3D打印中國科研領先應用落后 央企如何玩轉(zhuǎn)小眾市場？

“3D打印技術市場潛力巨大，勢必成為引領未來制造業(yè)趨勢的眾多突破之一�！�2012年4月，英國《經(jīng)濟學人》在其封面文章《第三次工業(yè)革命》中，對3D打印變革性技術的定位，使其再次成為世界制造業(yè)矚目的焦點。

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打印市場頻頻發(fā)力。處于轉(zhuǎn)型升級進程中的央企，勢必迎來一場世界級的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，它因何具有引領工業(yè)革命的變革力？尋求問題的答案，當然還需從理解這一技術本身出發(fā)。

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

披著“3D打印”這件外衣，增材制造這一學科色彩濃厚的專業(yè)名詞，得以進入公眾視野，并被廣為傳播和認知。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”相對而言。顧名思義，“等材制造”是采用鑄造、焊接及鍛壓等技術對材料進行加工,制造過程基本不改變或較少改變材料的量�！皽p材制造”則是利用切削機床對毛坯進行加工，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)制造技術不同，“增材制造”是一種以數(shù)字模型為基礎，運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造物體的技術。簡單說來，3D打印就相當于“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。”關于3D打印，清華大學教授、中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問顏永年打了個比方。

因此，3D打印的三個特性值得關注：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”；其三，3D打印原料為一個龐大而復雜的材料系統(tǒng)。正是基于3D打印的三個重要特性，使其能夠廣泛應用于汽車、航空、電子、醫(yī)療設備、牙科器械、玩具、家具制造、建筑、藝術和時尚等多個領域，逐步嵌入制造業(yè)的設計、生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)。

據(jù)全球權威3D打印研究機構Wohlers Associates統(tǒng)計，2014年全球3D打印產(chǎn)品和服務市場增長35.2%，達到41.03億美元，達到增材制造行業(yè)增長最高峰。預計到2019年，該行業(yè)的收入將達69億美元。

無怪乎英國《經(jīng)濟學人》這樣描述：工業(yè)機器人技術步入成熟，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性化定制生產(chǎn)……正是由于3D打印技術的出現(xiàn)，將使工廠徹底告別車床、鉆頭、沖壓機、制模機等傳統(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)革命到來的標志。

中國為何科研領先，應用滯后

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

早在美國科學家Charles Hull發(fā)明出世界上第一臺3D打印機之后，美國科技學術界便對這一新興技術應用前景持續(xù)看好。在20世紀90年代初，美國麻省理工學院（MIT）獲3D印刷技術專利，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為基礎的3D打印產(chǎn)品推向了市場。

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、硬件運行的基石，以此來引領3D打印軟件的標準制定；而對于中游的3D打印材料領域而言，美國大型化學公司杜邦，推出商業(yè)化樹脂Somos系列用于3D打��；作為3D打印產(chǎn)業(yè)鏈下游的應用商，GE的3D打印計劃早已于十年前開始布局，GE石油和天然氣部門，更是預計到2015年油料噴嘴將全部使用3D打印技術制造。

以產(chǎn)業(yè)需求作為拉動力，以海量原創(chuàng)專利技術為支撐，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)化進程的明顯差距。

近年來，國內(nèi)包括西安交通大學、華中科技大學、清華大學和北京航空航天大學等在內(nèi)的高校，已經(jīng)在技術領域與西方發(fā)達國家基本持平。但在應用領域，中國的3D打印應用供給卻遠遠跟不上市場需求。

以在3D打印產(chǎn)業(yè)布局較早的中國航空工業(yè)集團公司（下稱中航工業(yè)）為例，旗下上市公司中航重機，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)團隊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)。

在后來的市場開拓中，中航重機雖然不惜重金布局，但是受制于3D打印市場應用極為有限，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，炒作圈錢。記者通過對比若干上市公司研報發(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打印設備，或小規(guī)模進行相關技術研發(fā)等路徑試水這一產(chǎn)業(yè)。

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

找準最具價值的應用方向突破

沒有產(chǎn)業(yè)應用作為基礎，中國3D打印企業(yè)缺乏創(chuàng)新動力、技術缺乏明確方向，致使整個產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)“散、亂、弱”的競爭態(tài)勢。

“現(xiàn)在面臨的一個主要問題就是，3D打印需要其從最能顯現(xiàn)其價值的方向和點上先突破開來�！濒斁�尚對記者表示，“目前3D的重難點在于行業(yè)運用，技術推動只是一方面，需求拉動才是根本�！�

那么，真正值得中國3D打印企業(yè)布局和關注的方面，究竟何在？這里，理清一種認知上的誤區(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。未來兩者會在各自的應用空間，形成長久的互補。

認識到這一點后，央企布局3D打印的方向?qū)⒅饾u清晰。只有將3D打印個性化、復雜化、高難度的特點與傳統(tǒng)裝備制造業(yè)擅長的規(guī)模化、批量化、精益化相結合，依托傳統(tǒng)裝備制造業(yè)已形成的技術、裝備、人才、市場等優(yōu)勢，才能快速、明確地推動3D打印實現(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。

“好多央企領導提起3D打印這股熱潮，認為不能游離其外，搞明白的卻是少數(shù)�！眹�家凝固技術國家重點實驗室主任、西北工業(yè)大學教授黃衛(wèi)東接受《國資報告》記者采訪時談到。

