3D打印中国科研领先应用落后 央企如何玩转小众市场？

“3D打印技术市场潜力巨大，势必成为引领未来制造业趋势的众多突破之一。”2012年4月，英国《经济学人》在其封面文章《第三次工业革命》中，对3D打印变革性技术的定位，使其再次成为世界制造业瞩目的焦点。

眼下，以GE、西门子、空客等为主的制造业“大佬们”，已经在3D打印市场频频发力。处于转型升级进程中的央企，势必迎来一场世界级的3D打印产业较量。

3D打印的革命性在哪里

3D打印究竟是什么，它因何具有引领工业革命的变革力？寻求问题的答案，当然还需从理解这一技术本身出发。

“最早，3D打印在学界更多地被称为增材制造。差不多在2013、2014年以后，两个词慢慢就通用了，现在就是混用了。”国家制造业信息化培训中心3D办主任鲁君尚在接受《国资报告》记者采访时表示。

披着“3D打印”这件外衣，增材制造这一学科色彩浓厚的专业名词，得以进入公众视野，并被广为传播和认知。增材制造，主要与传统制造业中的“减材制造”或“等材制造”相对而言。顾名思义，“等材制造”是采用铸造、焊接及锻压等技术对材料进行加工,制造过程基本不改变或较少改变材料的量。“减材制造”则是利用切削机床对毛坯进行加工，由大变小，形成最终所需要形状的零件。

然而，与以上两种传统制造技术不同，“增材制造”是一种以数字模型为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。简单说来，3D打印就相当于“从无到有做加法”。

“这就像盖房子，一层层往上垒砖砌墙，只不过用的不是方砖水泥，而是工程塑料、粉末、尼龙、光敏树脂甚至是金属、陶瓷等不同的材料。”关于3D打印，清华大学教授、中国3D打印技术产业联盟首席顾问颜永年打了个比方。

因此，3D打印的三个特性值得关注：其一，它需要借助数字软件建立模型；其二，生产过程不产生“浪费”；其三，3D打印原料为一个庞大而复杂的材料系统。正是基于3D打印的三个重要特性，使其能够广泛应用于汽车、航空、电子、医疗设备、牙科器械、玩具、家具制造、建筑、艺术和时尚等多个领域，逐步嵌入制造业的设计、生产的各个环节。

据全球权威3D打印研究机构Wohlers Associates统计，2014年全球3D打印产品和服务市场增长35.2%，达到41.03亿美元，达到增材制造行业增长最高峰。预计到2019年，该行业的收入将达69亿美元。

无怪乎英国《经济学人》这样描述：工业机器人技术步入成熟，取代了流水线上的工人；大规模制造逐渐被分散为3D打印的直接制造与个性化定制生产……正是由于3D打印技术的出现，将使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具，从而转变为一种更加灵活、投入更少的生产方式，因此称其为第三次工业革命到来的标志。

中国为何科研领先，应用滞后

不过，面对同一种极具变革力和市场前景的新兴技术，中美两国产业化进程中的差异性，某种程度折射出中国3D打印相对薄弱、散乱的产业化困局。

早在美国科学家Charles Hull发明出世界上第一台3D打印机之后，美国科技学术界便对这一新兴技术应用前景持续看好。在20世纪90年代初，美国麻省理工学院（MIT）获3D印刷技术专利，很快MIT和3D System公司就各自开发了三维打印系统，随后ZCorp、ObjetGeometries和Stratasys 也把以叠层制造技术为基础的3D打印产品推向了市场。

近年来，以Stratasys和3D System为代表的新兴企业，占据了美国3D打印市场的半壁江山。而昔日分布于传统制造业上下游的软件、硬件巨头，更是不甘落后。

从3D打印的上游软件供应商来看，微软已于近日宣布将发布一种专门用于3D打印的全新文件格式3MF，而数据文件格式是3D打印软件、硬件运行的基石，以此来引领3D打印软件的标准制定；而对于中游的3D打印材料领域而言，美国大型化学公司杜邦，推出商业化树脂Somos系列用于3D打印；作为3D打印产业链下游的应用商，GE的3D打印计划早已于十年前开始布局，GE石油和天然气部门，更是预计到2015年油料喷嘴将全部使用3D打印技术制造。

