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　　3D打?。簯?yīng)用領(lǐng)域拓展消費需求爆發(fā)

　　工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，個人消費需求開始爆發(fā)

　　3D打印在制造自由度、原材料利用率等方面具有明顯優(yōu)勢，尤其適用于小批量、定制化的加工制造。近年來，3D打印在工業(yè)應(yīng)用和個人消費兩個市場均取得了長足發(fā)展：工業(yè)應(yīng)用的下游行業(yè)不斷拓展，直接零部件制造的占比也逐年提高；個人消費市場雖起步較晚，但近年來呈現(xiàn)快速爆發(fā)趨勢，2011年全球個人3D打印設(shè)備銷量達(dá)到23265臺，同比增長近3倍。

　　據(jù)Wohlers Associates統(tǒng)計，3D打印技術(shù)的行業(yè)應(yīng)用主要分布于消費電子、汽車、醫(yī)療、航空航天、建筑、科研等領(lǐng)域；而從具體應(yīng)用環(huán)節(jié)來看，3D打印技術(shù)目前主要用于設(shè)計樣品、展示模型及模具的制造，但直接零部件加工的占比從2003年的不足4%已快速上升到了2012年的28%左右。

　　醫(yī)療器械的定制化需求恰是3D打印的優(yōu)勢所在，“生物打印”令人憧憬

　　醫(yī)療行業(yè)(尤其是修復(fù)性醫(yī)學(xué)領(lǐng)域)存在大量的定制化需求，難以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、大批量生產(chǎn)，而這恰是3D打印技術(shù)的優(yōu)勢所在。目前，3D打印技術(shù)在助聽器材制造、牙齒矯正與修復(fù)、假肢制造等領(lǐng)域已經(jīng)得到了成功應(yīng)用且已經(jīng)比較成熟。利用3D打印制造出的牙橋等制品更加精確精細(xì)，相比傳統(tǒng)制造方式也更加方便快捷。同樣，利用3D打印技術(shù)可以很好的實現(xiàn)對剩余肢體的復(fù)制，制造出的假肢也更加符合人體工學(xué)，在歐洲使用3D打印的鈦合金骨骼的患者已經(jīng)超過3萬例，美國一家醫(yī)院甚至用3D打印出的頭骨替換了患者高達(dá)75%的受損骨骼。

　　除了上述醫(yī)學(xué)修復(fù)領(lǐng)域，3D打印技術(shù)還可用于了解患者病情以及輔助醫(yī)患交流。比如：3D打印機可以打印出患者的立體骨骼模型，醫(yī)生可以通過骨骼模型探討治療過程，與患者溝通手術(shù)方案；醫(yī)務(wù)人員還可以通過3D打印的復(fù)制品了解患者器官內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如血管方向及腫瘤位置)，還能夠在這些復(fù)制品上進(jìn)行模擬手術(shù)。目前，Stratasys和3D Systems已經(jīng)能夠提供復(fù)制人體器官模型的設(shè)備，通過CT掃描等醫(yī)學(xué)圖像，直接打印出患者器官的模型，這些模型不僅外觀逼真，還像器官一樣濕潤帶有紋理。

　　3D打印的模型或無生命假肢僅僅是一個開始，最令人憧憬的應(yīng)用則是直接打印具有活性的組織器官，即所謂“生物打印”。現(xiàn)有的想法包括：利用3D技術(shù)打印骨架，再在骨架上培養(yǎng)干細(xì)胞，誘導(dǎo)其形成組織；更進(jìn)一步的方法是直接打印出組織器官用于移植；最具想象力的方案則是在人體內(nèi)直接打印活性組織或活性器官，連植入的過程都可以省掉。

　　Organovo公司已經(jīng)在生物打印領(lǐng)域取得了一些突破，成功打印出了心肌組織、肺臟、血管等；美國康奈爾大學(xué)的生物學(xué)家巴切爾利用生物高分子材料打印出能正常工作的心臟瓣膜，其中干細(xì)胞夾雜在高分子材料里面，能夠逐漸轉(zhuǎn)換成人體細(xì)胞。目前，“生物打印”仍處于試驗階段，其應(yīng)用障礙不僅在于技術(shù)領(lǐng)域，還涉及道德問題、監(jiān)管程序等方面。不過，隨著生物科技的發(fā)展、以及配套制度的完善，3D打印的人體器官將逐步走進(jìn)現(xiàn)實應(yīng)用當(dāng)中。

