(fā)展前景；生物材料同樣具備巨大的發(fā)展?jié)摿?，在醫(yī)療、美容、保健等領(lǐng)域具有顛覆性。另外，由于3D打印使得產(chǎn)品的制造環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)由數(shù)字模型到產(chǎn)品實(shí)物的“一鍵實(shí)現(xiàn)”，使得制造過(guò)程完全可以在用戶處進(jìn)行，對(duì)集約生產(chǎn)下的物流模式也會(huì)產(chǎn)生巨大沖擊。

技術(shù)不斷突破和應(yīng)用持續(xù)拓寬給人們帶來(lái)極大的想象空間。由于3D打印技術(shù)極易將商品的流通轉(zhuǎn)化為數(shù)字模型的傳播，因此，羅百輝認(rèn)為，3D打印將成為催生新一輪工業(yè)革命的新興技術(shù)。目前，3D打印比較成功的應(yīng)用包括設(shè)計(jì)過(guò)程中的原型制造，沖模、手板等模具相關(guān)物品的制造，以及在航空和軍工領(lǐng)域的飛行器結(jié)構(gòu)件制造等。在線的3D打印服務(wù)在全球范圍內(nèi)也迅速興起，成為獲得個(gè)性化個(gè)人消費(fèi)品、工藝品的重要途徑。上述領(lǐng)域主要受益于3D打印無(wú)需模具的特性，在非批量制造中取得成本和效率優(yōu)勢(shì)。

結(jié)合社交網(wǎng)絡(luò)對(duì)產(chǎn)品模型的分享傳播和眾包模式下大眾對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程的廣泛參與，3D打印將成為一種顛覆性的制造技術(shù)，和滿足人類個(gè)性化需求的重要途徑。美國(guó)Shapeways公司和Quirky公司的案例已經(jīng)很好的驗(yàn)證了上述觀點(diǎn)。同時(shí)，我們可以想象，隨著3D打印材料類型的日益擴(kuò)充、對(duì)產(chǎn)品性能控制能力的增強(qiáng)以及打印精度和體積的提升，Shapeways和Quirky這類公司的業(yè)務(wù)范圍將不再局限于“中看不中用”的塑料工藝品和結(jié)構(gòu)件。

2、3D打印在全球迅猛發(fā)展

在2008年開始的本輪全球金融危機(jī)當(dāng)中，歐美國(guó)家普遍意識(shí)到以服務(wù)業(yè)作為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的空心經(jīng)濟(jì)在面對(duì)經(jīng)濟(jì)周期波動(dòng)時(shí)的脆弱性。同時(shí)，新興國(guó)家的成本優(yōu)勢(shì)又使得發(fā)達(dá)國(guó)家在傳統(tǒng)制造業(yè)上不再有競(jìng)爭(zhēng)力。因此，結(jié)合自身技術(shù)領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)，發(fā)達(dá)國(guó)家普遍將目光投向以ICT技術(shù)、新材料技術(shù)、高精密機(jī)電技術(shù)和高端裝備技術(shù)為代表的先進(jìn)制造業(yè)，希望以前瞻布局和技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)未來(lái)制造業(yè)的高端環(huán)節(jié)，繼續(xù)保持在全球經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)地位。而3D打印作為一種具有全新稟賦的制造技術(shù)，被各國(guó)政府寄予厚望，成為發(fā)達(dá)國(guó)家振興本國(guó)制造業(yè)的“救命稻草”之一。

“重振美國(guó)制造業(yè)計(jì)劃”將3D打印作為首個(gè)振興美國(guó)制造業(yè)的支撐技術(shù)。2012年8月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬撥款3000萬(wàn)美元，在俄亥俄州建立了國(guó)家級(jí)3D打印研究中心，并計(jì)劃第一步投入5億美元用于3D打印，以確保美國(guó)制造業(yè)不繼續(xù)轉(zhuǎn)移到中國(guó)和印度。該計(jì)劃是3D打印第一次得到國(guó)家層面的重視和支持。

美國(guó)率先拉開制造業(yè)變革序幕。2012年10月，全球3D打印服務(wù)的代表企業(yè)Shapeways進(jìn)行業(yè)務(wù)擴(kuò)充，位于紐約皇后區(qū)的“未來(lái)工廠”投入運(yùn)營(yíng)。“未來(lái)工廠”里的機(jī)器，就是50臺(tái)工業(yè)3D打印機(jī)，通過(guò)Facebook和Twitter等社會(huì)媒體，接受客戶的各種產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)方案，并在數(shù)天內(nèi)完成產(chǎn)品的打印生產(chǎn)，然后寄送給客戶。同時(shí)，該公司還為商家和設(shè)計(jì)者設(shè)立平臺(tái)，使他們可以利用公司的3D打印機(jī)生產(chǎn)并銷售自己設(shè)計(jì)或收集的產(chǎn)品，目前該公司已有近15萬(wàn)個(gè)平臺(tái)會(huì)員，6000余名設(shè)計(jì)者，至2012年6月20日，已打印了100多萬(wàn)個(gè)3D產(chǎn)品。成為以3D打印機(jī)作為生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)營(yíng)典范。

