3D打印助力再工业化 中国何去何从
- 2013-09-18 15:09:331087
3D打印是工业制造领域“快速成型机”的俗称，如今却成了“一项改变世界的新技术”。3D打印的初原理，早在100多年前的照相雕塑和地貌成形技术中就有应用。但只是到了20世纪90年代信息革命之后，数据分析大规模普及，这项技术才开始逐渐应用在工业领域。3D打印通过计算机分层软件将物体的三维模型进行均等切分，还原成二维的“切面”，然后一层一层累积“打印”出来，这是典型的“加法”制造。
近几年，欧美发达国家通过3D打印技术，成功地“打印”出了手枪、自行车、汽车、电控飞行器等实物，虽然其质地和耐久程度与传统工艺还有差距，但确实正在开启制造业的新空间。美国比较的3D打印服务提供商Shapeways的执行官曾表示，他们已经“打印”了75万种产品，使用的材料包括塑料、不锈钢、银、陶瓷和玻璃等。同时，在珠宝制造和模型制作以及时装业、电影业、建筑业等10多个不同的行业和领域，3D打印正在获得更广泛的应用。美国《时代周刊》甚至将3D打印产业列为“2012年美国增长快的工业”。
受金融危机和欧债危机的影响，欧美等发达国家纷纷推行以重振制造业为核心的"再工业化"战略，积极抢占*制造业制高点，以关键领域技术创新为核心，力图掌控新一轮技术创新主导权，并积极谋求生产方式的变革与商业模式创新，以确立在第三次工业革命进程中的优势地位。
美国计划成立15个创新中心，其中以3D打印为主。美国总统奥巴马在国情咨文演讲中表示，计划建设一个包含15个制造创新中心的全国性网络，希望专注于3D打印和基因图谱等各种新兴技术。奥巴马提到了在杨斯顿（Yongstown）新建的美国国家增材制造创新学会（NationalAdditiveManufacturingInnovationInstitute），这个创新中心由美国联邦政府出资，并得到了60所高校和企业的协助。该中心的目的是研究如何利用3D打印技术全面提升美国制造业。奥巴马称，还将在其他地方新建类似的中心，并宣布启动另外3个制造中心，使得企业与美国*和能源部合作将落后于化的地区，转变成的高科技中心。
一些迹象表明，美国通用电气、卡特彼勒以及福特等大企业正在觉醒，开始在本土大规模投资*制造业，而中国以及其他新兴经济体制造业的增长势头在2012年已显露疲态。
不同的研究者从不同的视角定义“新工业革命”。相对而言，*中国现代化研究中心的研究比较周密。
他们对近代以来的科技革命进行了细分：次革命是近代物理学的诞生；第二次是蒸汽机和机械革命；第三次是电气和运输革命；第四次是相对论和量子力学革命；第五次是电子和信息科技革命。
课题组认为，目前都处于“第六次科技革命”的前夜，这将是一次“新生物学和再生革命”。其主要内容涉及生命科学、信息科学、纳米科学、仿生工程和机器人的结合，信息转换器、人格信息包、两性智能人、人体再生和互联网的结合等。
由此，人类将获得3种新的“生存形式”——网络人、仿生人、再生人。在此基础上，人类将以新的存在形式，离开地球走向太空，在更广大的宇宙中创造更的文明，从而引发下一次也就是第七次科技革命——“新物理学和时空革命”。
课题组负责人何传启预测，第六次科技革命将在2020年前后爆发，而第七次科技革命大约在2050年前后开始。
“这为中国科技发展提供了难得的机遇，如果我们能够超前布局，就可以抢占制高点，有可能成为‘*’。相反，如果无所作为，那当然就会坐失良机。”
事实上，3D打印技术的深层应用的确与人类“再生工程”有关。
颜永年去年年底曾就“生物制造”话题做了一个详尽报告。他介绍说，目前3D打印技术正试验“打印”生物体的细胞组织结构，下一步就是要“打印”人体的皮肤、软骨、肌肉、血管、气管。这种基于3D打印原理而产生的生物技术，被称为“细胞三维受控组装工艺”。
这方面，中国的研发进度并不落后。清华大学相关的课题组与医疗机构联合试验，用3D打印技术制造动物骨骼支架，“一共做了24条狗，100多只兔子”。
作为中国3D打印技术产业联盟顾问，颜永年强调，3D打印使得人体组织和器官的再生手段大大丰富和加强。
