工业3D打印“叫好不叫座”：便宜材料干不了事 能干事的又太贵

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国家商报(博客、微博)记者丁

作为第三次科技革命中最引人注目的技术之一，3d打印在世界上的发展速度可谓“迅猛发展”。但是，应该注意的是，从经济和技术的角度来看，它的立场是补充和改进现有的制造工艺，而不是颠覆传统的制造业。同时，3d打印材料的性能不够稳定，材料的通用性差，成本高，这也制约了3d打印在工业领域应用的进一步发展。

目前，我国的3d打印已经初步应用于航空空航天、汽车、生物医学、文化创意等领域，但距离实现大规模产业化和工程应用还有一定的距离。

“与活跃的消费级3d打印机相比，工业机器的生产和应用被大大抛弃了。毕竟，“高精度”工业市场是有限的，3d打印在其他工业领域的应用还没有铺开。世界3d打印技术产业联盟(World 3D Printing Technology Industry Alliance)首席执行官罗俊表示，国内90%的3d打印企业都是生产打印“小玩意”的台式机器，工业3d打印机的竞争还没有真正开始。

一些业内人士告诉《国家商报》，材料种类少、价格高、性能低是限制工业级3d打印应用的关键因素。在今年3月工业和信息化部、国家发展和改革委员会、财政部发布的《全国添加剂制造业发展促进计划(2015-2016年)》中，将努力突破添加剂制造专用料(即3d打印)，作为促进计划的第一步，鼓励优势材料制造商在R&D从事添加剂制造专用料的生产。

随着第一个国家3d打印政策的出台，3d打印在工业领域的机遇和挑战再次引起了业界的关注。

高科技领域的“品味甜蜜”

记者从相关渠道了解到，每减少一公斤卫星重量就可以减少10万美元的发射成本。通过使用点对点网络三维打印部件，卫星的重量减轻率达到了30%，远远超过了13%的预期。

华中科技大学施玉生教授带领的团队向记者展示了一台由他开发的大型工业3d打印机。这台3d打印机看起来像一个大柜子，内部分布着相当于制造车间的精密仪器。在将物体的3D数据输入计算机并按下“打印”按钮后，这个“制造车间”可以在几个小时内打印工业级零件。

施玉生在接受《国家商报》采访时表示，在3d打印行业的应用中，空航空航天行业已经开始使用。

同时，3d打印在复杂结构的建模中具有独特的优势。“过去，在设计零件时，设计师应该考虑可制造性，否则他们就不能在车间里制造它们。但现在基本上，只要想象是合理的，它就可以打印成3 D。”上海航天技术研究所的高级工程师王连峰说，他可以制造一些用传统技术难以实现的“奇怪”结构。

中国东方航空(空(600115，古巴)技术有限公司最近宣布，其3d打印制造的机舱部件，如飞机门把手盖和飞机座椅标志，已成功组装在全新的波音777-300er客机上，并已正常飞行。对于一个小招牌，等待时间从180天减少到一个晚上，采购成本从1000美元减少到30元人民币。

事实上，人人都能看到的3d打印应用只是冰山一角，一些军事领域已经成熟。此外，航空空航天等高科技领域对成本不敏感，大部分零部件都是单批生产，这正好符合3d打印的特点。

《国家促进添加剂制造业发展规划(2015~2016年)》明确将添加剂制造定义为制造和维修航空空航天制造等高端设备的重要技术手段。结合重大项目需求，率先突破国防安全、市场潜力大、应用范围广的重点领域和重要产业链环节，如航空空航天，也是我国添加剂制造业发展的基本原则之一。

用施玉生的话来说，3d打印在空航空航天的应用正在如火如荼地进行着，但许多技术在实际应用中仍然是摸着石头过河。有些零件可以用3d打印，但一旦零件的温度和运动条件发生变化，就可能无法工作他说:“这就好像做宫保鸡丁的技术已经成熟了，但是如果你换成热干面，就不管用了。”热量和技术仍需探索。”

施玉生说，他希望3d打印的建模软件能够升级。目前的软件只能生成几何信息。如果能够自动生成相应的尺寸和应用材料，3d打印技术将会进一步提高。

材料既昂贵又稀缺。

“3d打印属于添加剂领域，因此材料开发是3d打印的物质基础，材料开发决定了3d打印的应用范围。”白培康，中国北方大学材料科学与工程学院教授。

在白培康看来，3d打印的材料种类很少，很难满足需求。目前，用添加剂材料制造的材料只有100多种，而用传统添加剂材料和其他材料制造的材料有数万种。“这导致了3d打印和工业应用的狭窄结合。”三部落的总经理许建辉告诉《商业日报》记者，“出现了一种鼓掌但不让座的情况。”"

