《新產(chǎn)經(jīng)》傳媒產(chǎn)業(yè)與金融研究所

 

1 3D 打印的產(chǎn)業(yè)背景

制造業(yè)回流意指跨國公司將制造業(yè)投資和生產(chǎn)能力從海外向國內(nèi)轉(zhuǎn)移的一種現(xiàn)象，它既包括把海外的工廠遷移回國，也包括在國內(nèi)建設(shè)工廠，取代在海外建廠或采購的計(jì)劃。再工業(yè)化是指重新重視和發(fā)展工業(yè)，包括改造提升現(xiàn)有工業(yè)和發(fā)展新工業(yè)的過程。20 世紀(jì)五六十年代到金融危機(jī)發(fā)生前，美歐各國經(jīng)歷了一次“去工業(yè)化”過程。彼時(shí)，美歐國家人力成本和用地成本偏高，普遍重視高附加值的產(chǎn)業(yè)，如高新技術(shù)研發(fā)和金融服務(wù)業(yè)，制造業(yè)就業(yè)和產(chǎn)出比重持續(xù)降低，制造業(yè)同時(shí)向新興工業(yè)化國家轉(zhuǎn)移，形成了產(chǎn)品研發(fā)在美國，零部件生產(chǎn)和組裝環(huán)節(jié)在日本、亞洲四小龍、中國和印度的國際分工體系。其帶來的結(jié)果是，美歐各國在汽車、消費(fèi)類電子和鋼鐵等傳統(tǒng)優(yōu)勢制造業(yè)領(lǐng)域的優(yōu)勢逐步喪失，大量投資轉(zhuǎn)向海外。金融危機(jī)發(fā)生后，金融業(yè)固有的脆弱性和系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)，使歐美各國意識到著重依靠第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展的策略的錯誤性。經(jīng)濟(jì)的衰退伴隨著嚴(yán)重的失業(yè)，2010 年美國制造業(yè)就業(yè)人數(shù)僅為總就業(yè)人數(shù)不足10%，制造業(yè)從業(yè)人員減少成為失業(yè)率高企的主要原因。

在上述背景下，美國政府依靠減稅、降低能源成本、削弱工會權(quán)力和加強(qiáng)職業(yè)教育等措施克服制造業(yè)發(fā)展的制約因素，以提升制造業(yè)，重啟經(jīng)濟(jì)發(fā)展動力。以美國為代表的西方發(fā)達(dá)國家，積極引導(dǎo)制造業(yè)回流，實(shí)施“再工業(yè)化戰(zhàn)略”，3D 打印產(chǎn)業(yè)因其高新技術(shù)屬性、技術(shù)擴(kuò)散效應(yīng)以及帶動諸多產(chǎn)業(yè)發(fā)展等因素而受到重視。此外，3D 打印產(chǎn)業(yè)鏈的整合發(fā)展，能順理成章地與制造業(yè)相結(jié)合，吸收更多就業(yè)，增加出口，吸引資本回流，凡此種種，發(fā)展3D 打印產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在成為了實(shí)施再工業(yè)化戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。

更需要關(guān)注的是，全球制造業(yè)的趨勢正在從關(guān)注勞動力成本轉(zhuǎn)為關(guān)注高技術(shù)、高附加值的創(chuàng)新，這意味著一些制造業(yè)可以遠(yuǎn)離低成本勞動力聚集地，重返更靠近消費(fèi)者的地方。

 

《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》認(rèn)為第三次工業(yè)革命以互聯(lián)網(wǎng)、新材料和新能源為基礎(chǔ)，核心是“數(shù)字化智能制造”，人們按照自己的意愿設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品成為可能，自工業(yè)化時(shí)代即將到來。所謂自工業(yè)化是指消費(fèi)者按照個(gè)人喜好生產(chǎn)所需用品，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)由工廠到家庭的演變。這其中，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造等工序，消費(fèi)者可以自行完成，也可以通過網(wǎng)絡(luò)平臺尋找專業(yè)人士代辦。優(yōu)秀的產(chǎn)品創(chuàng)意還可以打包為商品放置在網(wǎng)絡(luò)平臺出售，形成商業(yè)模式。

