【全文】山東濟(jì)南“3D打印”技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況的調(diào)研報(bào)告

本內(nèi)容感謝深圳某市場(chǎng)調(diào)研公司職員白云藍(lán)天的投遞
來(lái)源：濟(jì)南經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)信息中心

“3D打印”技術(shù)是一項(xiàng)具有工業(yè)革命意義的高新制造技術(shù),，代表了世界制造業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，對(duì)于加快先進(jìn)制造業(yè)發(fā)展,、推進(jìn)兩化深度融合,、促進(jìn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要的引領(lǐng)作用。為摸清我市“3D打印”技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)用情況,，加快推進(jìn)“3D打印”技術(shù)推廣應(yīng)用,，市經(jīng)濟(jì)和信息化委進(jìn)行了專項(xiàng)調(diào)研，現(xiàn)將有關(guān)情況匯報(bào)如下：
一,、“3D打印”技術(shù)的基本原理及發(fā)展前景
　�,。ㄒ唬┗驹怼,！�3D打印”是通俗的叫法,，學(xué)術(shù)名稱為“快速原型制造 ”(Rapid Prototyping & Manufacturing)，是80年代末90年代初在美國(guó)開發(fā)興起的一項(xiàng)高新制造技術(shù),�,！�3D打印”技術(shù)是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù),、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù),、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來(lái)的，采用材料累加的新成型原理,，直接由CAD 數(shù)據(jù)打印制成三維實(shí)體模型,。快速成型系統(tǒng)就像是一臺(tái)“立體打印機(jī)”,，不需要傳統(tǒng)的刀具,、機(jī)床、夾具,，便可快速而精密地制造出任意復(fù)雜形狀的新產(chǎn)品樣件,、模具或模型。
　　3D打印機(jī)原理很簡(jiǎn)單，每一層的打印過(guò)程分為兩步,，先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水,，膠水液滴本身很小，且不易擴(kuò)散,，然后再噴灑一層均勻的粉末,，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié),，而沒(méi)有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài),。這樣在一層膠水一層粉末的交替下,，實(shí)體模型將會(huì)被打印成型,。完成后,，要處理掉物品周圍沾滿的粉末,，這是可以循環(huán)利用的,，再涂上增強(qiáng)硬度的膠水,。
　　“3D打印機(jī)”與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于耗材不同——后者使用墨粉,，前者使用的則是一些可以發(fā)生固化反應(yīng)的材料，如樹脂,、塑料,、陶瓷,、石膏、金屬等等,。例如：助聽器生產(chǎn)部門利用3D打印機(jī)掃描患者的耳朵輪廓后復(fù)制出合適的助聽器,。汽車定制公司利用3D打印機(jī)為汽車愛(ài)好者提供專門的汽車部件。消費(fèi)電子產(chǎn)品廠商用3D打印機(jī)來(lái)完成對(duì)產(chǎn)品功能的設(shè)計(jì),，以避免在大規(guī)模生產(chǎn)后修改設(shè)計(jì),。醫(yī)生用3D打印機(jī)來(lái)制造實(shí)習(xí)模型。博物館用3D打印機(jī)復(fù)制真品,，以避免參觀者損毀真品,，等等。
　�,。ǘ┌l(fā)展前景及意義