其次，材料性能不够稳定，材料通用性差，成本高，制约了3d打印在工业领域应用的进一步发展。

例如，目前3d打印行业中使用最多的钛合金，每公斤价格约为2000 ~ 3000元。这意味着制造一个20公斤以上的零件要花费5万元或6万元，而传统的铸造行业只需几百元就能完成，这使得3d打印很难在除“高精度”以外的其他工业领域推广。

“3d打印材料可以降到几百元一磅，否则对任何人来说都太贵了。”施玉生说。此外，材料的丰富性也是他的团队在实践中遇到的一个困难。许多材料难以达到工业要求的抗疲劳和高温耐久性的特性，许多应用无法实现。施玉生把它比作:“有锅碗瓢盆，但大米、油和盐仍然短缺。”

为什么材料成本这么高？业内人士指出，该行业在3d打印材料方面投资不足，材料市场尚未形成全面竞争。剑桥大学工程学院制造研究所的教授bilo”Neil在接受《国家商业日报》采访时表示，许多3d打印巨头同时生产设备和材料，这些材料和设备都是捆绑销售的，相对封闭的系统使得降低成本变得困难。

“我们现在的感觉是，便宜的材料办不了事，军官的价格高。”一位从事3d打印的企业负责人坦率地告诉记者。

3d打印不能“覆盖世界”

在国务院5月份发布的“中国制造2025”计划中，有五个地方提到了3d打印，并将其列为十大重点突破领域之一。近年来，随着3d打印的工业应用达到爆炸式增长的临界点，3d打印的工业级设备制造商和材料制造商在世界范围内的销售额大幅增长，这一事实已经被业界所重视。

作为全球金属3d打印设备巨头之一，德国eos公司销售数据的变化隐含着行业趋势的密码。该公司大中华区总经理吴承轩表示，目前用于塑料加工的3d打印设备销售额占三分之二，但金属打印设备的增长趋势远远超过塑料，很快金属设备的销售额将超过50%。通过3d打印制造金属结构部件是3d打印真正开始产业化的标志。

另一家3d打印原材料公司，加拿大钛粉材料巨头ap&c，多年来一直保持着50%-60%的销售增长率，对中国市场更是雄心勃勃。该公司总裁Ceojacquesmalette向《国家商报》表示，他们将通过在中国投资和实现本地化生产，进一步降低3d打印用金属粉末材料的价格。

各种迹象表明，3d打印的上游技术正在成熟，下游应用正在扩大。但是，需要注意的是，目前全球设备制造商主要从事非金属和桌面3d打印机，从事金属3d打印设备的公司不到10家。

罗俊认为，3d打印行业的最终核心竞争力将在工业领域。五年后，3d打印行业将实现从消费级应用到工业应用，从非金属3d打印设备到金属设备的转变。全球将有30家金属3d设备公司，中国将有10家公司。

未来，3d打印能“赢得世界”吗？从事3d打印研究和开发多年的清华大学教授严永年并不这么认为。这位被称为中国3d打印第一人的老人在接受《国家商报》采访时表示，3d打印不是传统技术的替代品，而是对传统制造技术缺点的补充，其发展方向应该与传统技术相结合。

事实上，突破材料限制的关键手段之一是与传统产业充分融合，应该利用大型项目来推动3d打印行业的主要应用。严永年团队多年的实践证明，3d打印与传统铸造技术的结合可以弥补3d打印韧性不足、易断裂等缺陷。“特别是在重型和大型设备的制造中，3d打印可以促进大型项目更有效地进行。”严永年解释说，他们目前正试图将3d打印应用于核电主要设备的制造。如果采用传统路径，钢锭的材料利用率仅为20%；如果采用重型3d打印+传统锻造，制造周期可缩短至过去的1/3，材料利用率将提高至80%。

在王连峰看来，今天的3d打印就像20世纪90年代的互联网。前端技术和硬件已经积累到一定程度。一旦开发出来，后端的应用规模和产值将会以难以想象的巨大能量爆发。