以产业需求作为拉动力，以海量原创专利技术为支撑，美国3D打印产业已经形成清晰的产业链条。反观中国，3D打印产业化，则显得有些动力不足。

“从研究水平来看，中美两国普遍差不太多。但是，产业化还是有点距离。”作为中国3D打印的先行者，颜永年感受着两国产业化进程的明显差距。

近年来，国内包括西安交通大学、华中科技大学、清华大学和北京航空航天大学等在内的高校，已经在技术领域与西方发达国家基本持平。但在应用领域，中国的3D打印应用供给却远远跟不上市场需求。

以在3D打印产业布局较早的中国航空工业集团公司（下称中航工业）为例，旗下上市公司中航重机，2011年7月与控股子公司中航（沈阳）高科技有限公司、王华明研发团队共同投资成立中航激光成形制造有限公司（下称“中航激光”），开始布局3D打印产业。

在后来的市场开拓中，中航重机虽然不惜重金布局，但是受制于3D打印市场应用极为有限，盈利能力成为制约其发展的重要因素。

此外，制约中国3D打印产业化的另一因素，在于企业盲目跟风，炒作圈钱。记者通过对比若干上市公司研报发现，具有3D打印概念的上市企业，大多选择通过购入3D打印设备，或小规模进行相关技术研发等路径试水这一产业。

据统计，在国内从事3D打印生产、服务、工艺等业务的近百家企业中，有核心技术的只有20~30家，而2012年全年的市场规模不足1亿美元。除了部分完全市场化的企业盈利能力尚可外，另外的企业生存环境艰难。

找准最具价值的应用方向突破

没有产业应用作为基础，中国3D打印企业缺乏创新动力、技术缺乏明确方向，致使整个产业呈现“散、乱、弱”的竞争态势。

“现在面临的一个主要问题就是，3D打印需要其从最能显现其价值的方向和点上先突破开来。”鲁君尚对记者表示，“目前3D的重难点在于行业运用，技术推动只是一方面，需求拉动才是根本。”

那么，真正值得中国3D打印企业布局和关注的方面，究竟何在？这里，理清一种认知上的误区，显得尤为重要。在鲁君尚看来，3D打印不大可能将传统制造技术全部颠覆掉，只能作为一种新的生产方式存在。未来两者会在各自的应用空间，形成长久的互补。

认识到这一点后，央企布局3D打印的方向将逐渐清晰。只有将3D打印个性化、复杂化、高难度的特点与传统装备制造业擅长的规模化、批量化、精益化相结合，依托传统装备制造业已形成的技术、装备、人才、市场等优势，才能快速、明确地推动3D打印实现产业化、商业化，从而形成完善的产业链，助推装备制造业转型升级。

“好多央企领导提起3D打印这股热潮，认为不能游离其外，搞明白的却是少数。”国家凝固技术国家重点实验室主任、西北工业大学教授黄卫东接受《国资报告》记者采访时谈到。

为此，黄卫东指出了央企布局工业级3D打印极具发展潜力的三个方向：

首先，深入某些工业零部件的制造与生产环节。2014年，美国空客公司已将3D打印的塑料零部件用在A300/A310系列飞机及下一代A350宽体飞机上。空客表示，采用3D打印生产的飞机零部件重量减轻33%～55%，同时降低90%的原材料使用量；与传统制造方法相比，这种颠覆性技术也能将生产中的总能耗最多减少90%。

在此方面，中航工业对于3D打印技术的应用也由来已久。据中航工业的资料显示，从2001年起，我国就开始重点发展以钛合金构件激光快速成型技术为主的激光3D打印技术。不过，在黄卫东看来，中航工业的应用还未达到大比例阶段。

其次，新产品研制阶段，利用3D打印技术缩短设计时间。与传统研发手段相比，3D打印技术生产汽车零部件可快速成型，运用快速成形技术在设计早期验证产品装配可行性时，可及时发现产品设计差错，快速验证关键、复杂零部件或样机的原理。据调查，目前国内零部件模具开发周期一般在45天以上，而3D打印技术可在没有刀具、模具及工装夹具的情况下，快速实现零件的单件生产，根据零件复杂程度，需要1~7天完成。