工業(yè)生產(chǎn)方式的變革與消費(fèi)者行為存在交互影響，消費(fèi)需求的轉(zhuǎn)變往往能推動工業(yè)的創(chuàng)新變革，而工業(yè)生產(chǎn)方式根本轉(zhuǎn)變之后又反過來使消費(fèi)習(xí)慣固定。近年來，國外消費(fèi)者個(gè)性化定制的訴求日益強(qiáng)化，現(xiàn)代工業(yè)流水線生產(chǎn)模式引以為傲的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品越來越難調(diào)眾味。3D 打印這種基于網(wǎng)絡(luò)平臺，以3D 打印機(jī)為生產(chǎn)終端的技術(shù)，恰恰能滿足大眾（特別是不具備產(chǎn)品開發(fā)能力的消費(fèi)者）的多樣化需求。下一步，也是西方國家正在做的事情，通過傳媒宣傳、體驗(yàn)館展示在消費(fèi)者群體中推廣新技術(shù)，影響消費(fèi)者選擇，使3D 打印加速形成新興產(chǎn)業(yè)。

 

3D 打印機(jī)制造早在20 世紀(jì)80 年代已經(jīng)存在，當(dāng)時(shí)的設(shè)備和耗材都非常昂貴，所以它只應(yīng)用于模具開發(fā)、原型設(shè)計(jì)等工業(yè)上游環(huán)節(jié)。在90 年代，它的價(jià)格一度高達(dá)數(shù)百萬美元。而在2000 年初，其價(jià)格降至一到二萬美元。到了現(xiàn)在，你甚至可以僅用數(shù)千美元或者數(shù)千人民幣購買一臺3D 打印機(jī)。3D 打印機(jī)成本的快速下降，使得3D 打印機(jī)的銷售實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，這歸功于開源硬件運(yùn)動推動。開源硬件，指與自由和開放源碼軟件相同方式設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)和電子硬件。開源硬件開始考慮對軟件以外的領(lǐng)域開源。這個(gè)詞主要是用來反映自由釋放詳細(xì)信息的硬件設(shè)計(jì)，如電路圖、材料清單和電路板布局?jǐn)?shù)據(jù)，通常使用開源軟件來驅(qū)動硬件。共享邏輯設(shè)計(jì)連同可編程邏輯器件之重構(gòu)，也是一種形式的開源硬件。對于3D 打印機(jī)來說，開源硬件Arduino 是其價(jià)格迅速下降的主要原因。這是一款由5 個(gè)國際工程師研發(fā)的電子原型平臺，該平臺包括一片具備簡單I/O功效的電路板以及一套程序開發(fā)環(huán)境。它為3D 打印機(jī)提供了一個(gè)便宜而又強(qiáng)大的方案，加上其他開源技術(shù)的配合，3D 打印機(jī)的生產(chǎn)門檻越來越低。值得一提的是，Reprap 是最早使用Arduino 作為控制方案的3D 打印機(jī)，所以大多數(shù)以它為“藍(lán)本”的改進(jìn)產(chǎn)品也是采用Arduino 作為主控設(shè)備的。其它影響較大的3D打印機(jī)開源項(xiàng)目還有MakerBot、CandyFab、Fab@Home 等。目前國內(nèi)市面出售的桌面3D 打印機(jī)也多是依靠MakerBot、Reprap 的開源系統(tǒng)，進(jìn)行改進(jìn)后制造生產(chǎn)。

 

全球3D 打印設(shè)備銷售在2007 年已達(dá)到4930 臺，到2010 年全球市場規(guī)模達(dá)13.25 億美元，其中服務(wù)收入6.51 億美元，美國保有量占比38.3%。根據(jù)跟蹤3D 打印產(chǎn)業(yè)多年的美國Wohlers 公司2011 的調(diào)查結(jié)果，全球3D 打印產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值在1988～2010 年間保持著26.4%的年均增長速度。2011 年全球3D 打印技術(shù)的銷售額為17.14 億美元，年增長率為29.1%。

