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(shí)間成為個(gè)性的代名詞。然而，隨著成本的居高不下以及市場(chǎng)的熱度逐漸消散，這個(gè)往日的“寵兒”似乎銷聲匿跡了。

　　但在“中國(guó)制造2025”的推動(dòng)下，3D打印再次迎來(lái)?yè)茉埔娙罩畽C(jī)。在政策的推動(dòng)下，頭頂光環(huán)的3D打印能否借勢(shì)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(lái)，從國(guó)務(wù)院正式發(fā)布《中國(guó)制造2025》規(guī)劃，到成立國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組，中國(guó)制造轉(zhuǎn)型升級(jí)由部署進(jìn)入實(shí)操階段，勾勒出中國(guó)由“制造大國(guó)”邁向“制造強(qiáng)國(guó)”的宏偉主線。

　　這意味著，國(guó)家的表態(tài)給中國(guó)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和制造業(yè)升級(jí)帶來(lái)機(jī)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(chǎng)規(guī)模巨大，2012年，3D打印規(guī)模銷售額達(dá)22.04億美元，較2011年增長(zhǎng)297%。預(yù)計(jì)到2017年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)50億美元，2021年則達(dá)108億美元。中國(guó)3D打印市場(chǎng)潛力巨大，未來(lái)幾年有望成為世界最大的3D打印市場(chǎng)。

　　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(cái)政部就已研究制定了《國(guó)家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016 年）》（后簡(jiǎn)稱《推進(jìn)計(jì)劃》）。

　　《推進(jìn)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)體系、大力推進(jìn)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(gè)角度優(yōu)化3D打印行業(yè)的未來(lái)發(fā)展。

　　參與組織起草《推進(jìn)計(jì)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(rèn)為，3D打印技術(shù)作為驅(qū)動(dòng)性制造手段，可以推動(dòng)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(fèi)品領(lǐng)域的多方需求。《中國(guó)制造2025》對(duì)3D打印的重要部署以及省、市級(jí)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(lái)了新機(jī)遇。

　　政策的利好，刺激了行業(yè)的熱度，一時(shí)間，大大小小的研討會(huì)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(guó)內(nèi)快速推廣相對(duì)較晚，還存在諸多的“硬傷”需要消化。

　　相對(duì)于傳統(tǒng)加工行業(yè)，3D打印技術(shù)有著它得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，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(duì)3D打印來(lái)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?cè)诋a(chǎn)業(yè)化發(fā)展面前的一座大山。

　　對(duì)此，天津九鈺機(jī)械有限公司負(fù)責(zé)人周成憲毫不避諱，它認(rèn)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(tái)3D打印機(jī)的效率僅僅是數(shù)控機(jī)床的十分之一，這完全達(dá)不到生產(chǎn)的規(guī)格。

　　“可以說，目前國(guó)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(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，我們還有很長(zhǎng)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(jī)床，然而，這在短時(shí)間內(nèi)是很難實(shí)現(xiàn)的。”

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

　　盡管在國(guó)內(nèi)屬于首創(chuàng)，但類似的想法，在國(guó)外眾多國(guó)家已經(jīng)屢有試驗(yàn)，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(jī)加工復(fù)合3D打印機(jī)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(duì)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(gè)形象的比喻告訴記者，這種創(chuàng)新就好像是3D打印機(jī)與機(jī)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(jī)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(píng)，以航天用火箭點(diǎn)火嘴來(lái)講，不僅點(diǎn)火效率和穩(wěn)定性更強(qiáng)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(wàn)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(jī)器，推進(jìn)3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。”

　　盡管研發(fā)水平突飛猛進(jìn)，但核心部件對(duì)國(guó)外的依賴性仍然沒有擺脫，這也折射出我國(guó)3D打印行業(yè)的另一短板。

　　得不到機(jī)器的“心臟”技術(shù)，企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本就會(huì)居高不下。以一個(gè)中小型企業(yè)來(lái)計(jì)算，一臺(tái)3D打印設(shè)備的價(jià)格在300萬(wàn)元-500萬(wàn)元之間，一個(gè)企業(yè)如果要實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，至少要購(gòu)置4臺(tái)這樣的設(shè)備，這樣一來(lái)，先期僅僅對(duì)機(jī)器的投入就需要1500萬(wàn)元。

　　不僅如此，國(guó)外生產(chǎn)的機(jī)器一般會(huì)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(guó)內(nèi)材料高出很多，這樣的負(fù)擔(dān)對(duì)于初創(chuàng)企業(yè)來(lái)講無(wú)疑是致命的。

　　顯然，目前想讓 3D 打印技術(shù)承擔(dān)裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重任，似乎還為時(shí)尚早，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)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(jì)組織模式帶來(lái)質(zhì)的改變。

　　“作為新興產(chǎn)業(yè)，我們勢(shì)必有很長(zhǎng)的路要走，但在未來(lái)的3-5年，中國(guó)的3D打印行業(yè)肯定將迎來(lái)一個(gè)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(dá)10年之久，我相信借助中國(guó)制造2025的發(fā)展契機(jī)，利用技術(shù)研發(fā)等優(yōu)勢(shì)，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(bǔ)

