3D打印博弈工業(yè)化　挑戰(zhàn)高成本難題

3D打印作為新興技術(shù)，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(huán)的3D打印能否借勢破解高成本難題，成為行業(yè)發(fā)展的助推器。

　　3D打印博弈工業(yè)化

　　今年以來，從國務(wù)院正式發(fā)布《中國制造2025》規(guī)劃，到成立國家制造強國建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組，中國制造轉(zhuǎn)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(tài)給中國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和制造業(yè)升級帶來機遇，而被熱炒的3D打印技術(shù)自然在列。

　　相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，3D打印的市場規(guī)模巨大，2012年，3D打印規(guī)模銷售額達22.04億美元，較2011年增長297%。預(yù)計到2017年市場規(guī)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(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、財政部就已研究制定了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)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(shù)水平、加速發(fā)展增材制造裝備及核心器件、建立和完善產(chǎn)業(yè)標準體系、大力推進應(yīng)用示范這五大手段，從材料、設(shè)備、技術(shù)工藝、下游應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)體系等多個角度優(yōu)化3D打印行業(yè)的未來發(fā)展。

　　參與組織起草《推進計劃》的工信部賽迪研究院裝備工業(yè)研究所專家左世全博士認為，3D打印技術(shù)作為驅(qū)動性制造手段，可以推動原型制造和模具開發(fā)等眾多應(yīng)用，滿足從精密儀器到消費品領(lǐng)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(chuàng)新中心的不斷設(shè)立都為3D打印行業(yè)的蓬勃發(fā)展帶來了新機遇。

　　政策的利好，刺激了行業(yè)的熱度，一時間，大大小小的研討會和展覽數(shù)不勝數(shù)。然而，撥開炒作的迷霧，我們不難發(fā)現(xiàn)，3D打印技術(shù)在國內(nèi)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(tǒng)加工行業(yè)，3D打印技術(shù)有著它得天獨厚的優(yōu)勢，那就是快速成型，省去了模具開發(fā)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(chǎn)則很難做到，這也是橫亙在產(chǎn)業(yè)化發(fā)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(chǎn)業(yè)化最大的障礙。如果是批量生產(chǎn)的話，一臺3D打印機的效率僅僅是數(shù)控機床的十分之一，這完全達不到生產(chǎn)的規(guī)格。

　　“可以說，目前國內(nèi)3D打印技術(shù)僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)小批量、高性能、難加工的產(chǎn)品需求，而實現(xiàn)量產(chǎn)，我們還有很長的路要走，至少要將現(xiàn)在的生產(chǎn)效率提高10-15倍，才能完全替代數(shù)控機床，然而，這在短時間內(nèi)是很難實現(xiàn)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(shù)與數(shù)控機床相融合。

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

　　據(jù)介紹，由九鈺生產(chǎn)的機加工復(fù)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(yīng)變層厚技術(shù)使得效率和質(zhì)量倍增。

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

　　這種復(fù)合型機器將在今后的航天、汽車以及軍工等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用，目前該公司已經(jīng)與中科院、航天五院、航天三院等合作開發(fā)高性能、復(fù)雜的零件。

　　“我們的產(chǎn)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(wěn)定性更強了，而且質(zhì)量也減輕很多，要知道該類產(chǎn)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(chǎn)更加適合普通企業(yè)的機器，推進3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”

　　盡管研發(fā)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(yè)的另一短板。

　　得不到機器的“心臟”技術(shù)，企業(yè)的運營成本就會居高不下。以一個中小型企業(yè)來計算，一臺3D打印設(shè)備的價格在300萬元-500萬元之間，一個企業(yè)如果要實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，至少要購置4臺這樣的設(shè)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(chǎn)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(nèi)材料高出很多，這樣的負擔對于初創(chuàng)企業(yè)來講無疑是致命的。

