3D打印为何会成为一股强大科技力量

20世纪80年代后期，3D打印机的横空出世，开启了增材制造新时代。近年来，借着新一轮科技革命和产业变革的东风，3D打印步入快速发展期。世界各国纷纷将其作为未来产业发展新的增长点加以培育，如2012年美国将“增材制造技术”确定为首个制造业创新中心（后更名为“美国制造”），欧盟、日本、韩国、新加坡、俄罗斯、南非、印度等国也通过各种措施推进3D打印产业发展。

我国的3D打印技术与世界先进水平基本同步，但产业化仍处于起步阶段。未来，3D打印将朝着速度更快、精度更高、性能更优、质量更可靠的方向发展，成为一股强大的科技力量。

趋势一：桌面级市场已陷入“红海” 掘金工业级正当时

近几年，桌面3D打印机“叫好又叫座”，销量呈现大幅增长，而工业级3D打印机则略显惨淡。根据大数据公司CONTEXT的数据，2015年全球桌面3D打印机销量增长了33％，工业级3D打印机则下降了9％；2016年上半年全球桌面3D打印机同比增加15％，工业级3D打印机却减少15％。桌面3D打印机门槛低、设计简单，是企业进军3D打印领域的较好入口。但经过多年的发展，桌面级市场竞争已近“白热化”，加之利润小、精度低、实用性不佳，天花板效应明显。

而工业级市场契合了智能制造的理念，可广泛运用于汽车、航空航天、机械工业、医疗等市场需求大、发展潜力大的领域，随着技术的逐渐成熟和成本的不断降低，将会爆发出难以想象的巨大能量。

2015年底，全球3D打印巨头3D Systems公司宣布停产消费级桌面3D打印机，转向更赚钱的专业级和工业级市场；2016年初，国内3D打印技术大咖西通电子在珠海宣布全面进军工业级3D打印领域。

趋势二：金属3D打印领域快速发展应用端空间渐打开

金属3D打印被称为“3D打印王冠上的明珠”，是门槛最高、前景最好、最前沿的技术之一。同样来自CONTEXT发布的数据，2015年全球金属3D打印机销量增长了35％，2016年上半年同比增长17％，可以说是工业级3D打印领域逆势上涨的一朵“奇葩”。在汽车制造、航空航天等高精尖领域，有些零部件形状复杂、价格昂贵，传统锻铸工艺生产不出来或损耗较大，而金属3D打印则能快速制造出满足要求、重量较轻的产品。

2015年11月，奥迪公司使用金属3D打印技术按照1：2的比例制造出了Auto Union（奥迪前身）在1936年推出的C版赛车的所有金属部件；2016年9月，GE斥资14亿美元收购了瑞典Arcam公司和德国SLM Solutions集团两大金属3D打印巨头，加快布局3D打印航空发动机零部件业务。此外，医疗器械、核电、造船等领域对金属3D打印的需求也十分旺盛，应用端市场正逐渐打开。

趋势三：3D打印产业化还需时日 “增”“减”制造长期共存

3D打印采用增材制造技术，是对以“减材制造”“等材制造”为基础的传统制造业的创新与挑战，但并不是非此即彼的关系，而是并存互补的关系。

从历史看，传统制造业经过了几千年的积累和发展，技术、工艺、材料等已经非常成熟，而3D打印则是一个新生事物，只有30多年的发展历程，在速度、精度、强度等方面还有诸多限制。

从现状看，当前3D打印市场份额十分有限，专业咨询机构Wohlers Associates发布的数据显示，2015年全球3D打印市场规模为51．65亿美元，至2020年将达到212亿美元，而这与数十万亿美元的制造业市场相比，还微乎其微。

相比传统制造，3D打印研发周期更短、用料更省，在小批量、个性化定制等方面优势明显，但在大规模生产方面存在着许多不足之处。增材制造虽然不能完全替代减材制造、等材制造，但作为传统制造技术的有益补充，3D打印将极大地推动制造业的转型升级。

趋势四：产品生产方式加速变革 “整”“分”制造携手共进

3D打印是“工业4．0”时代最具发展前景的先进制造技术之一，它从两个方面改变了产品的生产方式：一方面，传统制造业以“全球采购、分工协作”为主要特征，产品的不同部件往往在不同的地方进行生产，再运到同一地方进行组装。而3D打印则是“整体制造、一次成型”，省去了物流环节，节约了时间和成本。

另一方面，传统制造业以生产线为核心、以工厂为主要载体，生产设备高度集中。而3D打印则体现了以大数据、云计算、物联网、移动互联网为代表的新一代信息技术与制造业的融合，生产设备分散在各地，实现了分布式制造，从而省去了仓储环节。