美國3D 打印龍頭3D Systems 公司2013 年Q1 財(cái)報(bào)顯示，其每股盈利同比增長24%，連續(xù)第七個(gè)季度實(shí)現(xiàn)每股盈利的兩位數(shù)增長，預(yù)期全年盈利1.05-1.2美元/股；Q1 主營收入1.02 億美元，同比增長31%，相當(dāng)于2011 年全年?duì)I業(yè)收入的三分之一2，全年?duì)I收預(yù)期將達(dá)到4.6 億-5.1億美元。僅3D 打印機(jī)的銷售收入就勁增61%，達(dá)到3970 萬美元。

 

 

（圖片來源：光大證券。）

 

另外一方面，3D 打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域正在逐步拓展，已成為現(xiàn)代模型、模具和零件制造的強(qiáng)有力手段；在航空航天、汽車摩托車、家電、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，應(yīng)用也日益廣泛；在個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域，從服飾到家用電器零部件，3D 打印也正在改變普通家庭的生活方式，在美國和德國等地家庭中甚至已出現(xiàn)水龍頭損壞采用桌面3D 打印機(jī)即打替換的情況。

花旗銀行最新發(fā)布了一份研究報(bào)告3，將3D 打印產(chǎn)業(yè)視作將改變世界的十大技術(shù)發(fā)明,并預(yù)計(jì)3D 打印產(chǎn)業(yè)將在航天、整形等高附加值、小體量的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域率先爆發(fā)。專業(yè)研究機(jī)構(gòu)Wohlers 發(fā)布的報(bào)告預(yù)期，3D 打印產(chǎn)業(yè)未來仍將持續(xù)較快地增長，到2015 年，包含設(shè)備制造和服務(wù)在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到31 億美元，2019 年將超越65 億美元。

 

當(dāng)前以美國為代表的發(fā)達(dá)國家高度重視3D 打印技術(shù)的發(fā)展。近年來奧巴馬政府視人工智能、3D 打印、機(jī)器人為重振美國制造業(yè)的三大支柱，其中3D 打印是第一個(gè)得到政府扶持的產(chǎn)業(yè)。2012 年8 月美國國防部、能源部和商務(wù)部等5家政府部門宣布，共同出資4500 萬美元，首筆資金為3000 萬美元，由俄亥俄州、賓夕法尼亞州和西弗吉尼亞州的企業(yè)、學(xué)校和非營利性組織組成的聯(lián)合團(tuán)體出資4000 萬美元，在俄亥俄州建立一所由政府部門和私營部門共同出資的制造業(yè)創(chuàng)新研究所，加強(qiáng)研發(fā)3D 打印技術(shù)。

除美國外，其他國家也在不斷加強(qiáng)3D 打印技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用。歐洲十分重視對3D 打印技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，目前已能打印住房、骨骼，并能夠直接利用月球土壤進(jìn)行打印。澳大利亞近期制定了金屬3D 打印技術(shù)路線；南非正在扶持基于激光的大型3D 打印機(jī)器的開發(fā)；日本著力推動3D 打印技術(shù)的推廣應(yīng)用；新加坡已批準(zhǔn)在2013 年撥付5 億美元的財(cái)政資金用于3D 打印產(chǎn)業(yè)的建設(shè)。

全球性的政府重視和政策助力，必將使3D 打印的科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，躍

上新的臺階。

制造業(yè)的發(fā)展已不再是生產(chǎn)至上，同時(shí)向設(shè)計(jì)、銷售、服務(wù)等產(chǎn)業(yè)鏈的上下游擴(kuò)展。我國長期以來一直處在國際制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的中低端，成為國際商品的“加工廠”，出口商品也被深深的打上“中國制造”的烙印。發(fā)展3D 打印產(chǎn)業(yè)，可以提升我國工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平，提高工業(yè)設(shè)計(jì)能力。一些好的設(shè)計(jì)理念，無論其結(jié)構(gòu)和工藝多么復(fù)雜，均可利用3D 打印技術(shù)，短時(shí)間內(nèi)制造出來，從而極大地促進(jìn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，有效克服我國工業(yè)設(shè)計(jì)能力薄弱的問題，實(shí)現(xiàn)“中

