3D打印助推“中国制造2025”

夏丽萍

[摘要]：抢抓新一轮科技革命与产业变革机遇，加快发展包括3D打印在内的先进制造技术及产业，是落实创新驱动发展战略，推动我国制造业转型升级，实现我国制造业“由大到强”跨越的迫切要求和必由之路。

[关键词]：3D打印 中国制造 2025

房子、人体器官、汽车、衣服、机器人……你能想象这些东西都可以打印出来。3D打印带来了世界性制造业革命，以前部件设计完全依赖于生产工艺能否实现，而3D打印机的出现，将会颠覆这一生产思路，这使得企业在生产部件的时候不再考虑生产工艺问题，任何复杂形状的设计均可以通过3D打印机来实现。3D打印，又称为“增材制造”，被业内专家认为是近20年来震撼全球制造业的制造技术，引起了全球各界人士的广泛关注。3D打印无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地所缩短了产品的生产周期，提高了生产率。尽管仍有待完善，但3D打印技术市场潜力巨大，势必成为未来制造业的众多突破技术之一。

一、3D打印助力“中国制造2025”

3D打印将成“中国制造2025”支柱产业。3D打印装备已被列为中国制造2025重点发展的五大关键技术装备之一，3D打印为中国制造业注入新动能。3D打印被称为新一轮工业革命的代表技术，受到了各国政府的大力支持。2015年，《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》以及《中国制造2025》相继出台，彰显了我国对于发展3D打印产业的决心。

目前国内3D打印工业应用及其发展方面主要集中在航空领域和国防工业方面。在航空领域，由于3D打印解决了偏析（合金成分等均匀）和初步成形问题，已经基本满足实际应用要求，但满足不了飞机冲击韧性的高要求，所以必须将3D打印与传统挤压锻造方法结合，才能保证在航空方面放心地应用。除此之外，3D打印另一个重要应用方向则是生物领域。现阶段利用3D打印技术打印生物体外模型已经完全没有问题，体外模型只是用来观察使用的。而在打印体内模型方面，国内也已经有了十几年的研究。目前虽然可以打印人体器官，但是想要真正应用到人体还有很长的距离。由于人体器官太过复杂，并且细胞种类繁多，目前的3D打印材料类别还无法满足需求。因此3D打印人体器官难度相当大，但是未来前途光明。未来需要在组织工程支架方面重点突破，应尽快发展3D打印的组织工程支架诱导细胞生长工艺和相关技术，才能让生物3D打印领域取得真正发展和进步。

3D打印的兴起对我国制造业来说，就如同一把双刃剑，给我国制造业的发展带来了难得的机遇，同时也造成了严峻的挑战。一方面，3D打印的设计创新将弥补我国科技创新能力的薄弱，为我国制造业的创新驱动发展战略提供新契机；凭借智能化、定制化、生态化的特征，3D打印将改变我国传统制造业的发展模式，为我国制造业的转型升级找到新出路；3D打印更多地面向高端制造和具有巨大的市场潜力将有助于提升我国制造业的国际竞争能力。另一方面，机遇总是伴随着挑战，3D打印也将给我国制造业的科技创新、劳动力配置问题和处于低端制造的现实带来巨大的压力。在3D打印技术的热潮下，我们不仅要抓住时代给予的机遇，更重要的是克服摆在眼前的困难，正确把握3D打印技术在我国制造业中的发展方向，避免盲目投资、一哄而上的“中国式发展”模式，用理性和科学的态度发展3D打印技术，制定出适合本国国情的发展道路。

3D打印利用计算机软件设计程序，借助互联网技术的共享功能和快速传递效应，以本地化生产的制造模式进行产品的生产制造，让全球各地、各处都可能成为产品制造的原产地，其在节约成本、减少污染的同時还可以满足用户的个性化定制需求，社会化制造的时代正在随着3D打印的兴起而到来。3D打印作为制造领域的一项新兴技术，随着今后各国之间发展程度的差异，它将作为新的起点重新分配全球产业价值链，各国之间的得失可以说难以较量。3D打印则是现代信息技术和传统制造技术深度融合的重要产物，是制造业领域中正在升起的“朝阳技术”，将以其独特的优势对全球制造业产生颠覆性的影响。

