3D打印博弈工業化　挑戰高成本難題

3D打印作為新興技術，首次亮相便贏得滿堂彩，一時間成為個性的代名詞。然而，隨著成本的居高不下以及市場的熱度逐漸消散，這個往日的“寵兒”似乎銷聲匿跡了。

　　但在“中國制造2025”的推動下，3D打印再次迎來撥云見日之機。在政策的推動下，頭頂光環的3D打印能否借勢破解高成本難題，成為行業發展的助推器。

　　3D打印博弈工業化

　　今年以來，從國務院正式發布《中國制造2025》規劃，到成立國家制造強國建設領導小組，中國制造轉型升級由部署進入實操階段，勾勒出中國由“制造大國”邁向“制造強國”的宏偉主線。

　　這意味著，國家的表態給中國產業結構調整和制造業升級帶來機遇，而被熱炒的3D打印技術自然在列。

　　相關數據顯示，3D打印的市場規模巨大，2012年，3D打印規模銷售額達22.04億美元，較2011年增長297%。預計到2017年市場規模將達50億美元，2021年則達108億美元。中國3D打印市場潛力巨大，未來幾年有望成為世界最大的3D打印市場。

　　正因如此，早在今年2月份，工業和信息化部、發展改革委、財政部就已研究制定了《國家增材制造產業發展推進計劃（2015-2016 年）》（后簡稱《推進計劃》）。

　　《推進計劃》希望通過突破增材制造專用材料、加快提升增材制造工藝技術水平、加速發展增材制造裝備及核心器件、建立和完善產業標準體系、大力推進應用示范這五大手段，從材料、設備、技術工藝、下游應用、產業體系等多個角度優化3D打印行業的未來發展。

　　參與組織起草《推進計劃》的工信部賽迪研究院裝備工業研究所專家左世全博士認為，3D打印技術作為驅動性制造手段，可以推動原型制造和模具開發等眾多應用，滿足從精密儀器到消費品領域的多方需求。《中國制造2025》對3D打印的重要部署以及省、市級創新中心的不斷設立都為3D打印行業的蓬勃發展帶來了新機遇。

　　政策的利好，刺激了行業的熱度，一時間，大大小小的研討會和展覽數不勝數。然而，撥開炒作的迷霧，我們不難發現，3D打印技術在國內快速推廣相對較晚，還存在諸多的“硬傷”需要消化。

　　相對于傳統加工行業，3D打印技術有著它得天獨厚的優勢，那就是快速成型，省去了模具開發等繁瑣的工藝，只要有圖，很快就可以拿到成品。

　　但是這對3D打印來講是一柄雙刃劍，快速成型的概念僅僅局限于單品，而批量生產則很難做到，這也是橫亙在產業化發展面前的一座大山。

　　對此，天津九鈺機械有限公司負責人周成憲毫不避諱，它認為3D打印的批量效率是目前產業化最大的障礙。如果是批量生產的話，一臺3D打印機的效率僅僅是數控機床的十分之一，這完全達不到生產的規格。

　　“可以說，目前國內3D打印技術僅僅能夠實現小批量、高性能、難加工的產品需求，而實現量產，我們還有很長的路要走，至少要將現在的生產效率提高10-15倍，才能完全替代數控機床，然而，這在短時間內是很難實現的。”

　　為了解決效率問題，天津九鈺機械有限公司想到了一個“跨界”的想法，那就是將3D打印技術與數控機床相融合。

　　盡管在國內屬于首創，但類似的想法，在國外眾多國家已經屢有試驗，不過目前只有日本的一家企業研制成功。

　　據介紹，由九鈺生產的機加工復合3D打印機在工藝上做了充足的改良，不僅用新型激光掃描方法降低了3D打印在成型過程中對鑄件的影響，還通過自適應變層厚技術使得效率和質量倍增。

　　周成憲用一個形象的比喻告訴記者，這種創新就好像是3D打印機與機器人(97.800, 3.18, 3.36%)同步協作，一邊打印一邊加工，而且雙方互不干擾。

　　這種復合型機器將在今后的航天、汽車以及軍工等領域發揮重要的作用，目前該公司已經與中科院、航天五院、航天三院等合作開發高性能、復雜的零件。

　　“我們的產品得到了客戶的極大好評，以航天用火箭點火嘴來講，不僅點火效率和穩定性更強了，而且質量也減輕很多，要知道該類產品每增重1公斤，成本就要增加1000萬元，”周成憲說，“今后，我們還將生產更加適合普通企業的機器，推進3D打印產業的發展。”

　　盡管研發水平突飛猛進，但核心部件對國外的依賴性仍然沒有擺脫，這也折射出我國3D打印行業的另一短板。

　　得不到機器的“心臟”技術，企業的運營成本就會居高不下。以一個中小型企業來計算，一臺3D打印設備的價格在300萬元-500萬元之間，一個企業如果要實現規模生產，至少要購置4臺這樣的設備，這樣一來，先期僅僅對機器的投入就需要1500萬元。

　　不僅如此，國外生產的機器一般會要求配套使用該公司提供的打印材料，而這一部分的成本比國內材料高出很多，這樣的負擔對于初創企業來講無疑是致命的。

　　顯然，目前想讓 3D 打印技術承擔裝備制造業轉型升級的重任，似乎還為時尚早，但是從長遠來看，該領域的發展將日趨完善，最終將給工業生產和經濟組織模式帶來質的改變。

　　“作為新興產業，我們勢必有很長的路要走，但在未來的3-5年，中國的3D打印行業肯定將迎來一個井噴期，尤其是在汽車和醫療行業。而像航天和軍工這樣的領域，其孕育期要達10年之久，我相信借助中國制造2025的發展契機，利用技術研發等優勢，一定能夠找到破解高成本難題的解決方案。”周成憲說。