國智造”的華麗轉(zhuǎn)身。根據(jù)“微笑曲線”理論，產(chǎn)品的附加值更多體現(xiàn)在兩端，即設(shè)計(jì)和銷售，處于中間環(huán)節(jié)的制造的附加值最低。但是在高精尖制造業(yè)領(lǐng)域，卻呈現(xiàn)出“倒微笑曲線”，即高附加值主要來自于高度自動化、精益化的制造環(huán)節(jié)，研發(fā)和營銷的附加值屈居其次。二者疊加形成“元寶曲線”，實(shí)現(xiàn)了集成專業(yè)化和制造專業(yè)化的價(jià)值共生，使得企業(yè)盈利模式多樣化，盈利點(diǎn)和價(jià)值分布點(diǎn)增多，通過相關(guān)業(yè)務(wù)之間的協(xié)同，能夠?qū)崿F(xiàn)“1+1>2”的目標(biāo)。

 

 

圖1-2 “元寶曲線”示意圖

 

1.2.2 經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇態(tài)勢明顯，制造業(yè)升溫

2011 年，我國模具、零部件、文教體育用品、工藝美術(shù)品、紡織服裝、化學(xué)纖維、橡膠、塑料制品、家具等產(chǎn)值超過7 萬億元。即使只有10%的產(chǎn)業(yè)被3D打印替代或者補(bǔ)充生產(chǎn)，也將形成萬億級的3D 打印市場規(guī)模。

同時(shí)，按照國家“十二五”規(guī)劃方向，我國將重點(diǎn)發(fā)展航空航天制造、船舶及海洋裝備、清潔能源發(fā)電設(shè)備制造、汽車、鐵路和軌道交通機(jī)車等行業(yè)，到2015 年，我國高端裝備制造業(yè)銷售收入將從2010 年的1.6 萬億元增長到6 萬億元以上。預(yù)計(jì)十二五期間激光快速成形技術(shù)僅在大型鑄鍛件和鈦合金制造領(lǐng)域就有可能達(dá)到萬億級規(guī)模。而航空航天等高端裝備業(yè)正是3D 打印技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，也是產(chǎn)值增長速度最快的領(lǐng)域。

 

科技部近日公布了《國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃、國家科技支撐計(jì)劃制造領(lǐng)域2014 年度備選項(xiàng)目征集指南》，在全球范圍內(nèi)引發(fā)熱潮的3D 打印產(chǎn)業(yè)首次入選。分析人士表示，這體現(xiàn)出國家層面的重視程度，國內(nèi)的3D 打印產(chǎn)業(yè)將迎來快速發(fā)展期。該《指南》中提到，要突破3D 打印制造技術(shù)中的核心關(guān)鍵技術(shù)，研制重點(diǎn)裝備產(chǎn)品，并在相關(guān)領(lǐng)域開展驗(yàn)證，初步具備開展全面推廣應(yīng)用的技術(shù)、裝備和產(chǎn)業(yè)化條件。其中涉及到航空航天大型零件激光熔化成型裝備研制及應(yīng)用、面向復(fù)雜零部件模具制造的大型激光燒結(jié)成型裝備研制及應(yīng)用、面向材料結(jié)構(gòu)一體化復(fù)雜零部件高溫高壓擴(kuò)散連接設(shè)備研制與應(yīng)用、基于3D 打印制造技術(shù)的家電行業(yè)個(gè)性化定制關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用示范等4個(gè)研究方向，共撥付不超過4000萬研究資金。

工信部也表示，將組織研究制定增材制造技術(shù)路線圖、增材制造業(yè)中長期發(fā)展戰(zhàn)略，并推動完善增材制造技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)制訂。此外，將加大財(cái)稅政策引導(dǎo)力度，加大對增材制造技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的支持力度，研究制定支持增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的專項(xiàng)財(cái)稅政策，還將適時(shí)籌建增材制造行業(yè)組織，積極組織行業(yè)力量開展產(chǎn)業(yè)政策研究，推動增材制造技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

 