　　工業(yè)化最大的成就是通過(guò)機(jī)械化實(shí)現(xiàn)了規(guī)�,；笊a(chǎn)。而我們今天的“3D打印”技術(shù)則將規(guī)�,；笊a(chǎn)可能演變?yōu)槿舾蓚€(gè)體,，打破集約化生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式。只要一臺(tái)3D打印機(jī),，我們就可以在家里生產(chǎn)任何我們需要的東西,，而且可以不斷變化款式、樣式,。如今,，新的生產(chǎn)方式已經(jīng)發(fā)生了重大改變，傳統(tǒng)的生產(chǎn)制造業(yè)將面臨一次重新“洗牌”,。隨著各種打印材料（即制造原料）的研制成功,，“3D打印”技術(shù)已經(jīng)可以用于生產(chǎn)像珠寶,、玩具,、工具,、廚房用品,、衣服之類的東西，甚至可以直接打印人體骨骼,、假肢,、鮮肉,，進(jìn)行牙齒正畸和數(shù)字化種牙,，有的還打印出了汽車,、飛機(jī)零部件。未來(lái)我們的模具制造行業(yè),、機(jī)床行業(yè),、玩具行業(yè),、輕工產(chǎn)品行業(yè)或許都可能被淘汰出局,，而取代他們的就是3D打印機(jī)。當(dāng)然,，這需要一個(gè)過(guò)程,，10年或者20年,，主要是人們適應(yīng)和接受新事物的過(guò)程,，也有產(chǎn)業(yè)自身完善成長(zhǎng)的過(guò)程。
　　由于“3D打印”技術(shù)不需要生產(chǎn)線,，使得生產(chǎn)成本大大降低、生產(chǎn)周期也得以縮短,，同時(shí)在很大程度上減少了材料廢棄,。據(jù)美國(guó)一家行業(yè)研究機(jī)構(gòu)發(fā)布的報(bào)告顯示,，3D打印機(jī)、環(huán)�,？沙掷m(xù)建筑等將是美國(guó)未來(lái)增長(zhǎng)最快的行業(yè),。2012年8月,美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬撥款3000萬(wàn)美元,在俄亥俄州建立了國(guó)家級(jí)3D打印添加劑工業(yè)研究中心,并計(jì)劃第一步投入5億美元用于“3D打印”,以確保美國(guó)制造業(yè)不再繼續(xù)轉(zhuǎn)移到中國(guó)和印度。由于我國(guó)沒(méi)有完成工業(yè)化，傳統(tǒng)的粗放式的工業(yè)發(fā)展模式已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)力發(fā)展,，產(chǎn)業(yè)升級(jí)和結(jié)構(gòu)調(diào)整成為一項(xiàng)長(zhǎng)期的艱巨任務(wù)。而“3D打印”技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化無(wú)疑為我國(guó)新型工業(yè)化建設(shè)和促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)揮十分重要的引領(lǐng)作用,。
　　二、國(guó)內(nèi)外“3D打印”技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)用情況
　�,。ㄒ唬﹪�(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況�,！�3D打印”技術(shù)的歷史由來(lái)已久。1986年,，美國(guó)3D System公司推出了第一款工業(yè)化的“3D打印”設(shè)備,，1990年開始銷售,，短短幾年中，形成了巨大的市場(chǎng),，1994年底全球已達(dá)900臺(tái),，到2008年年裝機(jī)總數(shù)就已經(jīng)達(dá)到6000臺(tái)左右，以指數(shù)曲線在上升,。3D打印設(shè)備應(yīng)用的方式有兩種：一種是大企業(yè)為自己的產(chǎn)品開發(fā)服務(wù),，如美國(guó)三大汽車公司、麥道,、IBM,、Apple、豐田等都在應(yīng)用,；另一種方式為大學(xué),、研究所甚至六、七個(gè)人組織的服務(wù)機(jī)構(gòu)以一臺(tái)或數(shù)臺(tái)成型機(jī)為中心,，開展對(duì)中小企業(yè)的服務(wù),。目前，全球有兩家3D打印機(jī)制造巨頭,，分別為Stratasys和3D System,，均在美國(guó)納斯達(dá)克上市，2011年?duì)I業(yè)收入分別為1.7億美元和2.9億美元,。2011年全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模17.1億美元,。不過(guò)，這一數(shù)字僅占全球制造市場(chǎng)的0.02%,。