歐洲借助重點(diǎn)應(yīng)用引導(dǎo)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展。歐洲的3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展在尖端領(lǐng)域，主要由航空航天項(xiàng)目引領(lǐng)突破，如歐盟第六框架項(xiàng)目航空航天組件快速制造等；而在普及應(yīng)用環(huán)節(jié)則借助每年一度的法蘭克福模具展這一平臺(tái)，聚集全球領(lǐng)先的快速成型技術(shù)，達(dá)到了很高的技術(shù)專業(yè)性和經(jīng)濟(jì)性。

歐洲的產(chǎn)業(yè)組織力度較強(qiáng)。著名的大型合作項(xiàng)目包括英國(guó)的增材制造創(chuàng)新中心、歐盟第六框架項(xiàng)目大航空航天組件快速生產(chǎn)Rapo-lac（RapidProductionofLargeAerospaceCompo-nents）、全程專注航空航天的SMD（Shaped?MetalDeposition）技術(shù)等。同時(shí)，歐洲工業(yè)界也主動(dòng)組織形成3D打印產(chǎn)業(yè)群，開發(fā)3D打印的市場(chǎng)。一度形成原始創(chuàng)新技術(shù)源于美國(guó)，但其后的研發(fā)和應(yīng)用及商業(yè)化卻是由歐盟等國(guó)家完成的局面。

我國(guó)3D打印技術(shù)研發(fā)起步較早，但早期投入力度不足。最先進(jìn)行3D打印技術(shù)研究的是清華大學(xué)的顏永年教授，并在20世紀(jì)90年代初將3D打印的理念積極引入我國(guó)。隨后，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)與北京隆源自動(dòng)成型系統(tǒng)有限公司，以技術(shù)引進(jìn)為主，迅速形成了國(guó)內(nèi)“三校一企”的3D打印研究陣營(yíng)。隨后，由于受到科研經(jīng)費(fèi)短缺，以及產(chǎn)業(yè)化規(guī)模提升乏力的制約，我國(guó)3D打印技術(shù)的研發(fā)進(jìn)入低潮期。

目前，我國(guó)3D打印企業(yè)在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)、軍工市場(chǎng)和企業(yè)市場(chǎng)均有所建樹。與顏永年教授有著緊密關(guān)系的北京太爾時(shí)代目前在全球消費(fèi)級(jí)3D打印市場(chǎng)占有一席之地，其產(chǎn)品UP！獲得美國(guó)《MAKE》雜志的“年度最佳3D打印機(jī)”稱號(hào)；北京航空航天大學(xué)的王華明教授及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)的鈦合金激光成型技術(shù)達(dá)到全球先進(jìn)水平，在我國(guó)航空及軍工領(lǐng)域獲得應(yīng)用；而湖南華曙高科的許小曙博士將源自于3D?Systems公司的成套技術(shù)和理念引入國(guó)內(nèi)，在企業(yè)級(jí)市場(chǎng)占有統(tǒng)治地位。

3、3D打印與第三次工業(yè)革命

由于傳統(tǒng)制造業(yè)面臨自然資源、化石能源和生態(tài)環(huán)境的多方面制約，發(fā)展前景屢遭唱衰?；ヂ?lián)網(wǎng)普及和物質(zhì)豐富在持續(xù)推動(dòng)人類物質(zhì)文化消費(fèi)由同質(zhì)化向多樣化、個(gè)性化轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)集約生產(chǎn)、批量制造的工業(yè)模式已經(jīng)逐漸達(dá)到發(fā)展極限。以新一代信息技術(shù)為引領(lǐng)，新能源、新材料、新機(jī)械技術(shù)為支撐的第三次工業(yè)革命正在開始萌芽，未來(lái)分布式的制造業(yè)和眾包式的服務(wù)業(yè)將成為人類社會(huì)化生產(chǎn)的主要形態(tài)，而3D打印正在此時(shí)拉開了制造業(yè)變革的序幕。

傳統(tǒng)工業(yè)模式的極限已經(jīng)來(lái)臨。第二次工業(yè)革命是以石油和其他化石能源為基礎(chǔ)逐步發(fā)展起來(lái)，業(yè)界預(yù)計(jì)石油能源在2010～2020年全球石油產(chǎn)量將達(dá)到峰值，然后在100～200年內(nèi)逐步退出主要能源的舞臺(tái)。近200年來(lái)，燃燒煤炭、石油、天然氣推動(dòng)了人類的工業(yè)化進(jìn)程，向地球大氣中排放了大量的二氧化碳，使地球生態(tài)系統(tǒng)找到極大破壞。各類有機(jī)物、金屬污染更是使得地球環(huán)境變的對(duì)生物愈發(fā)的不友好。因此，我們預(yù)計(jì)以化石能源為基礎(chǔ)的工業(yè)運(yùn)行體系將逐漸崩塌。