1.2.4 地方政府積極推動

地方政府層面，3D 打印發(fā)展已被湖南、湖北等省列入政府工作報(bào)告；南京正在建設(shè)3D 打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟總部基地；合肥聯(lián)手國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)，建設(shè)3D 打印與激光再制造先進(jìn)技術(shù)研究中心；武漢、昆山等地積極籌劃成立3D 打印產(chǎn)業(yè)園；成都市政府更是大手筆，計(jì)劃出資5 億，與中國3D 打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟聯(lián)手建設(shè)3D 打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心；與深圳毗鄰的東莞，致力通過3D 打印，重塑制造業(yè)中心城市的新活力，計(jì)劃在天安數(shù)碼城成立3D 打印產(chǎn)業(yè)基地，在松山湖華科產(chǎn)業(yè)孵化園落成3D 打印產(chǎn)業(yè)園區(qū)，并且在加速出臺行業(yè)相關(guān)的金融、公共技術(shù)平臺、人才支持等配套措施。3D 打印產(chǎn)業(yè)與技術(shù)峰會也成為競爭焦點(diǎn)：4 月25 日，東莞舉辦“3D 打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化論壇”，邀請到國際3D 打印巨頭美國Stratasys 公司專家主講，場面火爆，容納兩三百人的講堂擠滿五六百人。5 月9 日，上海舉辦“CSITF2013 增材制造技術(shù)全球高峰論壇”，商務(wù)部、科技部、國家知識產(chǎn)權(quán)局與上海市政府共襄盛舉，業(yè)界反應(yīng)優(yōu)良。5 月28-29 日，深圳舉辦3D 打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展與應(yīng)用技術(shù)路徑峰會，深入探討3D 打印的產(chǎn)業(yè)化對策。5 月29-31 日，北京也舉辦2013 世界3D 打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會，邀集國際知名的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，論道3D 打印行業(yè)發(fā)展。這一系列行動的內(nèi)在邏輯在于，致力產(chǎn)業(yè)升級和謀求創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)突破的各路地方勢力，眼光都盯住了富有前景的3D 打印產(chǎn)業(yè)。

 

2.1.1 3D 打印定義

3D 打印技術(shù)是指通過連續(xù)的物理層疊加，逐層增加材料來生成三維實(shí)體的技術(shù)，與傳統(tǒng)的去除材料加工技術(shù)不同，因此又稱為增材制造（AM，Additive Manufacturing）。作為一種綜合性應(yīng)用技術(shù)，3D 打印綜合了數(shù)字建模技術(shù)、機(jī)電控制技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)與化學(xué)等諸多方面的前沿技術(shù)知識，具有很高的科技含量。3D 打印機(jī)是3D 打印的核心裝備。它是集機(jī)械、控制及計(jì)算機(jī)技術(shù)等為一體的復(fù)雜機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由高精度機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)和成型環(huán)境等子系統(tǒng)組成。此外，新型打印材料、打印工藝、設(shè)計(jì)與控制軟件等也是3D 打印技術(shù)體系的重要組成部分。

 

3D 打印的過程：

第一步，三維設(shè)計(jì)。一種方式是通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）或計(jì)算機(jī)動畫建模軟件建模，將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印，文件格式為STL。另一種方式是通過三維掃描儀產(chǎn)生三維文件，通常為VRML 和WRL 文件格式，作為全彩打印的輸入文件。三維掃描儀價(jià)格昂貴，采用第二種方式成本高。

第二步，打印。打印機(jī)通過讀取文件中的橫截面信息，選擇液體狀、粉狀或片狀的匹配材料，將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個(gè)實(shí)體。

 

圖2-1 3D 打印簡化流程圖

 

專利申請是技術(shù)創(chuàng)新成果的主要衡量指標(biāo)，截至2013 年1 月24 日，全球3D（增材制造）相關(guān)專利數(shù)量達(dá)到2444 個(gè)專利族，主要專利集中在美國、德國、瑞士等發(fā)達(dá)國家。

 

表2-1 3D 打印專利持有前十名公司

（數(shù)據(jù)來源：上海科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所。）

 

