3D打印正在和即将改变什么？

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电影《十二生肖》中的有个桥段：在对圆明园流失的铜兽首进行扫描后，　　一台外形酷似爆米花机的东西，迅速将计算机完成的三维立体模型，　　魔术般地制造出一个连材质都一模一样的文物赝品。　　虽然有着艺术夸张的成分，但从技术核心来讲，却并非是完全的科幻镜头。　　这一技术的中文译名叫3d打印。　　《经济学人》杂志认为，3D打印技术是引发第三次工业革命的关键因素。　　而这种颠覆性的技术距离我们并不遥远，继去年12月工信部高层表态将推动3D打印产业化之后，　　科技部有关人士日前表示，目前3D打印相关战略规划正在研究制订中，有望于两会后公布。　　而在长春，在我们身边，就有真实的3D打印机正在被应用。　　事实上，这种技术受制于材料、价格、制造时间、精度等诸多瓶颈，使得目前3D打印技术在生产、生活中的作用，距离梦想还十分遥远。　　对于传统制造业来说，它甚至连对手都算不上。　　但是，在科技日进千里的今天，谁又能保证这些梦想不能很快成为现实呢？　　3D打印就像盖楼房　　从地基开始，用砖瓦、水泥、沙石一层层往上砌，最终建造起一整幢楼房　　3D打印究竟是项什么技术？　　形象地讲，与我们生活中能够接触到的所有普通打印机最大的区别，就在于它打印出的成品，不再是一个平面，而是一个立体的物体。　　3D打印就像盖楼房，从地基开始，用砖瓦、水泥、沙石一层层往上砌，最终建造起一整幢楼房。　　“它的工作原理其实并不复杂，和普通打印的工作原理有些类似。”被誉为国内该领域“第一人”，1988就开始此项研究的清华大学教授颜永年告诉本报记者，无论哪种3D打印技术，目前还都是将液态、粉态等材质，通过逐层累加的形式来完成。　　3D打印，就是把三维设计“图纸”（即数字模型）变成实物，这个打印出的实物不仅可以拿来看，还可以拿来用。　　“它有点像我们在医院做的CT片子，能够形成一定厚度的截面图。”中国大学软件研究中心研究员杨汝城认为，这样的模式从技术上比较简单，硬件识别起来更容易。3D打印是一个从点到线，从线到面，通过层层累积实现立体打印的过程，所以我们也叫它“增材制造”或“加法制造”。　　“传统的加工，都是减法。”浙江机械加工协会副会长，浙江省晨光锻造股份有限公司董事长黄晨光详细向本报记者解释3D打印的原理，比如说以前做一个钢轴承，我们需要在一个钢坯上，通过车、钳、铣、刨、磨等工艺去掉很多材料，最终完成。　　而3D打印技术则是一个加法，它能通过从无到有的增材模式完成，从理论上讲，它起码能节省材料的成本，简化生产流程、提高效率。　　在黄晨光看来，这项技术最大好处是，以前如果设计出来的东西结构太复杂，通过传统加工方式根本无法实现，那就相当于作废，而3D打印能解决这一点，无论你设计的多复杂，理论上机器都能忠实地打印出来。　　3D打印已经30年　　由于欠缺强度和精度，导致产生初期这项技术应用得较少，产业化程度不高　　说到3D打印，很多人一定会认为，这是一个非常新的技术，但事实上并不是这样。　　据媒体报道，1982年的美国，在一家紫外线设备生产企业任职的查尔斯·胡尔，尝试把光学技术应用于快速成型领域。用紫外激光照射液态光敏树脂，激光所到之处，树脂变成固态，一层一层不断重复，直到整个物件制造完毕。这项立体光刻（SLA）技术就是最早的3D打印。胡尔后来创办了目前世界上的3D打印设备巨头——3DSystems。这种快速制造的理念还衍生出多种不同的技术类型，除了SLA，常见的有熔融沉积造型（FDM）、选择性激光烧结（SLS）、三维打印（3DP）等，这些技术都被通俗地称作3D打印。　　尽管3D打印技术在如今看来具有颠覆性，但是从上世纪80年代一直到本世纪初，市场一直处于徘徊阶段，包括国外也是如此，中国国内更是很少有人关注，原因在于：在工业级应用上，这项技术仍欠缺强度和精度，而且，工业级设备和原材料比较昂贵，因此，在3D打印产生初期，这项技术应用得较少，产业化程度不高。　　2011年6月，美国总统奥巴马宣布一项新政策，并向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。2012年7月17日，美国《外交政策》杂志网站发表题为《制造业的未来在美国而不在中国》，称“技术进步将使中国的制造业像过去20年里美国制造业那样迅速衰落”。　　以色列Object公司，是3D打印材料领域龙头，特别是在和另一个3D打印巨头美国3DSystems实施合并后，更是成为该领域材料和打印机设备的领军公司。该公司宣传称，3D打印技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工、汽车、航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程以及其他领域都有所应用。　　