　　顯然，目前想讓 3D 打印技術(shù)承擔裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重任，似乎還為時尚早，但是從長遠來看，該領(lǐng)域的發(fā)展將日趨完善，最終將給工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟組織模式帶來質(zhì)的改變。

　　“作為新興產(chǎn)業(yè)，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(yè)肯定將迎來一個井噴期，尤其是在汽車和醫(yī)療行業(yè)。而像航天和軍工這樣的領(lǐng)域，其孕育期要達10年之久，我相信借助中國制造2025的發(fā)展契機，利用技術(shù)研發(fā)等優(yōu)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(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，呈現(xiàn)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(xiàn)卻差強人意，制約了3D打印應(yīng)用的進一步發(fā)展。

　　在我國3D打印行業(yè)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(xiàn)實，一時間，叫好容易叫座難的現(xiàn)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(xué)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(fā)展的重要因素。以3D人像打印為例，這種產(chǎn)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(jīng)試圖開一家3D打印照相館，但是在前期的調(diào)研當中，他卻發(fā)現(xiàn)，高成本的耗材，可能是他最大的敵人。

　　“當時我經(jīng)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(chǎn)的耗材打印出來的產(chǎn)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(chǎn)耗材的成本僅為800-1000元左右。

　　而對于工業(yè)級3D打印來講，高昂的設(shè)備成本如果再加上價格不菲的耗材成本，對于企業(yè)來講無疑是滅頂之災(zāi)。同時，耗材的限制使3D打印在很多領(lǐng)域難以做出成品，更令企業(yè)的發(fā)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(yè)對耗材工藝的壟斷和專利，另一方面則是國內(nèi)目前的需求量還比較小，沒有形成規(guī)模。”大連理工大學(xué)教授姚山說。“因此，目前行業(yè)需要針對不同領(lǐng)域的特殊要求，突破一批3D打印的專業(yè)新材料。”

　　在研發(fā)新材料的同時，天津九鈺機械還“另辟蹊徑”，通過優(yōu)化工藝，實現(xiàn)打印材料的二次應(yīng)用。“我們經(jīng)過多次試驗，找到一種通過控制切削轉(zhuǎn)速和路徑規(guī)劃的方式，使得切削產(chǎn)生的廢屑能夠滿足3D打印的工藝，這對企業(yè)控制成本來講是非常有益的。”周成憲說。

　　3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，離不開產(chǎn)業(yè)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(yè)的工業(yè)化程度日益提高，但相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，近年來，玩具等行業(yè)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(chuàng)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(shù)先后進入了牙醫(yī)、珠寶、醫(yī)療以及食品行業(yè)，未來可應(yīng)用的范圍會越來越廣，家庭化也將慢慢實現(xiàn)。”

　　現(xiàn)實也確實如此，日前在第117屆廣交會上，國內(nèi)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(nèi)就可以打印出一塊可以吃的巧克力。若改變用料材質(zhì)，這臺3D打印機還可以打印出糖果。

　　“基于工業(yè)觸摸屏控制器進行相關(guān)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(yè)設(shè)計科技園發(fā)展有限公司董事長陳孝超說，“未來這款產(chǎn)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(xiàn)嗎？答案未必那么樂觀。

　　打開購物網(wǎng)站我們不難發(fā)現(xiàn)，搜索3D打印機器，售價動輒1萬元以上，便宜的產(chǎn)品也在6000元上下，這種價位的產(chǎn)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(wèi)的家庭望而卻步。

　　在專家看來，3D打印設(shè)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(chǎn)品價值與打印成本。

　　中國科學(xué)院廣州電子技術(shù)研究所所長李耀棠認為，進入家庭的產(chǎn)品有著強烈的價值屬性，如果產(chǎn)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(xiàn)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(wù)應(yīng)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(xiàn)出來。”

　　無論如何，3D打印作為一種趨勢，正在飛速的發(fā)展?；蛟S在不遠的將來，這個現(xiàn)今看似小眾的產(chǎn)品，將成為大眾家庭中必不可少的成員。