　　航空航天是3D打印最具前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一，中國的鈦合金激光快速成型技術(shù)國際領(lǐng)先

　　航空航天設(shè)備制造是3D打印最具前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一，原因主要在于：第一，航空航天設(shè)備往往具有“多品種、小批量”的特點，尤其在試制階段許多零部件都需要單件定制，若采取傳統(tǒng)工藝則周期長、成本高，3D打印則可以實現(xiàn)低成本快速成型；第二，出于減重與強度要求，航空航天設(shè)備中復(fù)雜結(jié)構(gòu)件或大型異構(gòu)件的比例越來越高，若采用傳統(tǒng)的“鍛造+機加工”方式，則所需工序繁多、工藝復(fù)雜，甚至根本無法直接加工，而3D打印在復(fù)雜部件加工方面具有明顯優(yōu)勢；第三，采用傳統(tǒng)工藝加工飛機零部件的原材料利用率只有10%左右，其他部分都在鑄模、鍛造、切割和打磨過程中浪費了，而3D打印的增量制造方式可將原材料利用率提高至90%以上。

　　波音公司是率先將3D打印技術(shù)用于飛機設(shè)計和制造的國際航空制造企業(yè)，已累計利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)了300多個不同的小型零部件。GE航空2012年收購了專門開發(fā)激光燒結(jié)金屬粉末技術(shù)的MorrisTechnologies公司，用來為其Leap系列發(fā)動機制造組件。普惠公司也投入數(shù)百萬聯(lián)合康涅狄格大學(xué)成立了增量制造中心。美國國家航天航空局(NASA)正在使用3D打印機生產(chǎn)航天器的引擎部件，并計劃將打印設(shè)備發(fā)射到國際空間站，以期宇航員能夠自給自足，利用空間站上的原料直接生產(chǎn)所需品，改變完全依賴地面供給的補給模式。

　　我國的大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光成形技術(shù)具有國際領(lǐng)先水平，是目前世界上唯一掌握了飛機鈦合金大型主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成型技術(shù)并實現(xiàn)裝機應(yīng)用的國家。北航王華明教授憑借“飛機鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成型技術(shù)”獲得了“2012年度國家技術(shù)發(fā)明一等獎”，據(jù)稱其實驗室只需要55天就能打印出C919機頭的四個主風(fēng)擋窗框，而若向國外公司訂購至少需要兩年以上，且模具費就要上千萬元。西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點實驗室也是我國3D打印技術(shù)研發(fā)最出色的單位之一，其激光立體成形技術(shù)已經(jīng)成功的用于C919中央翼緣條的制造。另據(jù)媒體報道，在艦載機、四代機等新型軍用飛機的研制過程中，3D打印技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮了重要作用，承擔(dān)了包括起落架在內(nèi)的鈦合金主承力構(gòu)件的試制任務(wù)。

　　在消費電子與汽車行業(yè)，3D打印技術(shù)主要用于設(shè)計原型制造及模具開發(fā)

　　從全球范圍來看，消費電子與汽車行業(yè)是3D打印技術(shù)最主要的兩個應(yīng)用領(lǐng)域，分別占20%左右的市場份額。從具體用途來看，3D打印技術(shù)在上述兩個行業(yè)的應(yīng)用主要集中于設(shè)計原型制造及生產(chǎn)過程中的模具加工。借助3D打印技術(shù)輔助設(shè)計和測試，可以大幅縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期、降低試制與試驗成本。比如：Nokia曾借助3D打印技術(shù)完成手機外殼和結(jié)構(gòu)件的設(shè)計和樣件制造；通用汽車已經(jīng)用3D打印技術(shù)打印出應(yīng)用于測試的零部件和模具超過20000個，現(xiàn)代、寶馬等汽車廠家也已將3D打印技術(shù)應(yīng)用于新車研發(fā)過程當(dāng)中。