為此，黃衛(wèi)東指出了央企布局工業(yè)級3D打印極具發(fā)展?jié)摿Φ娜齻�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系列飛機及下一代A350寬體飛機上�？湛捅硎�，采用3D打印生產(chǎn)的飛機零部件重量減輕33%～55%，同時降低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)對于3D打印技術的應用也由來已久。據(jù)中航工業(yè)的資料顯示，從2001年起，我國就開始重點發(fā)展以鈦合金構件激光快速成型技術為主的激光3D打印技術。不過，在黃衛(wèi)東看來，中航工業(yè)的應用還未達到大比例階段。

其次，新產(chǎn)品研制階段，利用3D打印技術縮短設計時間。與傳統(tǒng)研發(fā)手段相比，3D打印技術生產(chǎn)汽車零部件可快速成型，運用快速成形技術在設計早期驗證產(chǎn)品裝配可行性時，可及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計差錯，快速驗證關鍵、復雜零部件或樣機的原理。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打印技術可在沒有刀具、模具及工裝夾具的情況下，快速實現(xiàn)零件的單件生產(chǎn)，根據(jù)零件復雜程度，需要1~7天完成。

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

第三，實現(xiàn)零件修復。由于3D打印最顯著的特點在于實現(xiàn)個性化的設計與制造。基于此，3D打印技術能夠?qū)崿F(xiàn)對產(chǎn)品的表面修復，如轉(zhuǎn)子、模具、燃汽輪機葉片、軋輥、齒輪等，其修復費用不到重置價格的1/5，更重要的是縮短了維修時間，解決了大型企業(yè)重大成套設備轉(zhuǎn)動部件的快速搶修問題。

對此，顏永年曾在多個場合談及重型裝備制造領域蘊藏的廣闊商機，在他看來：“3D核心產(chǎn)業(yè)項目非常大，產(chǎn)業(yè)投資也非常大，同時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)高端化的應用方向后，在資金、技術儲備、市場應用等領域占據(jù)一定優(yōu)勢的央企，如何圍繞3D打印產(chǎn)業(yè)鏈展開布局，成為引領中國制造業(yè)成功轉(zhuǎn)型升級的關鍵因素。

“當前，的確是央企介入3D打印行業(yè)最好的時機�！笔澜�3D打印技術產(chǎn)業(yè)協(xié)會首席執(zhí)行官、中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長羅軍接受本刊記者采訪時表示。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、缺乏核心技術人才。應根據(jù)企業(yè)自身實際，發(fā)揮比較優(yōu)勢，選準突破口�！�

在3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈上游，主要包括精密機械、數(shù)控技術、信息技術、材料科學和激光技術。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)過一段時間的技術，該所在3D打印機技術領域取得重大突破，借助直接金屬激光燒結快速成型技術實現(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年度工作會議上，提出把3D打印業(yè)務作為未來的一個經(jīng)濟增長點，“研究探索開展3D打印業(yè)務，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計服務、打印服務和打印產(chǎn)品應用領域而言，2015年8月，作為中廣核旗下的核電工程建設和管理公司，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打印與核電設備應用技術合作簽訂合作框架協(xié)議，建立起中國核能設備配件3D打印技術研發(fā)及生產(chǎn)基地，試水中國核電裝備制造領域的3D打印業(yè)務。

縱然央企在3D打印的重型裝備制造領域大有空間可為，但作為貫穿產(chǎn)業(yè)鏈上中下游間的基礎性因素，人才缺口問題依然不可忽視。西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室主任李滌塵教授認為:“僅就人才而言，目前真正3D打印技術人才，全國也就七八個團隊、四五十人，人才嚴重不足�！�

對此，魯君尚強調(diào)：“長遠的人才戰(zhàn)略布局，也應成為央企布局3D打印產(chǎn)業(yè)時應注意的問題�！痹谒�看來，傳統(tǒng)工業(yè)主要是“面向制造的設計”，而現(xiàn)在是“面向設計的制造”。如果未來3D打印比重能夠占到產(chǎn)業(yè)的1/3，整個產(chǎn)業(yè)的專業(yè)人員就需要有相應的比例。但是，目前的教育體系還無法填補這一缺口，企業(yè)需要培養(yǎng)和儲備這類人才。

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)振興計劃，以3D打印為標志的全球高端制造業(yè)競爭已呈加劇態(tài)勢。2015年2月，《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（2015—2016年）》的出臺，無疑為實現(xiàn)“中國制造2025”注入一劑強心針。

據(jù)推測，未來3~5年將成為3D打印技術的關鍵機遇期，3D打印產(chǎn)值2016年將達百億元人民幣。當傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)欣喜地迎接機遇時，面對潛伏的“新興產(chǎn)業(yè)危機”，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。比如材料行業(yè)的央企應該著力尋找在3D打印領域的材料突破；軍工和航空航天企業(yè)則可以從工業(yè)3D打印的應用入手布局，可以考慮合作、并購等多種模式介入3D打印領域。3D打印相比較傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)領域，是一個小眾市場，如果大多企業(yè)都介入到3D打印領域，則會形成新的產(chǎn)能過剩。”
來自：國資報告