3D打印中國科研領(lǐng)先應(yīng)用落后 央企如何玩轉(zhuǎn)小眾市場(chǎng)？

“3D打印技術(shù)市場(chǎng)潛力巨大，勢(shì)必成為引領(lǐng)未來制造業(yè)趨勢(shì)的眾多突破之一�！�2012年4月，英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》在其封面文章《第三次工業(yè)革命》中，對(duì)3D打印變革性技術(shù)的定位，使其再次成為世界制造業(yè)矚目的焦點(diǎn)。

眼下，以GE、西門子、空客等為主的制造業(yè)“大佬們”，已經(jīng)在3D打印市場(chǎng)頻頻發(fā)力。處于轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)程中的央企，勢(shì)必迎來一場(chǎng)世界級(jí)的3D打印產(chǎn)業(yè)較量。

3D打印的革命性在哪里

3D打印究竟是什么，它因何具有引領(lǐng)工業(yè)革命的變革力？尋求問題的答案，當(dāng)然還需從理解這一技術(shù)本身出發(fā)。

“最早，3D打印在學(xué)界更多地被稱為增材制造。差不多在2013、2014年以后，兩個(gè)詞慢慢就通用了，現(xiàn)在就是混用了�！眹�家制造業(yè)信息化培訓(xùn)中心3D辦主任魯君尚在接受《國資報(bào)告》記者采訪時(shí)表示。

披著“3D打印”這件外衣，增材制造這一學(xué)科色彩濃厚的專業(yè)名詞，得以進(jìn)入公眾視野，并被廣為傳播和認(rèn)知。增材制造，主要與傳統(tǒng)制造業(yè)中的“減材制造”或“等材制造”相對(duì)而言。顧名思義，“等材制造”是采用鑄造、焊接及鍛壓等技術(shù)對(duì)材料進(jìn)行加工,制造過程基本不改變或較少改變材料的量�！皽p材制造”則是利用切削機(jī)床對(duì)毛坯進(jìn)行加工，由大變小，形成最終所需要形狀的零件。

然而，與以上兩種傳統(tǒng)制造技術(shù)不同，“增材制造”是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。簡(jiǎn)單說來，3D打印就相當(dāng)于“從無到有做加法”。

“這就像蓋房子，一層層往上壘磚砌墻，只不過用的不是方磚水泥，而是工程塑料、粉末、尼龍、光敏樹脂甚至是金屬、陶瓷等不同的材料�！标P(guān)于3D打印，清華大學(xué)教授、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問顏永年打了個(gè)比方。

因此，3D打印的三個(gè)特性值得關(guān)注：其一，它需要借助數(shù)字軟件建立模型；其二，生產(chǎn)過程不產(chǎn)生“浪費(fèi)”；其三，3D打印原料為一個(gè)龐大而復(fù)雜的材料系統(tǒng)。正是基于3D打印的三個(gè)重要特性，使其能夠廣泛應(yīng)用于汽車、航空、電子、醫(yī)療設(shè)備、牙科器械、玩具、家具制造、建筑、藝術(shù)和時(shí)尚等多個(gè)領(lǐng)域，逐步嵌入制造業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

據(jù)全球權(quán)威3D打印研究機(jī)構(gòu)Wohlers Associates統(tǒng)計(jì)，2014年全球3D打印產(chǎn)品和服務(wù)市場(chǎng)增長(zhǎng)35.2%，達(dá)到41.03億美元，達(dá)到增材制造行業(yè)增長(zhǎng)最高峰。預(yù)計(jì)到2019年，該行業(yè)的收入將達(dá)69億美元。

無怪乎英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》這樣描述：工業(yè)機(jī)器人技術(shù)步入成熟，取代了流水線上的工人；大規(guī)模制造逐漸被分散為3D打印的直接制造與個(gè)性化定制生產(chǎn)……正是由于3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，將使工廠徹底告別車床、鉆頭、沖壓機(jī)、制模機(jī)等傳統(tǒng)工具，從而轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N更加靈活、投入更少的生產(chǎn)方式，因此稱其為第三次工業(yè)革命到來的標(biāo)志。

中國為何科研領(lǐng)先，應(yīng)用滯后

不過，面對(duì)同一種極具變革力和市場(chǎng)前景的新興技術(shù)，中美兩國產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的差異性，某種程度折射出中國3D打印相對(duì)薄弱、散亂的產(chǎn)業(yè)化困局。