　　在產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)，由于消費電子和汽車行業(yè)均具有標(biāo)準(zhǔn)化、大規(guī)模生產(chǎn)的特點，3D打印技術(shù)在直接零部件制造方面尚無法滿足加工速度和經(jīng)濟性要求，故短期內(nèi)很難取代傳統(tǒng)的制造模式。但在一些個性化的小眾市場，3D打印直接加工的產(chǎn)品仍擁有一定的受眾群。比如：由用戶定制的手機外殼、用戶可以參與設(shè)計的汽車等。

　　在建筑與服裝行業(yè)，3D打印可以實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)、極大的拓展設(shè)計師的想象空間

　　在建筑領(lǐng)域，3D打印技術(shù)最初主要用于設(shè)計模型的制造，但近來已經(jīng)有多位建筑師提出了3D打印實體建筑的構(gòu)想。荷蘭阿姆斯特丹建筑大學(xué)的設(shè)計師JanjaapRuijssenaars設(shè)計的3D打印建筑物“LandscapeHouse”特別模擬了莫比烏斯環(huán)，計劃利用3D打印機逐塊打印出來，每塊的尺寸為6×9米，然后拼接成一個整體建筑，預(yù)計需要耗時一年半完成。倫敦的建筑設(shè)計工作室SoftkillDesign的3D打印建筑方案更具沖擊力，該建筑完全拋棄了傳統(tǒng)的固體墻，而是采用以骨骼為基礎(chǔ)的纖維尼龍結(jié)構(gòu)，組件由激光燒結(jié)生物塑料制成，計劃于今年夏天進(jìn)行實體比例打印與組裝。

　　服裝制造方面，3D打印可以加工出傳統(tǒng)工藝難以完成的復(fù)雜款式，極大的拓展的設(shè)計師的想象空間。2011年巴黎春夏時裝展上，荷蘭時尚設(shè)計師IrisvanHerpen發(fā)布了他直接用3D打印機制作的立體服裝，這些超太空感的服裝由錦綸打印而成。耐克和阿迪達(dá)斯均已經(jīng)開始用3D打印機制造一些運動鞋功能部件，也有直接制造運動服的打算。

　　個人3D打印設(shè)備銷量猛增，開啟“創(chuàng)客”時代

　　自2008年開始，個人3D打印設(shè)備的銷量出現(xiàn)爆發(fā)式增長，2011年全球個人3D打印設(shè)備銷量為23265臺，同比增長近3倍。個人消費需求的爆發(fā)主要源自兩方面的動力：一是“數(shù)字化設(shè)計+快速成型”的組合大幅簡化了從創(chuàng)意到產(chǎn)品的過程，從而刺激了多種個性化需求的釋放；二是隨著技術(shù)的發(fā)展，3D打印設(shè)備的價格已經(jīng)下降至普通人可以承受的水平，個人3D打印機的價格通常在5000美元以下，最便宜的已降至一兩千美元?；蛟S在不遠(yuǎn)的將來，3D打印機將和PC一樣走進(jìn)千家萬戶。

　　目前，個人3D打印設(shè)備的應(yīng)用主要在于滿足人們的個性化需求，比如：用戶可以自己在家中做出獨具個性的首飾、玩具、餐具等產(chǎn)品；基于3D打印技術(shù)的“3D照相館”可以為人們留下逼真的立體留影等。