　　耗材之殤何以彌補

　　近幾年來，雖然全球3D打印產業飛速發展，呈現出一片欣欣向榮的景象。但作為3D打印核心的材料部分表現卻差強人意，制約了3D打印應用的進一步發展。

　　在我國3D打印行業中，耗材似乎也陷入了一個怪圈，市場的看好卻總是伴隨高成本的現實，一時間，叫好容易叫座難的現象也讓眾多投資者望而卻步。

　　目前3D打印的成型材料多采用化學聚合物，材料選擇的局限性較大，成型品的物理特性也不理想，并且安全方面也存在一定的隱患，材料的價格便宜的幾百元一公斤，最貴的要四萬元左右。

　　耗材的高成本是制約3D打印發展的重要因素。以3D人像打印為例，這種產品的耗材成本分為三種，其中粉墨占70%耗材成本，膠水占20%耗材成本，還有彩色墨水占耗材成本10%。

　　但就是這樣看似簡單的耗材，卻讓投資者絞盡腦汁。李先生曾經試圖開一家3D打印照相館，但是在前期的調研當中，他卻發現，高成本的耗材，可能是他最大的敵人。

　　“當時我經朋友介紹，去一家運營較為成熟的3D打印照相館，老板的反饋讓我最終放棄了這個念頭。”李先生說。

　　李先生回憶說，當時那家3D打印照相館的老板跟他說國產的耗材打印出來的產品成色相較于國外有一定的差距，但是成本卻能夠降低下來。以一個30厘米左右的人偶為例，如果使用國外進口的耗材，僅成本就在2000-3000元，而國產耗材的成本僅為800-1000元左右。

　　而對于工業級3D打印來講，高昂的設備成本如果再加上價格不菲的耗材成本，對于企業來講無疑是滅頂之災。同時，耗材的限制使3D打印在很多領域難以做出成品，更令企業的發展雪上加霜。

　　“耗材成本過高主要是兩個原因造成的，一方面是國外企業對耗材工藝的壟斷和專利，另一方面則是國內目前的需求量還比較小，沒有形成規模。”大連理工大學教授姚山說。“因此，目前行業需要針對不同領域的特殊要求，突破一批3D打印的專業新材料。”

　　在研發新材料的同時，天津九鈺機械還“另辟蹊徑”，通過優化工藝，實現打印材料的二次應用。“我們經過多次試驗，找到一種通過控制切削轉速和路徑規劃的方式，使得切削產生的廢屑能夠滿足3D打印的工藝，這對企業控制成本來講是非常有益的。”周成憲說。

　　3D打印產業的發展，離不開產業鏈條的支持，或許這耗材之殤的逐步解決，將成為打破市場平衡的重要砝碼。

　　進入家庭尚需時日

　　盡管，3D打印行業的工業化程度日益提高，但相關數據顯示，近年來，玩具等行業是3D打印增長最快的市場，這也就意味著，3D打印的家庭化進程也不容忽視。

　　對此，全球最大的3D打印公司Stratasys的創始人斯科特?克倫普表示：“未來更多的材料肯定會被運用到3D打印中來，3D打印技術先后進入了牙醫、珠寶、醫療以及食品行業，未來可應用的范圍會越來越廣，家庭化也將慢慢實現。”

　　現實也確實如此，日前在第117屆廣交會上，國內首款巧克力3D打印機的亮相，立刻引起了參觀人群的注意，消費者選擇喜歡的圖形后，5分鐘之內就可以打印出一塊可以吃的巧克力。若改變用料材質，這臺3D打印機還可以打印出糖果。

　　“基于工業觸摸屏控制器進行相關操作，只需有三維巧克力圖形，無需任何模具，就可以直接打印成個性化的巧克力，本次展出也希望能給大家傳遞一種3D食品打印的理念。” 廣州市晟龍工業設計科技園發展有限公司董事長陳孝超說，“未來這款產品將主要針對家庭以及咖啡廳等場所使用。”

　　但是家庭化會那么容易實現嗎？答案未必那么樂觀。

　　打開購物網站我們不難發現，搜索3D打印機器，售價動輒1萬元以上，便宜的產品也在6000元上下，這種價位的產品對于普通家庭來講性價比偏低。而且，材料的高昂費用也會讓很多前衛的家庭望而卻步。

　　在專家看來，3D打印設備像普通打印機那樣走進千家萬戶還需要較長的時間，這個時間的長短取決于產品價值與打印成本。

　　中國科學院廣州電子技術研究所所長李耀棠認為，進入家庭的產品有著強烈的價值屬性，如果產品花大價錢購買的商品僅僅能夠用于打印簡單的玩具或者紀念品，那么相信其銷售量不會十分理想。

　　“3D打印機大面積進入普通家庭還需要6至10年。” 李耀棠說，“現在，家庭使用的3D打印機動輒就需要幾千塊，對于家庭來講還是太貴，我相信當市場成熟起來，服務應用豐富起來，家用3D打印機售價有望降到幾百元，那個時候它的價值才真正的顯現出來。”

　　無論如何，3D打印作為一種趨勢，正在飛速的發展。或許在不遠的將來，這個現今看似小眾的產品，將成為大眾家庭中必不可少的成員。