　　我國(guó)從1994年開始研究“3D打印”,，北京隆源公司于1995年成功研發(fā)了一臺(tái)AFS激光快速成型機(jī)，隨后華中科技大學(xué)也研制出了SLS快速成型機(jī),。目前國(guó)內(nèi)依托高校成果,，對(duì)“３D打印”設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作的公司實(shí)體主要有：北京殷華（依托于清華大學(xué)）、陜西恒通智能機(jī)器（依托西安交通大學(xué)）,、湖北濱湖機(jī)電（依托華中科技大學(xué)）,。這些公司都已實(shí)現(xiàn)了一定程度的產(chǎn)業(yè)化，部分公司生產(chǎn)的便攜式桌面３Ｄ打印機(jī)的價(jià)格已具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,，成功進(jìn)入歐美市場(chǎng),。另外，一些中小企業(yè)成為國(guó)外“３D打印”設(shè)備的代理商,，經(jīng)銷全套打印設(shè)備,、成型軟件和特種材料。還有一些中小企業(yè)購(gòu)買了國(guó)內(nèi)外各類“３D打印”設(shè)備，專門為相關(guān)企業(yè)的研發(fā),、生產(chǎn)提供服務(wù),。其中，廣東省工業(yè)設(shè)計(jì)中心,、杭州先臨快速成型技術(shù)有限公司等企業(yè),，設(shè)立了“３D打印”服務(wù)中心，發(fā)揮科技人才密集的優(yōu)勢(shì),，向國(guó)內(nèi)外客戶提供服務(wù),，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　目前,國(guó)內(nèi)的“3D打印”主要集中在家電及電子消費(fèi)品,、建筑,、教育、模具檢測(cè),、醫(yī)療及牙科正畸,、文化創(chuàng)意及文物修復(fù)、汽車及其他交通工具,、航空航天等領(lǐng)域,。據(jù)業(yè)內(nèi)人士估計(jì),3D打印機(jī)在國(guó)內(nèi)企業(yè)級(jí)裝機(jī)量在400臺(tái)左右,2010年以來(lái)年增速均在70%左右,市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)1億元。
　�,。ǘ┪沂小�3D打印”技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀
　　駐濟(jì)高校山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,、材料工程學(xué)院等多位教授近年來(lái)在“3D打印”方面組織博士生研究生進(jìn)行了課題探索。我市重點(diǎn)軟件企業(yè)山大華天軟件與山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,、材料工程學(xué)院具有長(zhǎng)期的良好的合作基礎(chǔ),，在快速成型設(shè)備、工藝材料,、數(shù)據(jù)分層軟件,、成型軟件、快速模具制造等領(lǐng)域積累了大量的研究成果,。憑借良好的產(chǎn)學(xué)研合作基礎(chǔ)以及擁有自主版權(quán)的高端CAD/CAM軟件優(yōu)勢(shì)，華天軟件也于近期開展了快速原型制造技術(shù)與裝備項(xiàng)目的研究,，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)快速原型制造關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及關(guān)鍵設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化,，通過(guò)快速成型設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化，創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn),，并通過(guò)技術(shù)服務(wù)以高新技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè),，提高機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)能力和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，支持汽車,、電子,、機(jī)械等支柱工業(yè)發(fā)展，創(chuàng)造巨大效益,。建立跨行業(yè),、跨地區(qū)的產(chǎn)品快速開發(fā)研發(fā),、制造、服務(wù)中心,，實(shí)現(xiàn)快速制造技術(shù),、工藝及成套裝備的研究開發(fā)、生產(chǎn),、銷售和技術(shù)服務(wù),，形成我省乃至我國(guó)的快速原型制造產(chǎn)業(yè)和開發(fā)生產(chǎn)基地，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的持久和穩(wěn)定發(fā)展,。