新能源成為未來(lái)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇，分布式生產(chǎn)將取代集約生產(chǎn)。在上述背景之下，可再生、清潔的新能源就成為了傳統(tǒng)能源的必然替代品。2009年以來(lái)，各國(guó)均大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，風(fēng)電、光伏裝機(jī)量大幅上揚(yáng)，同時(shí)上網(wǎng)電價(jià)與火電也在不斷接近，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿桶l(fā)展前景。而新能源分布式產(chǎn)出的特點(diǎn)，決定其無(wú)法像化石能源那樣支撐傳統(tǒng)制造業(yè)的集約生產(chǎn)方式。因此，未來(lái)的制造業(yè)將必然是分布式的。在3D打印技術(shù)作為支撐的基礎(chǔ)上，全球化的分工協(xié)作將從制造環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到研發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)——最終形成設(shè)計(jì)模型后，轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品將是任何一處工廠皆可完成的任務(wù)，向規(guī)模求效益的模式將不復(fù)存在。

批量生產(chǎn)模式難以滿足日益?zhèn)€性化的用戶需求，需求導(dǎo)向的社會(huì)化生產(chǎn)將更具優(yōu)勢(shì)。從新經(jīng)濟(jì)角度，3D打印的“制造+服務(wù)”模式會(huì)改變?nèi)祟惉F(xiàn)有的生活方式。在新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程中，通過(guò)持續(xù)的科技創(chuàng)新和勞動(dòng)力水平提升，面向人們基本生存需要的農(nóng)業(yè)和制造業(yè)的占比日益降低，以滿足人類更高層次需求為目的的服務(wù)業(yè)愈發(fā)重要。隨著生產(chǎn)力水平的提升，人們開始在集約生產(chǎn)帶來(lái)的同質(zhì)化消費(fèi)之上追求更高層次的個(gè)性化、定制化。新媒體、社交網(wǎng)絡(luò)滿足了人類在精神層面的個(gè)性化需求，而3D打印正是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)個(gè)性化的最佳解決方案。

4、3D打印給中國(guó)制造業(yè)帶來(lái)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

3D打印機(jī)是未來(lái)制造業(yè)的重要組成部分，正如PC之于信息行業(yè)。對(duì)比信息行業(yè)的發(fā)展歷程，工業(yè)用快速成型機(jī)相當(dāng)于20世紀(jì)60年代的專用和大型計(jì)算機(jī)，而民用3D打印機(jī)則是20世紀(jì)70年代的個(gè)人PC和蘋果臺(tái)型計(jì)算機(jī)。目前，3D打印產(chǎn)業(yè)剛進(jìn)入成長(zhǎng)期不久，全球競(jìng)爭(zhēng)剛剛拉開序幕。我國(guó)在技術(shù)水平與國(guó)外相比落后不多，具有極大的趕超可能。同時(shí)，智能軟件、新材料、智能機(jī)器人、新的制造方法將形成合力，產(chǎn)生足以改變經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)程的巨大力量。

3D打印將顛覆我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)。目前，傳統(tǒng)制造業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的核心之一。面對(duì)第三次工業(yè)革命的沖擊，任何試圖以傳統(tǒng)生產(chǎn)方式與新技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的行為都將是徒勞的。我國(guó)制造業(yè)企業(yè)必須加深對(duì)即將到來(lái)的產(chǎn)業(yè)革命的認(rèn)識(shí)，積極應(yīng)對(duì)新技術(shù)的挑戰(zhàn)。包括認(rèn)識(shí)到3D打印對(duì)產(chǎn)品研發(fā)的重要提升作用、對(duì)產(chǎn)品性能的優(yōu)化作用、開放式設(shè)計(jì)、定制化生產(chǎn)等的可能性。應(yīng)當(dāng)指出，在第三次工業(yè)革命逐漸滲透的過(guò)程中，企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的構(gòu)建重心將發(fā)生轉(zhuǎn)移。人力資源和自然資源的價(jià)格對(duì)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的影響將大幅減弱，商業(yè)模式和業(yè)態(tài)創(chuàng)新能力、對(duì)市場(chǎng)需求的理解和產(chǎn)業(yè)組織能力更應(yīng)被著重強(qiáng)調(diào)。

3D打印技術(shù)將在我國(guó)若干領(lǐng)域的深入應(yīng)用中形成原創(chuàng)產(chǎn)業(yè)。3D打印作為一種顛覆性的技術(shù)，其顛覆性不僅體現(xiàn)在對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的提升中，并且在一些新興領(lǐng)域中將形成一批全新的原創(chuàng)產(chǎn)業(yè)。如目前一些機(jī)構(gòu)正在研發(fā)的皮膚打印技術(shù)，由于皮膚相比于人體其它器官，其結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，可再生性更強(qiáng)，因此，預(yù)計(jì)將更早走向廣泛應(yīng)用。如果該技術(shù)能夠普及，那么傳統(tǒng)的抗衰老、植皮技術(shù)和美容技術(shù)將被完全顛覆，其它還包括3D打印服務(wù)和設(shè)計(jì)平臺(tái)，如個(gè)人消費(fèi)品的個(gè)性化定制等領(lǐng)域也將完全重構(gòu)，形成一批新的原創(chuàng)產(chǎn)業(yè)。