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中国社会科学院工业经济研究所

3D打印的进展与前景

2020年07月02日来源:产经快评;《人民日报》    作者:李晓华

新冠肺炎疫情爆发导致对口罩、防护面罩、呼吸机等防护、医疗用品的需求暴涨,国际物流运输不畅进一步加剧了应急物资的短缺。为了解决应急物资短缺局面,美国、意大利、中国等许多国家的科学家、3D打印企业、创客纷纷利用3D打印机生产呼吸机分路器和呼吸阀、个人防护面罩,3D Printing Media Network甚至还创建了一个在线论坛,用于政府、医院、NGO组织发布需求,3D打印公司、专家和创客们分享3D打印的经验和生产能力。3D打印在全球新冠肺炎疫情防控中发挥了积极的作用,在一定程度上缓解了燃眉之急,也反映了该项技术普及度的提高和应用领域的扩展。

3D打印,也称增材制造,是以数字模型为基础,将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术。近年来,世界主要国家加大对3D打印技术的支持力度,全球3D打印产业呈现高速增长态势,从小到儿童玩具、工艺品,大到飞机、火箭中使用的高度复杂零部件,3D打印机已在广泛领域获得了应用。2019年,全球3D打印产业规模达约120亿美元,同比增长近30%,其中,3D打印设备、3D打印材料和3D打印服务三个细分产业的规模分别为53亿美元、29亿美元和38亿美元。美国拥有世界最大的3D打印产业,约占全球的40%,德国、中国分别居二、三位。

3D打印产业的快速发展是多方面因素共同推动的结果。一是研发投入的增长使3D打印技术不断完善,3D打印机功能更强、成本更低、速度更快。1985-2011年间,3D打印领域专利申请量年均增速仅有3.6%,2012年开始专利申请量快速增长,年增长率超过40%。二是打印材料种类的不断丰富,推动了3D打印机应用范围的扩大。3D打印材料主要包括金属材料、高分子材料和陶瓷材料,其中塑料仍然是使用最多的材料,但金属材料增长很快。据调查,2018年塑料的使用率达到65%,但比2017年下降了23个百分点,而金属材料提高到36%。金属材料的广泛使用带动了工业级3D打印机销售的增长,推动3D打印由消费级市场向高端制造市场拓展。三是汽车、电子、航天、医疗、制鞋等行业为了加快产品开发、改进产品性能、提高用户响应速度,也在积极探索3D打印技术在工业生产中的应用。四是中小学和教育培训机构设立3D打印机相关课程,推动了桌面3D打印机在学校、家庭和中小企业中的普及。

3D打印无需开模、一体成型、生产周期短,特别适合用于结构复杂产品、小批量产品的生产以及快速交付的需求,被广泛用于原型制作、定制生产以及复杂零部件制造等领域。但是3D打印由于自身特性和技术发展所限也存在明显的短板:3D打印机售价高、产品制作时间长,不具备规模经济性,大批量产品的生产成本明显高于传统加工方式、效率也更低;打印材料价格较高,而且种类仍非常有限,材料强度、加工精度等方面与传统精密加工方式仍存差距,限制了使用范围的扩大。总体上看,3D打印与传统制造工艺各有千秋,二者是不是相互替代关系,未来应该在各自擅长的领域发挥作用。

3D打印被看作引领新一轮科技革命和产业变革的核心技术之一,发展前景广阔。随着经济发展和生活水平提高,消费者更加追求个性化的需求,3D打印将与机器人、人工智能等技术一起提高制造业生产线的柔性化程度,以更低成本生产定制产品,推动制造业生产方式由大规模生产向个性化定制转变。在发达国家推动制造业回流和加强应急物资供应保障的推动下,3D打印凭借节约仓储和物流成本、快速响应本地市场的优势将获得更大的发展空间,而且会使制造业由按照比较优势进行全球价值链环节分工并进行商品贸易的模式转向以3D数字模型出口、本地制造的模式。3D打印教育深入推广将会推动创客运动的兴起,家庭打印机、小型3D打印店更加普及,人们将能够制造自己设计的产品。随着科学家、工程师们持续推动3D打印机、材料和后处理技术的发展,3D打印的应用领域将不断扩大,除了艺术品、产品原型、复杂零部件,具有生物活性的3D打印人体器官也将出现。

 

主要内容以《3D打印发展前景广阔》为题发表于《人民日报》2020年6月30日18版

 

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