而荷兰的创新企业Shapeways推出了“云打印”概念，它像社交网络一样打造自己的用户社区，顾客可以在网上选定产品的三维设计方案，或直接上传自己设计好的3D模型，并选择材料，支付一定费用后，Shapeways会用3D打印机将其制造出来并邮寄上门，截至2012年6月，该公司累计打印超过100万件产品，其制造社区中有超过6000家提供设计服务的商家和个人。　　3D打印挑战中国 　　　　劳动力所占生产成本下降、个性化、快捷性和低成本对传统制造业大国敲响警钟　　以3D打印为代表的数字化制造技术，被《经济学人》杂志认为是引发第三次工业革命的关键因素，“其将改写制造业的生产方式，进而改变产业链的运作模式”。　　首先，数字化制造技术将大大减少直接从事生产的操作工人，劳动力所占生产成本比例随之下降。此外，数字化制造的个性化、快捷性和低成本能够更快地适应本地市场需求的变化，包括满足小批量产品的生产需求。这些都促使发达国家鼓励厂商把部分制造业迁回本国，对中国这样的传统制造业大国无疑敲响了警钟。　　不过，中国在3D打印方面的理论研究和尝试并不算晚。富庶而开放的江浙一带已有不少企业在运用这项技术，仅昆山一地，就有20余家企业利用3D打印为周边发达的产业集群提供设计打样服务。在杭州，一家名为铭展科技的公司，也在打造3D模型分享社区，公司所建的4个个人3D打印QQ群，现在已经有3个满员了。北京最近开出一家3D打印体验馆，只需十几分钟的360度扫描照相，再加三四个小时的3D打印制作，一个形象逼真立体的人物塑像就可以制作完成。    　　业内人士将2012年的3D打印机视为像1977年个人计算机和1990年网页浏览器一样，是一个崭新的市场从萌芽期进入成长期的转折点。虽然3D打印技术目前尚未颠覆传统制造业——传统制造业的规模效应依然占据优势，但前者正慢慢抢走市场份额。　　工信部已经嗅出了危机的味道。2012年12月14日，工信部副部长苏波在增材制造技术国际论坛上透露，中国将提速3D打印技术的研发和产业化。这一信息标志着3D打印正式纳入了中国工业主管部门的视野。日前，科技部有关人士表示，目前3D打印相关战略规划正在研究制定中，有望于2013年3月两会后公布。而在湖南省，由于湖南华曙高科技公司等一批在3D打印领域取得突破的引领下，首次将“3D打印”写进省政府工作报告，重点在新能源汽车、3D打印装备等领域，培育一批国家级企业技术创新平台。　　长春追赶3D打印　　长春光机所拥有激光精密技术，中科院长春应化所则拥有3D打印液态材料技术　　从2011年开始，长春明威科技有限责任公司成为Object产品东北三省的总代理。“从全球的实际应用来看，发达国家应用要多于发展中国家。而从中国的实际销售来看，长三角珠三角等发达地区，要明显好于北方。”明威科技总经理杨利民说，再细点来说，吉林省的销售比辽宁省、黑龙江省还要差了很多。　　杨利民说，Object中国市场每年的销售额，大约占到其全球销售额10%不到的样子，而东三省的销售，只占到长三角、珠三角销售额的很小一部分，吉林省的销售则排在最后。长春盖尔瑞孚艾斯曼汽车零部件有限公司是一家中外合资企业，它负责为一汽大众、上海大众汽车制造商提供等手动挡、自动挡换挡手柄。而Object的3D打印机在吉林省的实际销售，只有盖尔瑞孚艾斯曼一台。　　“我们的销售和推广精力主要集中在辽宁、黑龙江等地区。”杨利民对记者说，按说汽车制造是吉林省的支柱产业，对工业设计的需求量应该很大，但实际情况并非如此，许多吉林的汽车配套企业，似乎对这项新技术并不太感兴趣，这从几次推广活动的反馈情况就可以看出来。一位在吉林颇具规模的模具公司老板对记者坦言，他并没有听过3D打印技术，由于意识的问题，自己的公司甚至连销售部门和研发部门才刚刚成立，所以尚无精力对这个创新技术感兴趣。 　　在吉林省，中科院长春光机所的有关领导，要求中科院长春光机所微电子设备工程中心研发部主任吴玉斌对3D打印设备进行调研。　　从2012年初开始，吴玉斌参加了许多关于这一技术的研讨会。在吴玉斌看来，长春光机所拥有非常先进的激光精密技术，而中科院长春应化所，则拥有世界上最先进的3D打印液态材料技术，这些要素都是3D打印的研究核心。目前所需要的，就是巨大的投入，这种投入的量级是市场难以承受的。　　小型3D打印机已激增为一块“看得见的”市场，同时，也带动工业级3D打印机市场逐渐有了起色。快速制造领域国际权威报告《沃勒斯报告2012》显示，截至2011年，全球累计销售4.9万台工业级3D打印机，其中近四分之三由美国制造，以色列和欧洲各国的份额分别为9.3％和10.2％，中国生产的设备仅占3.6％，与日本相当。而全球领先的六家3D打印设备制造公司，2008年销售收入达6.96亿美元，占行业总收入近60％。
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