二、以3D打印助力“中国制造2025”起飞现场教学

为落实教务处专题现场教学项目，我们结合当前科技前沿最新技术，选定3D打印做为现场教学。在设定现场教学选题时把握的原则有两个：一要与本专业有一定的关联性；二要紧扣时代脉搏，急领导干部之所需。大家开拓思路，积极联系、查找线索，精选教学点。在确定3D打印教学专题之后，大家就分头行动，找线索、查资料，与教学点接洽协调，亲临现场教学点，实地考察，集思广意，细致地考量每一细节，确定最后教学方案。

2015年先后有6个班次参观3D打印，到民营企业天津开发区科海化轻机电有限公司和国有企业天房集团下属企业天津天易多维科技有限公司进行现场教学。深入了解天津市国有、民营企业在科技创新方面的发展，感受工业4.0智能制造技术、3D技术在工业生产过程中的应用。了解民营企业在探索发展道路上的经验和困难及希望获得政府的支持诉求，全面领会李克强总理大众创业、万众创新的精神。

现场演示3D打印机的打印过程，许多打印的成品让学员们感到新奇，对3D打印产生了浓厚的兴趣。技术人员介绍3D打印机的工作原理，3D打印机技术在各个领域的应用，3D打印的创新方向。从硬件、软件、材料、应用、教育等方面进行了讲解，并播放视频，学员感觉生动、具体，学员积极提问，交流热烈。

两家公司的领导对现场教学非常重视和支持，精心准备教学展板、PPT，仔细调试机器设备、提前打印出许多作品，供学员们参观。学员普遍反映教学效果非常好，使大家了解最新科技动态，开阔了眼界。以前只是听说3D打印机，现在亲眼目睹3D打印技术，学员们纷纷表示3打印D现场教学受益匪浅。

增加学员与教学点相关工作人员交流互动的时间，尽可能的解决学员们迫切想知道的问题。积极组织学员就一些问题展开讨论，即加深了现场教学的印象，又引起学员们的深入思考，从而突出了干部培训的实践性、实用性和针对性的特点。

从教务处及学员的反馈中，我们得知，现场教学活动达到了预期的目标，获得了学员的高度认可和好评。有的学员回到单位后，利用党日活动又带领其它部门参观3D打印。

三、3D打印大众创业万众创新“利器”

3D打印技术可用于珠宝，鞋类，工业设计，汽车，航空航天，医疗产业，教育，地理信息系统，土木工程和许多其他领域，通过3D打印机也可以打印出食物，意味着这项技术正在普及。常常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型或者用于一些产品的直接制造， 3D设计好了之后就可以直接进行3D打印，有了原型之后设计师进行拼接、组装、装配，最后验证这个设计是不是符合你的产品需要或者是想象，这让研发变得非常简单、便捷，不需要开模。然后再基于装备测试结果进行一些修正，才最终确定。可以帮助你快捷有效地确定你的方案设计方案，然后进行批量生产，而批量生产就不是3D打印的目标领域。3D打印并不是万能的，也有很多局限性，并不能取代传统制造，3D打印的瓶颈导致在很多方面没有广泛的推广。

发展3D打印，要与大众创业、万众创新很好地结合起来。3D打印作为一项新兴技术，不仅可以破解航空航天等领域的一些制造难题，它与传统工艺结合能有效提高复杂零部件的制造效率，减少产品研制周期和成本，而且能将人们头脑中的复杂想法变为现实作品。3D打印为创客活动提供坚实的技术支撑，是推动大众创业、万众创新的“利器”。

目前，国内外很多地方和企业在积极探索利用3D打印技术、网络制造等先进制造技术和发展模式，推动制造业领域的创新创业。如美国的Shapeways公司，通过网络收集设计师或普通消费者提供的创意设计方案，消费者可以在互联网上选择某一喜欢的方案，然后下订单，公司用3D打印机生产出产品后，会邮寄给相应的消费者。目前该公司已经有近200万种创意消费品可供选择，已经为消费者打印了近300万件产品。例如贵州的Flex创客团队开发的遥控迷你飞行器，由简单的控制电路构成，使用3D打印技术制作机身架构，创造了600余万元的产值。他们的“开源个人交通工具套件”也已设计成熟，由控制模块、电池、电机等一系列部件组成，可以方便地安装在滑轮、自行车、婴儿车等很多非机动交通工具上。安装之后，该套件将可以通过手机APP控制，为这些交通工具提供动力，最大行程可达20公里。

