【导读】3D 打印引领了制造流程的变革，正逐渐改变世界。这听起来很振奋人心，从构建概念模型、功能性原型，到直接数字化制造，3D打印能够有效降低成本、提高生产力，在一定程度上颠覆了传统制造业的思路和生产方式。那么3D打印当前发展如何？它又能为化工新材料带来多大的市场？
近年来，3D打印这一热门词汇频频进入人们的视野。随着以智能化、数字化和网络化为愿景的智能制造、“工业4.0”等新兴战略上升到国家层面，3D打印作为其中一项重要内容正被大家越来越重视。
传统制造起变革
时间追溯到上世纪90年代，3D打印技术问世。经过多年的发展，3D打印已在工业造型、机械制造、军事、建筑、影视、家电、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域取得技术突破并得到初步应用。虽然目前全球3D打印市场份额只占整个制造业的0.02%，但随着3D打印技术和材料的发展，其应用领域必将不断拓展，应用规模将不断扩大。
据武汉纺织大学材料科学与工程学院特聘教授包海峰介绍，3D打印就是用机器打印三维物件，以分层制造、逐层叠加方式产出成品，这种生产方式无需模具，可一次加工完成非常复杂结构的产品。目前3D打印机有多种成型系统，都具有不同的特点，比如3D建筑打印机能够以黏土、陶瓷浆料等为打印材料。
数据显示，2012年，全球3D打印设备市场规模为22.04亿美元，比2011年增长28.6%。全球市场研究公司Gartner发布报告称，2014年全球3D打印设备市场规模已经达到38亿美元，今年出货量可达217350台，增幅高达100%。该机构预测到2018年该市场出货量将超过230万台，规模可望达到125亿美元。
工业和信息化部部长苗圩认为，有了3D打印技术以后，可以最大限度地满足每个消费者个性化需求，当然现在还处于一个发展阶段。对于一些特别复杂的，很难加工、又无需批量化的零部件，3D打印具有强大竞争优势。由于这种技术的变化，可能对传统的生产方式带来一个革命性的变化。
业内人士苗圩近日还表示：“这一技术代表制造业加工方式的重大变革，目前已经到了与汽车、航空航天等领域跨界合作的必然时刻，跨领域的深度融合将使3D打印技术在推进制造业智能、高效、协同、绿色发展的进程中发挥巨大作用，工信部也将积极发挥引导管理职能，鼓励开展3D打印在汽车、航空航天等领域的应用示范，广泛推进3D打印与各行业的跨领域合作。
中国粉末冶金技术创新战略联盟3D打印专业技术委员会主任宗贵升将3D打印的应用分三个层面：一个是所谓的高端，就是航天航空汽车；第二个应用就是针对专业人士的，工程师、设计师做，快速模型以及一些设计的验证；第三个层面的应用就是民用的桌面打印机，所以，这场革命是一种以新材料为基础，新技术为途径的变革。
材料瓶颈阻发展
我国从20世纪90年代起研发3D打印技术，目前，清华大学、北京航空航天大学、西安交通大学、华中科技大学等研究机构与企业已经在3D打印设备和材料领域取得一定研究成果。2012年10月，中国3D打印技术产业联盟成立，2013年，中国3D打印技术产业创新中心(南京、潍坊、珠海)相继成立。2013年，3D打印入选国家863计划，国家提供4000万元作为研究基金来支持3D打印核心技术的发展，北京投入了15亿元支持3D打印技术。在地方政府层面，3D打印产业更是遍地开花，成为各地政府追捧热点，包括南京、武汉、珠海、青岛、成都、长沙等地都筹建了3D打印产业园，并在资金、土地、配套政策上给予支持。
2015年2月，业内认为，中国3D打印行业迎来了产业发展的春天——工信部、发改委及财政部联合发布了《国家增材制造产业发展推进计划（2015~2016年）》，首次将增材制造（即3D打印）产业发展上升到国家战略层面，对3D产业的发展做出了整体计划。其中也对我国3D打印的现状进行了客观评价：我国增材制造产业化仍处于起步阶段，与先进国家相比存在较大差距，尚未形成完整的产业体系，离实现大规模产业化、工程化应用还有一定距离。而据同花顺统计数据，目前涉及3D打印概念的共有37家上市公司。但是，沪深股市至今还没有一家真正以3D打印为主业的上市公司。
为何我国3D打印技术还不能完全工业化？“材料瓶颈被业内普遍认为是限制3D打印发展的首要问题。”包海峰这样说。
据了解，打印材料方面，3D打印材料多采用化学聚合物，选择的局限性较大，成型品的物理特性较差，另外材料的价格也偏高，亟须丰富材料品种、降低材料价格。现在3D打印技术应用的材料已达130多种，但是比传统工业生产能应用的材料还是少很多。
