上海首家3D照相館內,顧客在觀看打印模型。CFP
  有預測認為,到2025年,3D打印技術潛在的經濟影響將達到2300億—2500億美元,將“引領第三次工業革命”。儘管不少科學家和經濟學家對此並不完全認同,但仍對這項新技術寄予厚望,期待3D打印技術能與其他數字化生產模式一起推動製造業的產業升級。
  將開啟“大規模產品定製的工業時代”
  中科院自動化研究所副研究員吳懷宇一直從事3D打印與3D智能數字化的相關研究,“其實,用3D製造來命名這項新技術更合適。”吳懷宇介紹,3D打印實際上是一種增材製造技術,以經過智能化處理後的3D數字模型為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等材料,通過分層加工、疊加成形的方式“逐層增加材料”來生成3D實體。
  “3D打印可以採用各種各樣的材料,比如塑料絲、金屬、沙子,甚至巧克力、人體乾細胞等,而且能形成任意複雜的中空鑲嵌形狀,所以是名副其實的‘萬能製造機’。”吳懷宇進一步解釋,3D打印有很多優勢,如簡化產品的製造程序、縮短產品的研製周期、提高效率並降低成本等。特別是在個性化定製需求強烈的領域,“比如修複性醫療領域,不存在標準的量化生產,假牙、假肢,甚至器官、骨骼等,都需要個性化定製,3D打印出的產品更能滿足病人的需求。”在他看來,3D打印技術將開啟“大規模產品定製的工業時代”。“在目前人工條件下,為一萬名用戶定製個性化的服裝,在工作量和成本上都難以實現。”吳懷宇說,一旦3D打印技術與智能雲計算技術完美融合,這一切就會成為可能。“3D打印大大縮短了製作時間,而‘雲’將單個產能有限的製造商集群起來,需要則‘合’,不需要則‘分’,自動平衡負載,既可以滿足項目需求,而且經濟靈活。”
  吳懷宇還提出,2014年1月,一項覆蓋3D打印的關鍵技術“激光金屬燒結”的專利將要到期,這將大幅降低工業級3D打印設備的價格,讓它“飛入尋常百姓家”。“這或許將建立起一種新的工業社會結構。”吳懷宇分析說,傳統工業的社會結構是金字塔形,製造業巨頭占據塔尖,通過壟斷攫取利潤。“3D打印讓設計和製造的門檻幾乎降為零,每個人都能成為設計師。這將讓小企業和個體經營的‘創客’們變得更有競爭力,或許會建立起一種橢圓形的新的工業社會結構——巨頭依然存在,但不再占據霸主地位,以‘創客’為主體的個人智造、家庭智造、網絡社區智造將占據更多份額,甚至居於主導地位。”
  對傳統製造業的補充
  對於3D打印的“顛覆性”標簽,很多人並不認同。臺灣製造業巨頭、鴻海集團董事長郭台銘在接受媒體採訪時表示,3D打印只是“噱頭”,因為它既無法實現商業化大量生產,打印出來的東西也不那麼結實耐用,更不能打印內部結構複雜精密的電子產品。
  的確,3D打印在基礎研究、設備製造、打印材料上,還有許多瓶頸需要攻剋。德國柏林工業大學3D實驗室主任哈特穆特·施萬特教授說:“3D打印是勞動密集型的應用,大部分的工作在於密集的數據準備,這需要大量的時間並要求大部分員工具備長期的經驗基礎和專門技能,現在這樣的人數量不多,這不是中小企業所負擔得起的。”他進一步強調:“現在這個階段就宣稱3D打印將帶來‘第三次工業革命’,有些誇張。目前還沒有人可以下這樣的結論。”
  由北京航空航天大學王華明教授領銜的“飛機鈦合金大型複雜整體構件激光成形技術”,獲得了2012年國家技術發明一等獎。這項成果讓我國在高性能金屬材料3D打印上,躋身世界領先行列。但王華明多次表示:“3D打印技術並非萬能,它也有適用範圍。”他認為,對於一些大型複雜構件來說,3D打印技術能節省材料、方便加工、縮短周期、降低成本。但對於大規模生產而言,傳統鑄造鍛造等製造產業仍是不可替代的。總體而言,目前3D打印在成本、質量和穩定性上都不能與傳統製造業相比。
  有學者提出,3D打印與傳統製造業是一種平行和補充的關係。經濟學家、江蘇省社會科學院院長劉志彪也認同這一觀點。他指出,3D打印技術在短期內難以顛覆整個傳統製造業模式,“與其樂觀地說3D打印技術將引領‘第三次工業革命’,還不如說有助於推動產業升級更為實際”。
  避免投資過熱
  3D打印涉及信息技術、精密機械、材料科學等領域,我們要下的是一盤需要謀篇佈局的“棋”。全國政協副主席、科技部部長萬鋼曾總結,中國的3D打印主要在三方面有待加強:一是在裝備製造和工藝控制方面,工藝穩定性、核心元器件等關鍵技術及產品有待突破;二是在科研和產業化組織方面,以企業為主體,產學研用相結合的組織模式需要進一步完善;三是在市場開拓方面,還需要有更多應用的領域和更新的商業模式。
  核心技術,永遠是最大的競爭力。但在我國,像“飛機鈦合金大型複雜整體構件激光成形技術”這樣具有創新性、領先性的突破太少,在打印方式、打印材料、數字化軟件等關鍵領域,都缺乏自主知識產權優勢。“比如3D智能數字化是3D打印的核心之一,有兩類實現方法,設計軟件和3D掃描,也就是我們俗稱的3D照相。”吳懷宇介紹,“目前幾乎所有的設計軟件都是國外研發的,而3D照相則需要計算機視覺、模式識別與智能系統、光機電一體化控制等技術。與發達國家相比,我們在這些領域的科研水平上,相差不大;但在市場應用層面上,還有較大差距。”
  就產業而言,也出現了過熱的苗頭——3D打印頻繁出現在省、市產業轉型、升級的規劃書上,成為各級各地高新技術園區爭相引入的新寵兒。對此,萬鋼提醒,在大力發展3D打印技術,推進產業化的過程中,要避免出現過度擴張的不利局面。劉志彪認為,對待3D打印必須吸取過去發展新興產業的經驗教訓,避免投資過度、產能過剩和低水平盲目重覆競爭,“既要避免將這個行業做成形象工程,也要避免‘圈地規劃’一哄而上。”
  針對存在的問題,我國加強了頂層設計。科技部將3D打印列入了863計劃中,提出要突破3D打印製造技術中的核心關鍵技術,研製重點裝備產品,併在相關領域開展驗證;2013年8月,工信部印發了《信息化和工業化深度融合專項行動計劃(2013-2018年)》,其中提到“拓寬增材製造(3D打印)技術在工業產品研發設計中的應用範圍,推進增材製造在航空航天和醫療等領域的率先應用。創新政企合作模式,建立先進製造技術研發中心”。
  今天,技術的發展已經遠遠超出了人們的預期,它的影響或許將突破產業範圍,對人們的生活態度、價值觀念,甚至法律、倫理等社會基礎產生影響,比如3D打印武器問題等。因此,我們不僅僅要應對技術變革、做好產業規劃,還要準備迎接更深層次的挑戰。(本報記者 齊 芳)
     (原標題:3D打印:寄予厚望,留神過熱)
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