早在美國科學(xué)家Charles Hull發(fā)明出世界上第一臺(tái)3D打印機(jī)之后，美國科技學(xué)術(shù)界便對(duì)這一新興技術(shù)應(yīng)用前景持續(xù)看好。在20世紀(jì)90年代初，美國麻省理工學(xué)院（MIT）獲3D印刷技術(shù)專利，很快MIT和3D System公司就各自開發(fā)了三維打印系統(tǒng)，隨后ZCorp、ObjetGeometries和Stratasys 也把以疊層制造技術(shù)為基礎(chǔ)的3D打印產(chǎn)品推向了市場(chǎng)。

近年來，以Stratasys和3D System為代表的新興企業(yè)，占據(jù)了美國3D打印市場(chǎng)的半壁江山。而昔日分布于傳統(tǒng)制造業(yè)上下游的軟件、硬件巨頭，更是不甘落后。

從3D打印的上游軟件供應(yīng)商來看，微軟已于近日宣布將發(fā)布一種專門用于3D打印的全新文件格式3MF，而數(shù)據(jù)文件格式是3D打印軟件、硬件運(yùn)行的基石，以此來引領(lǐng)3D打印軟件的標(biāo)準(zhǔn)制定；而對(duì)于中游的3D打印材料領(lǐng)域而言，美國大型化學(xué)公司杜邦，推出商業(yè)化樹脂Somos系列用于3D打印；作為3D打印產(chǎn)業(yè)鏈下游的應(yīng)用商，GE的3D打印計(jì)劃早已于十年前開始布局，GE石油和天然氣部門，更是預(yù)計(jì)到2015年油料噴嘴將全部使用3D打印技術(shù)制造。

以產(chǎn)業(yè)需求作為拉動(dòng)力，以海量原創(chuàng)專利技術(shù)為支撐，美國3D打印產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成清晰的產(chǎn)業(yè)鏈條。反觀中國，3D打印產(chǎn)業(yè)化，則顯得有些動(dòng)力不足。

“從研究水平來看，中美兩國普遍差不太多。但是，產(chǎn)業(yè)化還是有點(diǎn)距離�！弊鳛橹袊�3D打印的先行者，顏永年感受著兩國產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的明顯差距。

近年來，國內(nèi)包括西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、清華大學(xué)和北京航空航天大學(xué)等在內(nèi)的高校，已經(jīng)在技術(shù)領(lǐng)域與西方發(fā)達(dá)國家基本持平。但在應(yīng)用領(lǐng)域，中國的3D打印應(yīng)用供給卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上市場(chǎng)需求。

以在3D打印產(chǎn)業(yè)布局較早的中國航空工業(yè)集團(tuán)公司（下稱中航工業(yè)）為例，旗下上市公司中航重機(jī)，2011年7月與控股子公司中航（沈陽）高科技有限公司、王華明研發(fā)團(tuán)隊(duì)共同投資成立中航激光成形制造有限公司（下稱“中航激光”），開始布局3D打印產(chǎn)業(yè)。

在后來的市場(chǎng)開拓中，中航重機(jī)雖然不惜重金布局，但是受制于3D打印市場(chǎng)應(yīng)用極為有限，盈利能力成為制約其發(fā)展的重要因素。

此外，制約中國3D打印產(chǎn)業(yè)化的另一因素，在于企業(yè)盲目跟風(fēng)，炒作圈錢。記者通過對(duì)比若干上市公司研報(bào)發(fā)現(xiàn)，具有3D打印概念的上市企業(yè)，大多選擇通過購入3D打印設(shè)備，或小規(guī)模進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研發(fā)等路徑試水這一產(chǎn)業(yè)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在國內(nèi)從事3D打印生產(chǎn)、服務(wù)、工藝等業(yè)務(wù)的近百家企業(yè)中，有核心技術(shù)的只有20~30家，而2012年全年的市場(chǎng)規(guī)模不足1億美元。除了部分完全市場(chǎng)化的企業(yè)盈利能力尚可外，另外的企業(yè)生存環(huán)境艱難。

找準(zhǔn)最具價(jià)值的應(yīng)用方向突破

沒有產(chǎn)業(yè)應(yīng)用作為基礎(chǔ)，中國3D打印企業(yè)缺乏創(chuàng)新動(dòng)力、技術(shù)缺乏明確方向，致使整個(gè)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)“散、亂、弱”的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)。

“現(xiàn)在面臨的一個(gè)主要問題就是，3D打印需要其從最能顯現(xiàn)其價(jià)值的方向和點(diǎn)上先突破開來。”魯君尚對(duì)記者表示，“目前3D的重難點(diǎn)在于行業(yè)運(yùn)用，技術(shù)推動(dòng)只是一方面，需求拉動(dòng)才是根本�！�

那么，真正值得中國3D打印企業(yè)布局和關(guān)注的方面，究竟何在？這里，理清一種認(rèn)知上的誤區(qū)，顯得尤為重要。在魯君尚看來，3D打印不大可能將傳統(tǒng)制造技術(shù)全部顛覆掉，只能作為一種新的生產(chǎn)方式存在。未來兩者會(huì)在各自的應(yīng)用空間，形成長(zhǎng)久的互補(bǔ)。

認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)后，央企布局3D打印的方向?qū)⒅饾u清晰。只有將3D打印個(gè)性化、復(fù)雜化、高難度的特點(diǎn)與傳統(tǒng)裝備制造業(yè)擅長(zhǎng)的規(guī)�；�、批量化、精益化相結(jié)合，依托傳統(tǒng)裝備制造業(yè)已形成的技術(shù)、裝備、人才、市場(chǎng)等優(yōu)勢(shì)，才能快速、明確地推動(dòng)3D打印實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化，從而形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈，助推裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

“好多央企領(lǐng)導(dǎo)提起3D打印這股熱潮，認(rèn)為不能游離其外，搞明白的卻是少數(shù)。”國家凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、西北工業(yè)大學(xué)教授黃衛(wèi)東接受《國資報(bào)告》記者采訪時(shí)談到。

為此，黃衛(wèi)東指出了央企布局工業(yè)級(jí)3D打印極具發(fā)展?jié)摿Φ娜齻�(gè)方向：

首先，深入某些工業(yè)零部件的制造與生產(chǎn)環(huán)節(jié)。2014年，美國空客公司已將3D打印的塑料零部件用在A300/A310系列飛機(jī)及下一代A350寬體飛機(jī)上。空客表示，采用3D打印生產(chǎn)的飛機(jī)零部件重量減輕33%～55%，同時(shí)降低90%的原材料使用量；與傳統(tǒng)制造方法相比，這種顛覆性技術(shù)也能將生產(chǎn)中的總能耗最多減少90%。

在此方面，中航工業(yè)對(duì)于3D打印技術(shù)的應(yīng)用也由來已久。據(jù)中航工業(yè)的資料顯示，從2001年起，我國就開始重點(diǎn)發(fā)展以鈦合金構(gòu)件激光快速成型技術(shù)為主的激光3D打印技術(shù)。不過，在黃衛(wèi)東看來，中航工業(yè)的應(yīng)用還未達(dá)到大比例階段。

其次，新產(chǎn)品研制階段，利用3D打印技術(shù)縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。與傳統(tǒng)研發(fā)手段相比，3D打印技術(shù)生產(chǎn)汽車零部件可快速成型，運(yùn)用快速成形技術(shù)在設(shè)計(jì)早期驗(yàn)證產(chǎn)品裝配可行性時(shí)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)差錯(cuò)，快速驗(yàn)證關(guān)鍵、復(fù)雜零部件或樣機(jī)的原理。據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)零部件模具開發(fā)周期一般在45天以上，而3D打印技術(shù)可在沒有刀具、模具及工裝夾具的情況下，快速實(shí)現(xiàn)零件的單件生產(chǎn)，根據(jù)零件復(fù)雜程度，需要1~7天完成。

美國福特汽車已經(jīng)試圖大量運(yùn)用3D打印技術(shù)。在國內(nèi)，一汽無錫柴油機(jī)廠已開始利用3D打印快速成型技術(shù)，成功試制出柴油機(jī)測(cè)試設(shè)備鑄件，從而有效縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

第三，實(shí)現(xiàn)零件修復(fù)。由于3D打印最顯著的特點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的設(shè)計(jì)與制造�；�于此，3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的表面修復(fù)，如轉(zhuǎn)子、模具、燃汽輪機(jī)葉片、軋輥、齒輪等，其修復(fù)費(fèi)用不到重置價(jià)格的1/5，更重要的是縮短了維修時(shí)間，解決了大型企業(yè)重大成套設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)部件的快速搶修問題。

對(duì)此，顏永年曾在多個(gè)場(chǎng)合談及重型裝備制造領(lǐng)域蘊(yùn)藏的廣闊商機(jī)，在他看來：“3D核心產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目非常大，產(chǎn)業(yè)投資也非常大，同時(shí)也是我們國家外交的武器，核電屬于重型裝備制造，比起航天火箭更重型，是今后3D打印的‘處女地’�！�

產(chǎn)業(yè)布局不能一擁而上

在明確了3D打印產(chǎn)業(yè)高端化的應(yīng)用方向后，在資金、技術(shù)儲(chǔ)備、市場(chǎng)應(yīng)用等領(lǐng)域占據(jù)一定優(yōu)勢(shì)的央企，如何圍繞3D打印產(chǎn)業(yè)鏈展開布局，成為引領(lǐng)中國制造業(yè)成功轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵因素。