2015年5月在海尔工业园举办的青岛创业周末活动，三迪时空网作为合作伙伴为创客们提供3D打印技术支撑，创客们思维碰撞，灵感爆发，头脑中迸发的想法要靠什么来实现呢？3D打印在创客活动中发挥了作用，它可以把创客想的东西打印出来。不少创客们都对3D打印技术表达出了惊奇和惊叹。一名中学生也对3D打印技术表现出了极大的热情和好奇心。三迪时空网作为唯一的技术支持单位参加了青岛市中小学创客教育联盟成立大会，一名高一的学生站在3D打印机旁边仔细观察，并向技术专员不断询问3D打印的相关问题，表现出了对3D打印技术极大的热情和好奇心，并声称也想要一台3D打印机。学校的学生对3D打印特别感兴趣，走进了3D打印实验室就不愿意再走出实验室，这是他们最喜欢的课程。祖国的花朵对新鲜事物表达的好奇心和热情是国之幸事，3D打印虽然在中国已经存在30年，但是仍有大片的领域值得开垦。

3D打印+制造业扩展效益达到1500亿元。用3D打印的办法，可以创新出很多性质优良的合金元素，这是做材料基因计划的一个非常好的研发平台，同时在生物医疗方面可以从创材走向创生，可以制造人体自己的器官。因为这些制造技术的优越性，可以用任何的材料做任何的形状，在任何的场合制造。空客做了一个概念飞机，把飞机的重量减轻了65%，用3D打印可以一次完成。GE公司做的一个零件，把20个零件的发动机喷嘴集成在一起，不仅减了重，而且增效了15%。

据麦卡锡预测，在有可能影响社会和经济发展的12个颠覆性技术中，3D打印排在第九，2030年整个3D打印的效益将上升为6千亿-1.2万亿美金。现在很多人认为用3D打印出来的零件品种还非常少，可能比不上等材制造或者是减材制造，但是3D制造的单价是很贵的，比如GE做的发动机喷嘴，数量非常少价格非常高。可能不久的将来，3D打印在价格市场上可以做到与等材制造、减材制造三足鼎立。

3D打印能够做到智能工厂，材料的利用率接近100%，是可以实现众创众包的最好的形式，可以在家庭里就能实现设计和验证工作。2014年被称之为3D打印之年。预测中国3D打印5年内可能形成直接效益达到200-300亿元，制造业扩展效益達到1500亿元，基本上形成一个比较完整的产业链，一批制造企业把3D打印作为产品开发的必由之路。十年内基本上可以实现从产品的试制到航空航天、医疗行业的小批量的制造手段。

要实现“中国制造2025”的任务，关键是以人为本，首先企业的管理者要有先进的理念，每个参加创新的人要有创新的能力。现在的教育还需要改革，培养工业4.0的企业家和科研的领域人，既要有互联网的思维又要精通专业知识、制造工艺，没有制造工艺是完不成任务的，而且在新硬件时代，不仅仅需要大数据、软件，同时还需要很多先进的硬件，这个时候需要大批的创客。这些人可能有三分之一在大学里，三分之一在孵化器里，还有三分之一在家里，他们不追求名利，追求的是创新能力的实现。我们的大学怎么去培养？是不是要做一些创客的实验室、极客的工作室，让大学生都有可能充分利用一些仪器、材料来实现创新，这样的人才到社会上去，才可以真正的完成企业的创新任务和实现自己的创业。创意是没有极限的，创业是没有门槛的。相信5-10年内，就可以实现一半以上的制造是个性化定制，一半以上的价值是创新设计者体现。

参考文献：

[1]邓春蓉.论携3D打印投入“大众创业、万众创新”恰逢其时.人民论坛，2015（33）.

[2]于灏.“中国制造2025”下的3D打印.新材料产业，2015（07）.