國際3D(增材制造)技術(shù)自上世紀(jì)80 年代中后期開始穩(wěn)定發(fā)展，在2004 年之前以較快幅度攀升，之后便呈現(xiàn)出專利量基本穩(wěn)定甚至略為減少的態(tài)勢，相關(guān)專利的申請量和公開量分別在2007 年（251個(gè)專利族）和2008 年（219個(gè)專利族）達(dá)到波峰。目前正進(jìn)入第三階段技術(shù)成熟期，專利申請數(shù)量和申請人數(shù)量趨于穩(wěn)定甚至有開始減少的趨勢，產(chǎn)業(yè)進(jìn)入壁壘提高。塑料成型是增材制造中發(fā)展最快、專利申請最為集中的技術(shù)領(lǐng)域，但近年開始出現(xiàn)回落。在優(yōu)先權(quán)專利地域分布上，美國、日本和德國位列前三。

 

圖2-2 1986-2011 年3D 打印專利申請量

 

圖2-3 全球3D 打印優(yōu)先權(quán)專利分布

 

2.3.1 按產(chǎn)品應(yīng)用范圍劃分

按產(chǎn)品應(yīng)用范圍劃分，3D 打印主要分為工業(yè)級和民用級。其中，民用級也通常被稱為桌面級。工業(yè)級的3D 打印機(jī)精度很高，不僅可以打印塑料和樹脂，還可以打印金屬和高分子材料，能夠生產(chǎn)航空航天所需的部件、醫(yī)用人造牙齒和關(guān)節(jié)等，甚至包括人造器官。但是缺點(diǎn)在于設(shè)備價(jià)格高昂，每臺達(dá)數(shù)十萬美元，難以大規(guī)模推廣。現(xiàn)階段工業(yè)級3D 打印以提供打印服務(wù)為主要業(yè)務(wù)。

在桌面級市場，3D 打印技術(shù)的精度僅為毫米級，所使用的材料通常為塑料，只能用來制造模型、玩具以及動漫等創(chuàng)意產(chǎn)品。但是由于桌面級3D 打印機(jī)的技術(shù)突破，價(jià)格可以為多數(shù)消費(fèi)者接受，加之體積小，適合家用，3D 打印機(jī)的銷售迅速提升。

 

 

表2-2 工業(yè)級、桌面級主要3D 打印設(shè)備制造公司

 

 

事實(shí)上，工業(yè)級和桌面級的分類并非嚴(yán)格界定。工業(yè)級3D 打印設(shè)備制造商

和桌面級3D 打印設(shè)備制造商之間往往有業(yè)務(wù)重疊。

 

2.3.2 按成型技術(shù)劃分

按成型技術(shù)和工藝的不同，3D 打印可以分為噴射式、顆粒式、薄片疊加式和光聚合式四類，四類成型工藝又可以分別細(xì)分（見表2-3）。當(dāng)前在商業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)是立體光刻成型技術(shù)（SLA）、熔融沉積成型技術(shù)（FDM）和選擇性激光燒結(jié)成型技術(shù)（SLS）三種。

 

表2-3 3D 打印成型技術(shù)

 

 

3.3.2.1 立體光刻成型技術(shù)（SLA）

定義

立體光刻工藝在快速成型技術(shù)中最早商品化，也是現(xiàn)在最為成熟、應(yīng)用最廣泛，占市場份額最大的工藝。立體光刻又叫做光固化成形，它是快速成形原理與光固化機(jī)理相結(jié)合，在現(xiàn)代激光技術(shù)、數(shù)控以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的輔助下而發(fā)展起來的。

 

2.3.2.2 熔融沉積成型技術(shù)（FDM）

定義

熔融沉積成型技術(shù)，又稱為熔絲沉積法或絲狀材料選擇性熔覆。噴頭沿零件截面輪廓與填充軌跡運(yùn)動（CAD 控制路徑），擠出熔化材料并迅速固化，逐層成型，后層需前層支撐與定位。

 

2.3.2.3 選擇性激光燒結(jié)（SLS）

定義

選擇性激光燒結(jié)法采用紅外激光器作能源，使用的造型材料多為粉末材料。目前成熟的工藝材料為蠟粉及塑料粉，用金屬粉或陶瓷粉進(jìn)行燒結(jié)的工藝還在研究之中。