　　濟(jì)南亞盈信息科技有限公司,，于2012年2月在濟(jì)南高新區(qū)注冊(cè)成立，公司主要業(yè)務(wù)方向之一就是從事3D打印機(jī)研制和生產(chǎn),。其技術(shù)是FDM熔融層積成型技術(shù),，原理是將絲狀的熱熔性材料加熱融化，同時(shí)三維噴頭在計(jì)算機(jī)的控制下,，根據(jù)截面輪廓信息,，將材料選擇性地涂敷在工作臺(tái)上，快速冷卻后形成一層截面,。一層成型完成后,，機(jī)器工作臺(tái)下降一個(gè)高度（即分層厚度）再成型下一層，直至形成整個(gè)實(shí)體造型,。其成型材料種類多,，成型件強(qiáng)度高、精度較高,，主要適用于成型小塑料件�,，F(xiàn)已研制出三代3D打印機(jī)，第三代機(jī)YesRap X原型機(jī)已經(jīng)完成,。2012年銷售出20臺(tái),，銷售的客戶群體主要為模具加工類、藝術(shù)品創(chuàng)作類,、教學(xué)類,、模型制作類、零件生產(chǎn)類和個(gè)人愛(ài)好類,。
　　三,、制約我市”3D打印”技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)用遇到的瓶頸和問(wèn)題
　　“3D打印”技術(shù)雖然已有近20年的發(fā)展歷程，但產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍存在很多困難,。
　　一是認(rèn)識(shí)不足,。雖然3D打印機(jī)的發(fā)展已有數(shù)十年，但是對(duì)大多數(shù)普通人來(lái)說(shuō)，目前“3D打印”技術(shù)還是一個(gè)新生事物,，很多企業(yè)甚至從沒(méi)聽說(shuō)過(guò)還有這種具有“神秘功能”的機(jī)器,。
　　二是價(jià)格不菲。目前,，“3D打印”的耗材非常有限,，主要是石膏、無(wú)機(jī)粉料,、光敏樹脂,、塑料等，消費(fèi)類的“3D打印”主要應(yīng)用的材料為ABS和POA的塑料,，不能完全滿足工業(yè)領(lǐng)域的需求,。工業(yè)應(yīng)用的“3D打印”耗材，特別是金屬粉末類耗材,，價(jià)格非常昂貴,，這是制約國(guó)內(nèi)企業(yè)使用“3D打印”技術(shù)的原因之一。比如一件飛機(jī)零部件,，打印這種樣品的金屬粉末耗材一斤賣價(jià)4萬(wàn)元,，3D打印樣品至少要賣2萬(wàn)元，而如果采用傳統(tǒng)的工藝去工廠開模打樣,，僅需幾千元,。目前的3D打印機(jī)除了用來(lái)滿足個(gè)人設(shè)計(jì)師和普通愛(ài)好者的個(gè)人3D打印機(jī)之外，其他的工業(yè)用3D打印機(jī)均價(jià)格不菲,，每套大概需要十萬(wàn)美元左右,，精度高的甚至達(dá)到120萬(wàn)美元。
　　三是工藝尚不完善,。由于“3D打印”工藝發(fā)展還不完善,，特別是對(duì)快速成型軟件技術(shù)的研究還不成熟，目前快速成型零件的精度及表面質(zhì)量大多不能滿足工程直接使用,，不能作為功能性部件,，只能做原型使用。
　　四,、加快我市“3D打印”技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)用的對(duì)策
　　發(fā)展“3D打印”產(chǎn)業(yè),，可以提升我市工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平，同時(shí)有助于攻克技術(shù)難關(guān),，并且容易形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)就業(yè),。
　�,。ㄒ唬┘訌�(qiáng)宏觀規(guī)劃與引導(dǎo)，推動(dòng)3D產(chǎn)業(yè)優(yōu)先發(fā)展�,！�3D打印”產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會(huì)深刻影響到先進(jìn)制造業(yè),、工業(yè)設(shè)計(jì)業(yè)、生產(chǎn)性服務(wù)業(yè),、文化創(chuàng)意業(yè),、電子商務(wù)業(yè)及制造業(yè)信息化工程。建議將“3D打印”產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃納入我市工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí),、發(fā)展智能制造業(yè)的相關(guān)規(guī)劃中,，并將產(chǎn)業(yè)納入優(yōu)先發(fā)展產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品目錄。在財(cái)稅金融政策上,，鼓勵(lì)企業(yè)投資,、研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用3D打印機(jī),，支持“3D打印”設(shè)備的進(jìn)出口,。