“當(dāng)前，的確是央企介入3D打印行業(yè)最好的時(shí)機(jī)。”世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)首席執(zhí)行官、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長(zhǎng)羅軍接受本刊記者采訪時(shí)表示。在他看來：“央企發(fā)展3D打印主要面臨的困境和挑戰(zhàn)是：缺乏原創(chuàng)技術(shù)、缺乏核心技術(shù)人才。應(yīng)根據(jù)企業(yè)自身實(shí)際，發(fā)揮比較優(yōu)勢(shì)，選準(zhǔn)突破口�！�

在3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈上游，主要包括精密機(jī)械、數(shù)控技術(shù)、信息技術(shù)、材料科學(xué)和激光技術(shù)。在此方面，航空航天、船舶重工和軍工企業(yè)，稱得上大有可為。

2015年，中船重工第705研究經(jīng)過一段時(shí)間的技術(shù)，該所在3D打印機(jī)技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，借助直接金屬激光燒結(jié)快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了3D打印，成為繼美國、德國的3D打印巨頭之后，世界上第四家掌握該技術(shù)的企業(yè)。
而在產(chǎn)業(yè)鏈中游，作為亟待攻克的3D打印材料問題，以中石化為代表的石油化工類央企，在企業(yè)2015年度工作會(huì)議上，提出把3D打印業(yè)務(wù)作為未來的一個(gè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，“研究探索開展3D打印業(yè)務(wù)，為開發(fā)3D打印材料創(chuàng)造條件”。

就產(chǎn)業(yè)鏈下游的三維模型設(shè)計(jì)服務(wù)、打印服務(wù)和打印產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域而言，2015年8月，作為中廣核旗下的核電工程建設(shè)和管理公司，中廣核工程有限公司與渭南高新區(qū)、陜西增材制造研究院三方圍繞3D打印與核電設(shè)備應(yīng)用技術(shù)合作簽訂合作框架協(xié)議，建立起中國核能設(shè)備配件3D打印技術(shù)研發(fā)及生產(chǎn)基地，試水中國核電裝備制造領(lǐng)域的3D打印業(yè)務(wù)。

縱然央企在3D打印的重型裝備制造領(lǐng)域大有空間可為，但作為貫穿產(chǎn)業(yè)鏈上中下游間的基礎(chǔ)性因素，人才缺口問題依然不可忽視。西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李滌塵教授認(rèn)為:“僅就人才而言，目前真正3D打印技術(shù)人才，全國也就七八個(gè)團(tuán)隊(duì)、四五十人，人才嚴(yán)重不足�！�

對(duì)此，魯君尚強(qiáng)調(diào)：“長(zhǎng)遠(yuǎn)的人才戰(zhàn)略布局，也應(yīng)成為央企布局3D打印產(chǎn)業(yè)時(shí)應(yīng)注意的問題�！痹谒�看來，傳統(tǒng)工業(yè)主要是“面向制造的設(shè)計(jì)”，而現(xiàn)在是“面向設(shè)計(jì)的制造”。如果未來3D打印比重能夠占到產(chǎn)業(yè)的1/3，整個(gè)產(chǎn)業(yè)的專業(yè)人員就需要有相應(yīng)的比例。但是，目前的教育體系還無法填補(bǔ)這一缺口，企業(yè)需要培養(yǎng)和儲(chǔ)備這類人才。

目前，無論是德國提出的工業(yè)4.0概念，或是美國的工業(yè)振興計(jì)劃，以3D打印為標(biāo)志的全球高端制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)已呈加劇態(tài)勢(shì)。2015年2月，《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015—2016年）》的出臺(tái)，無疑為實(shí)現(xiàn)“中國制造2025”注入一劑強(qiáng)心針。

據(jù)推測(cè)，未來3~5年將成為3D打印技術(shù)的關(guān)鍵機(jī)遇期，3D打印產(chǎn)值2016年將達(dá)百億元人民幣。當(dāng)傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)欣喜地迎接機(jī)遇時(shí)，面對(duì)潛伏的“新興產(chǎn)業(yè)危機(jī)”，羅軍警醒式地提出：“央企發(fā)展3D打印不能‘一擁而上’，一定要找到切入點(diǎn)。比如材料行業(yè)的央企應(yīng)該著力尋找在3D打印領(lǐng)域的材料突破；軍工和航空航天企業(yè)則可以從工業(yè)3D打印的應(yīng)用入手布局，可以考慮合作、并購等多種模式介入3D打印領(lǐng)域。3D打印相比較傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，是一個(gè)小眾市場(chǎng)，如果大多企業(yè)都介入到3D打印領(lǐng)域，則會(huì)形成新的產(chǎn)能過剩�！�
來自：國資報(bào)告