 

2.4.1 技術(shù)優(yōu)勢

2.4.1.1 節(jié)約成本

首先，3D 打印節(jié)省材料，用料只有原來的1/3 到1/2，打印速度快4倍。同時(shí)由于層層堆積打印，省去邊角切割，不會產(chǎn)生廢料，材料利用達(dá)到100%。同時(shí)，制造成本與產(chǎn)品的復(fù)雜程度無關(guān)，制造過程不產(chǎn)生廢棄物，提高材料利用率。其次，3D 打印節(jié)省人工，對人工技能要求低，通過分層制造實(shí)現(xiàn)，減少組裝環(huán)節(jié)，也相應(yīng)減少用工需求。

 

2.4.1.2 滿足個(gè)性化需求,實(shí)現(xiàn)社會化制造

3D 打印能實(shí)現(xiàn)不同材料的組合，并且應(yīng)用范圍廣闊，生產(chǎn)產(chǎn)品多樣化。打印機(jī)占用空間小，打印物品不受自身大小限制。用戶可以選擇不同的3D 打印機(jī)和匹配的材料，通過三維模型設(shè)計(jì)，制造自己需要的物件。消費(fèi)者可以將需求直接轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，即“從想法到產(chǎn)品”，并使得任何人都能通過社會媒體和眾包等形式參與設(shè)計(jì)、改進(jìn)、宣傳、推廣、營銷等過程，并可以分享其產(chǎn)品的利潤。

 

2.4.1.3 柔性供應(yīng)鏈

3D 打印個(gè)性化制造的特點(diǎn)，決定其不局限于批量訂單生產(chǎn)，收益不受規(guī)模效應(yīng)的影響。企業(yè)接到訂單后，可以隨時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)，零時(shí)間交付，按需生產(chǎn)，減少庫存。

 

以目前商業(yè)推廣的范圍預(yù)測，3D 打印主要應(yīng)用在航空航天、軍工產(chǎn)品、汽車和摩托車、電子產(chǎn)品、生物醫(yī)療、珠寶制造、電影游戲動漫、玩具和工藝品、食品和教育等十個(gè)領(lǐng)域,見表2--4。

 

表2-4 3D 打印應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用

 

 

 

盡管3D 打印在市場上有很高的關(guān)注度和熱度，但是行業(yè)巨頭Stratasys2012年?duì)I業(yè)額也僅為2.77 億美元，而且是Stratasys 收購以色列3D 打印巨頭Object之后的營業(yè)額，與傳統(tǒng)制造業(yè)相比差距極大。如通用電器公司（GE），2012 年僅利潤就達(dá)到161 億美元。借鑒個(gè)人電腦的普及過程，3D 打印行業(yè)需要有一批典型公司扮演領(lǐng)導(dǎo)者和推動者的角色。

第一階段：專業(yè)人員。在普及初期，大眾對于產(chǎn)品了解較少，產(chǎn)品推廣的動力主要來源于產(chǎn)品制造商對于未來前景的預(yù)期，技術(shù)也較為粗糙。產(chǎn)品的使用者多為專業(yè)人員。

第二階段：部分先鋒領(lǐng)域應(yīng)用。隨著產(chǎn)品的特性越來越多地被消費(fèi)者所了解，產(chǎn)品的銷路開始被打開。這時(shí)將會有新的競爭者加入，在競爭中技術(shù)的進(jìn)步速度進(jìn)一步加快。同時(shí)隨著產(chǎn)品市場的擴(kuò)大，產(chǎn)品上下游產(chǎn)業(yè)也將受到帶動。

第三階段：大規(guī)模推廣。消費(fèi)群體的爆發(fā)式增長是普及期的典型特征。接受產(chǎn)品的人數(shù)如病毒擴(kuò)散般呈現(xiàn)指數(shù)增長勢頭，研發(fā)銷售3D 打印機(jī)的公司，才能實(shí)現(xiàn)業(yè)績的飛速增長。

 

圖2-4 3D 打印機(jī)設(shè)備普及路徑

 

（圖片來源：莫尼塔，《3D 打印技術(shù)展望》。）