　　近幾年來(lái)，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(qiáng)人意，制約了3D打印應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展。

　　在我國(guó)3D打印行業(yè)中，耗材似乎也陷入了一個(gè)怪圈，市場(chǎng)的看好卻總是伴隨高成本的現(xiàn)實(shí)，一時(shí)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(jià)格便宜的幾百元一公斤，最貴的要四萬(wàn)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(jiǎn)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(dāng)中，他卻發(fā)現(xiàn)，高成本的耗材，可能是他最大的敵人。

　　“當(dāng)時(shí)我經(jīng)朋友介紹，去一家運(yùn)營(yíng)較為成熟的3D打印照相館，老板的反饋?zhàn)屛易罱K放棄了這個(gè)念頭。”李先生說。

　　李先生回憶說，當(dāng)時(shí)那家3D打印照相館的老板跟他說國(guó)產(chǎn)的耗材打印出來(lái)的產(chǎn)品成色相較于國(guó)外有一定的差距，但是成本卻能夠降低下來(lái)。以一個(gè)30厘米左右的人偶為例，如果使用國(guó)外進(jìn)口的耗材，僅成本就在2000-3000元，而國(guó)產(chǎn)耗材的成本僅為800-1000元左右。

　　而對(duì)于工業(yè)級(jí)3D打印來(lái)講，高昂的設(shè)備成本如果再加上價(jià)格不菲的耗材成本，對(duì)于企業(yè)來(lái)講無(wú)疑是滅頂之災(zāi)。同時(shí)，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(gè)原因造成的，一方面是國(guó)外企業(yè)對(duì)耗材工藝的壟斷和專利，另一方面則是國(guó)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(duì)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(shí)，天津九鈺機(jī)械還“另辟蹊徑”，通過優(yōu)化工藝，實(shí)現(xiàn)打印材料的二次應(yīng)用。“我們經(jīng)過多次試驗(yàn)，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(duì)企業(yè)控制成本來(lái)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(chǎng)平衡的重要砝碼。

　　進(jìn)入家庭尚需時(shí)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(lái)，玩具等行業(yè)是3D打印增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)，這也就意味著，3D打印的家庭化進(jìn)程也不容忽視。

　　對(duì)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(lái)更多的材料肯定會(huì)被運(yùn)用到3D打印中來(lái)，3D打印技術(shù)先后進(jìn)入了牙醫(yī)、珠寶、醫(yī)療以及食品行業(yè)，未來(lái)可應(yīng)用的范圍會(huì)越來(lái)越廣，家庭化也將慢慢實(shí)現(xiàn)。”

　　現(xiàn)實(shí)也確實(shí)如此，日前在第117屆廣交會(huì)上，國(guó)內(nèi)首款巧克力3D打印機(jī)的亮相，立刻引起了參觀人群的注意，消費(fèi)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(tái)3D打印機(jī)還可以打印出糖果。

　　“基于工業(yè)觸摸屏控制器進(jìn)行相關(guān)操作，只需有三維巧克力圖形，無(wú)需任何模具，就可以直接打印成個(gè)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(jì)科技園發(fā)展有限公司董事長(zhǎng)陳孝超說，“未來(lái)這款產(chǎn)品將主要針對(duì)家庭以及咖啡廳等場(chǎng)所使用。”

　　但是家庭化會(huì)那么容易實(shí)現(xiàn)嗎？答案未必那么樂觀。

　　打開購(gòu)物網(wǎng)站我們不難發(fā)現(xiàn)，搜索3D打印機(jī)器，售價(jià)動(dòng)輒1萬(wàn)元以上，便宜的產(chǎn)品也在6000元上下，這種價(jià)位的產(chǎn)品對(duì)于普通家庭來(lái)講性價(jià)比偏低。而且，材料的高昂費(fèi)用也會(huì)讓很多前衛(wèi)的家庭望而卻步。

　　在專家看來(lái)，3D打印設(shè)備像普通打印機(jī)那樣走進(jìn)千家萬(wàn)戶還需要較長(zhǎng)的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間的長(zhǎng)短取決于產(chǎn)品價(jià)值與打印成本。

　　中國(guó)科學(xué)院廣州電子技術(shù)研究所所長(zhǎng)李耀棠認(rèn)為，進(jìn)入家庭的產(chǎn)品有著強(qiáng)烈的價(jià)值屬性，如果產(chǎn)品花大價(jià)錢購(gòu)買的商品僅僅能夠用于打印簡(jiǎn)單的玩具或者紀(jì)念品，那么相信其銷售量不會(huì)十分理想。

　　“3D打印機(jī)大面積進(jìn)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(jī)動(dòng)輒就需要幾千塊，對(duì)于家庭來(lái)講還是太貴，我相信當(dāng)市場(chǎng)成熟起來(lái)，服務(wù)應(yīng)用豐富起來(lái)，家用3D打印機(jī)售價(jià)有望降到幾百元，那個(gè)時(shí)候它的價(jià)值才真正的顯現(xiàn)出來(lái)。”

　　無(wú)論如何，3D打印作為一種趨勢(shì)，正在飛速的發(fā)展。或許在不遠(yuǎn)的將來(lái)，這個(gè)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。