美国福特汽车已经试图大量运用3D打印技术。在国内，一汽无锡柴油机厂已开始利用3D打印快速成型技术，成功试制出柴油机测试设备铸件，从而有效缩短产品的开发周期。

第三，实现零件修复。由于3D打印最显著的特点在于实现个性化的设计与制造。基于此，3D打印技术能够实现对产品的表面修复，如转子、模具、燃汽轮机叶片、轧辊、齿轮等，其修复费用不到重置价格的1/5，更重要的是缩短了维修时间，解决了大型企业重大成套设备转动部件的快速抢修问题。

对此，颜永年曾在多个场合谈及重型装备制造领域蕴藏的广阔商机，在他看来：“3D核心产业项目非常大，产业投资也非常大，同时也是我们国家外交的武器，核电属于重型装备制造，比起航天火箭更重型，是今后3D打印的‘处女地’。”

产业布局不能一拥而上

在明确了3D打印产业高端化的应用方向后，在资金、技术储备、市场应用等领域占据一定优势的央企，如何围绕3D打印产业链展开布局，成为引领中国制造业成功转型升级的关键因素。

“当前，的确是央企介入3D打印行业最好的时机。”世界3D打印技术产业协会首席执行官、中国3D打印技术产业联盟执行理事长罗军接受本刊记者采访时表示。在他看来：“央企发展3D打印主要面临的困境和挑战是：缺乏原创技术、缺乏核心技术人才。应根据企业自身实际，发挥比较优势，选准突破口。”

在3D打印的产业链上游，主要包括精密机械、数控技术、信息技术、材料科学和激光技术。在此方面，航空航天、船舶重工和军工企业，称得上大有可为。

2015年，中船重工第705研究经过一段时间的技术，该所在3D打印机技术领域取得重大突破，借助直接金属激光烧结快速成型技术实现了3D打印，成为继美国、德国的3D打印巨头之后，世界上第四家掌握该技术的企业。
而在产业链中游，作为亟待攻克的3D打印材料问题，以中石化为代表的石油化工类央企，在企业2015年度工作会议上，提出把3D打印业务作为未来的一个经济增长点，“研究探索开展3D打印业务，为开发3D打印材料创造条件”。

就产业链下游的三维模型设计服务、打印服务和打印产品应用领域而言，2015年8月，作为中广核旗下的核电工程建设和管理公司，中广核工程有限公司与渭南高新区、陕西增材制造研究院三方围绕3D打印与核电设备应用技术合作签订合作框架协议，建立起中国核能设备配件3D打印技术研发及生产基地，试水中国核电装备制造领域的3D打印业务。

纵然央企在3D打印的重型装备制造领域大有空间可为，但作为贯穿产业链上中下游间的基础性因素，人才缺口问题依然不可忽视。西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室主任李涤尘教授认为:“仅就人才而言，目前真正3D打印技术人才，全国也就七八个团队、四五十人，人才严重不足。”

对此，鲁君尚强调：“长远的人才战略布局，也应成为央企布局3D打印产业时应注意的问题。”在他看来，传统工业主要是“面向制造的设计”，而现在是“面向设计的制造”。如果未来3D打印比重能够占到产业的1/3，整个产业的专业人员就需要有相应的比例。但是，目前的教育体系还无法填补这一缺口，企业需要培养和储备这类人才。

目前，无论是德国提出的工业4.0概念，或是美国的工业振兴计划，以3D打印为标志的全球高端制造业竞争已呈加剧态势。2015年2月，《国家增材制造产业发展推进计划（2015—2016年）》的出台，无疑为实现“中国制造2025”注入一剂强心针。

据推测，未来3~5年将成为3D打印技术的关键机遇期，3D打印产值2016年将达百亿元人民币。当传统制造业企业欣喜地迎接机遇时，面对潜伏的“新兴产业危机”，罗军警醒式地提出：“央企发展3D打印不能‘一拥而上’，一定要找到切入点。比如材料行业的央企应该着力寻找在3D打印领域的材料突破；军工和航空航天企业则可以从工业3D打印的应用入手布局，可以考虑合作、并购等多种模式介入3D打印领域。3D打印相比较传统产业领域，是一个小众市场，如果大多企业都介入到3D打印领域，则会形成新的产能过剩。”
来自：国资报告