湖南华曙高科技有限责任公司华北区域经理苑承志认为：“目前，我们研发并生产的打印材料以尼龙及尼龙复合材料为主，而PP、PE、PC等高分子材料和其他多种多样的材料也可以通过3D打印机进行打印，希望相关的企业、研究所也参与到不同打印材料成型的研究过程中，不仅满足高附加值，也是当前市场的需求所向。”
据苑承志介绍，3D打印主要可使用粉末及液态原料，光聚合技术一般使用液态原料，成型后表面更为光滑，但机械性能、抗老化性较低，主要有SLA、DLP及（成型速度又慢到快）等技术，其中的CLIP今年刚刚诞生，其打印速度比其他方法快25~100倍。
阿卡姆（北京）工业设备有限公司的一位负责人称，他们主要使用金属粉末来作为3D打印的材料，生产医用、航空航天等行业的产品，长期目标是要成为在金属增材制造系统领域的领先厂商。阿卡姆采用电子束熔炼（EBM）技术，相较于激光束，由于电子束的高能量密度，EBM能在构建室内形成较高的温度，比如打印钛金属时通常达到约700℃的高温。能够使打印材料形成一种精致的微观结构，具有高延展性和良好的抗疲劳特性。而据记者了解这样的材料与打印机目前主要依靠进口。
在产品质量方面，许多3D打印产品精度还不尽如人意，打印效率还远不适应产业化需求，而且受工作原理的限制，打印精度与速度之间存在严重冲突，而我国与国外的差距主要存在于打印的精度和稳定性。据专家介绍，比如精度问题，国产技术的精度较低，精度约在0.1毫米，如果能做到0.05毫米，乃至50纳米，就能跟国际3D打印水平就相当。
除此之外，3D打印机造价较为昂贵，大多桌面级3D打印机售价2万元人民币左右，国内的仿制品价格可以低到6000元以下，但质量难以保证，工业级3D打印机的价格甚至高达数百万元。
未来市场谁抢占
当前，在加快转变经济发展方式的新常态下，政府提出了“中国制造2025”发展战略，努力实现由“制造大国”向“制造强国”的转变。这正是3D打印给包括材料供应、智能制造在内的相关行业带来的重大机遇。业内人士认为，“十三五”期间，3D打印将深刻影响制造企业的生产方式，引领制造业从标准化和精益化生产步入定制化生产。中关村梦想实验室3D打印产业基金相关负责人洪学天表示：“中国现在在3D打印市场的整个存量只有4%，美国占71%，日本大概是1%，欧洲大概11%。当然大家看到这个市场上有不同的研究报告，从2013年的5亿多美元，大家预测到2020年可以达到50亿美元，当然也有预测200亿美元，我比较倾向于后者，因为我认为中国的市场可能没有算进去，所以非常有可能超过这个数字。”
洪学天同时指出，未来，3D打印机所采用的材料将会大量增多，而这些材料将会具备不同的特性。在可用于打印的材料发展过程中，3D打印技术的研究将更多的去突破自身的局限。例如3D打印更多的嵌入型部件：电池、电子、传感器等等。随着打印设备和打印材料技术的进一步突破、成本的进一步下降，3D打印在个人消费领域(食品、艺术品、个性化物品等)也将得到进一步发展。
“国内对于3D打印机的需求主要集中于高分子材料研发，已经被应用于汽车、航空航天、家电等领域，而更多的应用领域以及更广泛的材料目前还有待进一步研究拓展。” 苑承志称，中石化也将3D打印作为未来的五大战略之一，并已经购买了3D打印设备用于研发石化产业下游相关材料的打印技术。
沙特基础工业公司Ernesto Orchello认为，对于中小型企业来说，3D打印技术是很好的机会。他们有能力创造高附加值的产品，可以达到高水平的技术来获得顾客们的喜爱，对于如何能够大规模的复制还是一个挑战，另外，从企业的角度来说，要尽快地进入这个市场，你有一个想法，就尽快地把它转化为产品，推到市场中去；对于大型公司或者是政府来说，必须要对工程师和相关人员进行合适的培训，让他们知道什么样的材料用于3D打印是最合适的，同时他们还需要进行一些早期的测试，然后再把产品推到市场中去。
“我和奔驰公司的老总在一起，我说将来新的3D的制造技术，会不会对我们汽车的大批量的流水线带来变化？他说完全有可能。将来客户可能在自己家里面，作为创客，自己来设计一台车，有些零部件就自己打出来了，有些零部件他认为自己打不出来，或者是不合算的，可以去汽车厂购买，所以把现在的汽车厂变成客户的供应商，他跟我讲了这么一个例子。所以我们要做好这个准备，迎接这场革命给我们带来的变化。这个变化的结果一定是更大限度地满足每一个人的个性化的需求，而它又不会带来成本的大幅度的提高。”苗圩说。
3D打印技术正在突破自身的束缚，这其中包括市场、材料、工艺、成本等等，正在努力地成为大众化的消费品。在未来，3D打印机将会以低成本、高品质、实用性强的姿态飞入寻常百姓家。
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