　　（二）加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟建設(shè),，推動(dòng)“3D打印”產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展,。積極引導(dǎo)高等院校、工業(yè)設(shè)計(jì)企業(yè),、軟件企業(yè),、３D打印機(jī)及材料研發(fā)企業(yè)和機(jī)構(gòu)、３D打印服務(wù)應(yīng)用提供商組建產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,，利用有關(guān)平臺(tái)加強(qiáng)研討和交流,，共同推動(dòng)“3D打印”技術(shù)研發(fā)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定。促進(jìn)“3D打印”技術(shù)發(fā)展的市場(chǎng)平臺(tái)建設(shè),，包括3D打印電子商務(wù)平臺(tái),、3D打印數(shù)據(jù)安全和產(chǎn)權(quán)保護(hù)機(jī)制、3D打印及周邊項(xiàng)目投融資機(jī)制等,，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展,。
　　（三）加大科技研發(fā)扶持力度,，提升“３D打印”技術(shù)水平,。通過(guò)拜訪、座談會(huì),、QQ群等方式,，與各高等院校、科研院所,、企業(yè)同志進(jìn)行溝通了解,，高度關(guān)注企業(yè)研發(fā)動(dòng)態(tài),，積極幫助企業(yè)申報(bào)有關(guān)國(guó)家和省相關(guān)項(xiàng)目，爭(zhēng)取國(guó)家,、省政策和資金支持,。建議設(shè)立“3D打印” 產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)基金，重點(diǎn)推進(jìn)數(shù)字化技術(shù),、軟件控制,、打印裝置、材料技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā),。在研發(fā)扶持中,，注重建立公平、公正的研發(fā)績(jī)效評(píng)估體系,，鼓勵(lì)各研發(fā)主體探索不同的技術(shù)路徑,。加強(qiáng)對(duì)“3D打印”產(chǎn)學(xué)研合作的支持，對(duì)實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)在市場(chǎng)銷售,、社會(huì)推廣上給予政策支持,。
　　（四）加強(qiáng)教育培訓(xùn),，促進(jìn)“３D打印”社會(huì)化推廣,。建議將“3D打印”技術(shù)納入相關(guān)學(xué)科建設(shè)體系，培養(yǎng)“3D打印”技術(shù)人才,。同時(shí),，充分利用市中小企業(yè)公共服務(wù)中心資源，在每周的公益大講堂中,，設(shè)置“3D打印”技術(shù)相關(guān)講座,，邀請(qǐng)我市知名教授學(xué)者、科研人員及企業(yè)家進(jìn)行講解宣傳,。在市經(jīng)信委網(wǎng)站,、中國(guó)軟件名城網(wǎng)站、中小企業(yè)各級(jí)分網(wǎng)等網(wǎng)站和《軟件名城》雜志上陸續(xù)刊登“3D打印”技術(shù)和產(chǎn)業(yè)相關(guān)內(nèi)容,。依靠行業(yè)協(xié)會(huì),、博覽會(huì)、論壇等組織形式進(jìn)行“3D打印”技術(shù)和周邊應(yīng)用的培訓(xùn),。在科技館,、文化藝術(shù)中心、青少年活動(dòng)中心等公共機(jī)構(gòu)進(jìn)行“3D打印”技術(shù)的展示,、宣傳和推廣,。發(fā)展3D打印服務(wù)中心，推廣3D打印技術(shù)應(yīng)用,，為發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)積累應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),。