他认为，20年后人们将弄明白自身器官的运行机理，而用不了50年就能制造出所有的人体器官。人确实有可能成为“造物者”。
革命性的创新技术在完全释放出它的能量之前，往往看不出什么“*性”。但因此而缺乏紧迫感甚至跟不上趟的国家，一定会丧失机遇。
去年10月，中国3D打印技术产业联盟成立，与会专家一致认为，3D打印技术作为制造业领域的一次重大技术革命，已经广泛应用到航空、航天等军事领域和大型复杂构件的一次成型制造，是传统制造技术与新材料的结合。
该联盟认为，中国在3D打印技术的核心领域已经与美国、以色列等巨头“基本处于同一水平”，但是，在材料和软件开发、装备等方面还有一定的差距，还需要引起政府主管部门的重视，并在重大技术专项等方面给予扶持。
北京航空航天大学材料学院王华明教授被推举为联盟首任理事长。他所研发的“高性能金属构件直接制造技术”，属于3D打印的工业级应用。
与那些“打印”出来的塑料玩具不同，王华明的技术利用激光束，对粉末或丝材进行逐层熔化、快速凝固、逐层堆积，能够直接制造出强度足够高的金属零部件。
举例而言，在制造领域，像F22猛禽战斗机和波音787大客机都需要钛合金结构件，如采用传统锻造和机械加工工艺，既耗时又费力，还需要数万吨级重型液压锻造装备进行加工，材料利用率通常不足10%。但应用3D打印就不同了。
中国正在研发的C919大型客机，其机头工程样件就需要钛合金主风挡窗框。该部件从欧洲订购需要两年，每个部件的锻造仅模具费就要50万美元。而采用王华明的激光直接制造技术，从制造零件到装上飞机仅用了55天，零件费用还不到其模具费的五分之一。
业内人士称，王华明的3D打印技术具有材料利用率高、加工量小、柔性等优点，在工业制造领域是个“革命性”突破，目前美国等发达国家也不掌握其中的关键技术。
王华明对于民用级别的低端3D打印能否广泛应用持保留态度。“真正的一把小小的金属材料手枪，根本不需要3D打印，因为‘打印’出的手枪金属零件精度达不到要求、成本还高、速度也不快。用传统机床去加工这些手枪的简单金属小零件，既不费料、也不费时，不仅速度快、精度高，而且成本低。”他举例说。
同时，他也不认为3D打印技术能与“第三次工业革命”画等号，应该说这只是新工业革命的一个重要元素。
毕竟，3D打印的产值在制造业中所占份额仍然微不足道。2011年，3D打印市场规模为17.1亿美元，仅占世界制造业总产出的0.02%。
目前，投身于3D打印行业的国内企业并不少，但多数公司都聚集在设备应用领域。据业内人士反映，3D打印的产业链很长，材料、高精度喷头、数控设计等几项基础性“共性技术”，仍然需要从国外采购，而单个企业往往无法靠自己的力量突破这些技术“瓶颈”。
事实上，中国制造业进行产业升级的主要难点就在这里：国内企业习惯于从国外引进技术，或者参照已有的技术路线进行开发，以“规模追赶”来确立自己的优势。但这种过于重视短期效应、急于求成的心态，往往使得中国企业“永远处于追赶当中”，因为“当你追上的时候，人家已经踏上另一个赛道了”。
面对“新工业革命”的挑战，真正的成功者必须有进行“颠覆性技术研究”，并快速实现产业化的能力，而失败者一定是那个“低着头只会跟跑的”。
有专家建议，中国政府和企业必须设立专门的机构和公司，“对未来产业进行深入研究”，以发现、注册高新技术，先期占领未来产业发展制高点为使命。而有关的金融机构，也有责任对前瞻性的新兴技术尤其是基础研究，加大投资力度。
柳卸林认为，*政府应对全国产业有核心辐射能力的领域进行支持，尤其是需要大量基础研究的领域，如集成电路、大飞机、航天等；地方政府扮演的是接力棒的角色，它不做基础研究，但可以把科研院所、大学的一些技术成果介绍出去，让企业家来作判断。“我国要建立一种互动的机制，包括*与地方的互动，科学与产业的互动。”
“政府的钱不但要投资新技术，政府部门尤其是政府采购，还要成为新技术、新产品的试验场。”李才元认为，在目前技术竞争格外激烈的局面下，政府必须主动扮演好“新市场培育者和孵化者”的角色。
同时，要在大学科研机构建立“伯乐体制”，筛选出真正有竞争力的“技术千里马”；还要在金融市场推进“科技金融”的主导战略。只有这样，新产业才能在市场、人才、资金三个方面得到有力的支持。