“整体制造”和“分布式制造”在字义上看似矛盾，在3D打印技术上则实现了统一，前者强调生产过程，后者强调生产行为，共同推动着产品生产方式的变革。

趋势五：成型尺寸向两边延伸 “大”“小”产品颠覆想象

随着3D打印应用领域的扩展，产品成型尺寸正走向两个极端：一方面往“大”处跨，从小饰品、鞋子、家具到建筑，尺寸不断被刷新，特别是汽车制造、航空航天等领域对大尺寸精密构件的需求较大，如2016年珠海航展上西安铂力特公司展示的一款3D打印航空发动机中空叶片，总高度达933毫米。

另一方面向“小”处走，可达到微米纳米水平，在强度硬度不变的情况下，大大减轻产品的体积和重量，如哈佛大学和伊利诺伊大学的研究员3D打印出比沙粒还小的纳米级锂电池，其能够提供的能量却不少于一块普通的手机电池。未来，3D打印的成型尺寸将不断延伸，从大的不可思议到小的瞠目结舌，“只有想不到的，没有做不到的”。

趋势六：材料瓶颈待攻克 “质”“量”趋升“价”趋降

“巧妇难为无米之炊”。3D打印材料是3D打印技术发展不可或缺的物质基础，也是当前制约3D打印产业化的关键因素。近年来，随着3D打印需求的增加，3D打印材料种类得到了迅速拓展，主要包括高分子材料、金属材料、无机非金属材料等三大类。但与传统材料相比，3D打印材料种类依然偏少。

以金属3D打印为例，可用材料仅有不锈钢、钛合金、铝合金等为数不多的几种。另外，3D打印对材料的形态也有着严格的要求，一般为粉末状、丝状、液体状等，相比普通材料价格比较昂贵，根本无法满足个人与工业化生产的需要。足够多“买得起”的材料才能为技术的发展提供足够多的选择空间、为应用的扩展提供足够多的想象空间。

未来，3D打印材料将成为研究开发的焦点、资本涌入的风口，材料种类、形态将得到进一步拓展，价格下降可期，精度、强度、稳定性、安全性也更加有保障。

趋势七：“黑科技”闯进医疗界手术可“排练”、治疗更精准

3D打印的“个性化定制”与医疗行业的“对症下药”有着天然的契合性，二者的结合主要体现在四个方面：一是术前演练，利用3D打印技术还原出病患部位模型，让医生更直观地了解病理结构，增加了手术的成功率；二是医疗器械，包括助听器、护具、假肢等外部设备以及关节、软骨、支架等内植物；三是“量身”制药，根据患者的生理特点、具体需要调配药物，提高了药物的有效性；四是生物打印，用人造血管、心脏、神经、皮肤等来修复、替代和重建病损组织和器官。尽管3D打印在医疗领域的应用还面临着材料、成本、精度、标准等制约，市场规模也较小，但考虑到医疗领域巨大的需求潜力与极小的需求弹性，3D打印在医疗领域的应用将不断扩展，在实施更为精准的诊疗方案、提供更为充足的移植器官等方面大显身手。

趋势八：3D打印牵手云制造有商业影响力的平台不断涌现

全球已经进入了高度的信息化时代，互联网作为信息化的重要工具正在重新定义各行各业。3D打印设备尚未普及，技术使用也不“傻瓜”，没有设备、没有技术的普通人该怎样实现自己的设计想法呢。

成立于2008年的Shapeways公司搭建了一个基于互联网的3D打印平台，担当起服务供应商和需求用户之间的“红娘”，解决了用户的这个“痛点”。如今，MakeXYZ、3DLt、3DHubs、先临三维、光韵达、魔猴网等也做着类似的事情，南京壹千零壹号自动化科技公司的“1001号云制造平台”还入选2016年中国“互联网＋”在工业应用领域十大新锐案例之首。

“互联网＋3D打印”开拓了一种全新的商业模式——“云打印”，并将共享经济的思维引进来，闲置的3D打印机得到了有效使用，客户也能选择称心如意的设备和供应商。

趋势九：混合打印创造更多可能功能材质色彩也“混搭”

随着3D打印技术的发展，人们对3D打印机的期望越来越高，早已不满足于单一功能、单一材质、单一色彩等。未来，3D打印机可实现3D打印技术与传统数控机床技术（或不同3D打印技术）的自由切换，实用性将变得更强；3D打印机的“口粮”更加丰富，金属、塑料、橡胶等多种材料（或不同属性的材料）的混合使用，将加工出结构更为复杂的产品；打印出的产品也会五彩缤纷。

如日本研发出的一款五轴混合3D打印机（由3D打印机与数控铣床混合而成），能够在现有工业级5轴控制技术的基础上连续进行挤出式3D打印和铣削作业；MIT研发的MultiFab 3D打印机能同时处理包括晶状体、纺织物、光纤等10种材料；加拿大的ORD Solutions公司推出的一款3D打印机，可以使用五种不同颜色的线材打印出多彩作品。