　　3D打印設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，帶來了商業(yè)模式的創(chuàng)新。如提供3D打印服務(wù)和交易的網(wǎng)絡(luò)平臺——Shapeways在不足6年的時間里(自2007年成立到2012年7月)已經(jīng)注冊了6000名獨立設(shè)計師和十幾萬的用戶。類似的網(wǎng)站還有Ponoko、i.materialise等。用戶通過這些網(wǎng)站可以購買設(shè)計模型、訂購3D打印產(chǎn)品，也可以自己開設(shè)商店，出售3D打印產(chǎn)品、設(shè)計或材料。設(shè)計師、加工廠以及用戶之間的交流和交易成本大大降低，甚至已經(jīng)模糊了彼此之間界限。新的商業(yè)模式不僅滿足了個人的創(chuàng)造欲望，還可以將其轉(zhuǎn)化為商業(yè)盈利，反過來必將進(jìn)一步推動個人3D打印需求的增長?？死锼?middot;安德森所說的“創(chuàng)客”時代正在一步步走進(jìn)現(xiàn)實。

　　所有重大科技都是短期內(nèi)被高估，長期被低估

　　隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，3D打印已經(jīng)成功應(yīng)用于消費電子、汽車、醫(yī)療、航空航天等行業(yè)，且直接零部件加工所占的比例不斷提高，個人消費市場也已經(jīng)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。但是，市場對3D打印技術(shù)的期待并不止如此。2012年4月，《經(jīng)濟學(xué)人》雜志以大量篇幅刊登了關(guān)于數(shù)字化制造和3D打印的文章，并將其定位成引領(lǐng)“第三次工業(yè)革命”的關(guān)鍵技術(shù)。奧巴馬在國情咨文中也將3D打印作為重振美國制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)提高到了國家戰(zhàn)略的高度。

　　最近一年多以來，國內(nèi)實業(yè)界和資本市場對于3D打印的熱情急劇升溫。政府部門對3D打印的政策支持力度也在加大，科技部最新公布的《國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)以及國家科技支撐計劃制造領(lǐng)域2014年度備選項目征集指南》，首次將3D打印產(chǎn)業(yè)納入其中。甚至有專家認(rèn)為，3D打印作為一項顛覆性的制造技術(shù)，誰能夠最大程度的研發(fā)、應(yīng)用，誰就能掌握制造業(yè)乃至工業(yè)發(fā)展的主動權(quán)。

　　3D打印技術(shù)在短期之內(nèi)被炒得如此之熱，或許并不利于3D打印行業(yè)的長期發(fā)展，多位業(yè)內(nèi)專家均表達(dá)了類似擔(dān)憂?？死锼?middot;安德森(《連線》雜志前主編，3DRobotics和DIYDrones的聯(lián)合創(chuàng)始人，《長尾理論》、《免費：商業(yè)的未來》及《創(chuàng)客：新工業(yè)革命》的作者)曾經(jīng)說過：“所有重大科技都是短期內(nèi)被高估，長期被低估。”3D打印技術(shù)當(dāng)前的處境也是如此。

　　客觀而言，3D打印技術(shù)盡管潛力巨大，但以現(xiàn)有的技術(shù)條件尚不具備取代傳統(tǒng)工藝的實力，其在規(guī)模經(jīng)濟、加工精度、材料等方面仍存在明顯不足。3D打印技術(shù)的優(yōu)勢仍主要體現(xiàn)在小批量、定制化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品制造領(lǐng)域。因此，在未來相當(dāng)長的時期內(nèi)，3D打印對于傳統(tǒng)制造工藝而言，都是一種補充，而非顛覆。這個判斷其實也是業(yè)內(nèi)的普遍共識，Stratasys中國公司總經(jīng)理表示，全球主流3D打印企業(yè)中，實際上沒有一家將打印最終產(chǎn)品作為主要市場方向。西安交大的盧秉恒院士、華中科技大學(xué)的史玉升教授等國內(nèi)3D打印專家都表示，目前還看不到3D打印取代傳統(tǒng)制造工藝的可能。

　　當(dāng)然，如果放在足夠長的時間內(nèi)考慮，我們也不能完全排除3D打印帶來新工業(yè)革命的可能。就像《經(jīng)濟學(xué)人》所說：“偉大發(fā)明所能帶來的影響，在當(dāng)時那個年代都是難以預(yù)測的，1750年的蒸汽機如此，1450年的印刷術(shù)如此，1950年的晶體管也是如此。我們?nèi)匀粺o法預(yù)測，3D打印機將在漫長的時光里將如何改變世界。”