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由于擁有傳統(tǒng)制造業(yè)所不具備的優(yōu)勢(shì)，3D打印技術(shù)更有利于創(chuàng)意落地，從而被看成第三次工業(yè)革命的使者。到2017年，全球3D打印的市場(chǎng)份額將達(dá)到50億美元，國(guó)內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)在近一兩年內(nèi)也進(jìn)入了爆發(fā)式增長(zhǎng)。

在一臺(tái)封閉式的大型機(jī)器盒中，激光將產(chǎn)品需要的粉末材料以每小時(shí)1厘米的厚度進(jìn)行橫斷面燒結(jié)，層層燒結(jié)，疊加“打印”產(chǎn)品的各橫截面，最終形成成型產(chǎn)品。這便是“神秘”的3D打印機(jī)的工作全流程。

由于產(chǎn)品按照三維數(shù)據(jù)模型，由材料層層疊加“燒結(jié)”或“黏合”而成，整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)不受任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝限制，任何空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品在3D打印機(jī)面前都是同樣的程序生產(chǎn)。

憑借這樣的突破，3D打印對(duì)工業(yè)研發(fā)、設(shè)計(jì)前端帶來(lái)革命性改變，設(shè)計(jì)人員不再受以往“設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)性”局限，任何復(fù)雜“怪異”的設(shè)想、設(shè)計(jì)都能夠通過(guò)3D打印變成現(xiàn)實(shí)。

由于設(shè)想能夠無(wú)限地走進(jìn)產(chǎn)品現(xiàn)實(shí)，研發(fā)設(shè)計(jì)人員也不用耗費(fèi)巨資開(kāi)模，3D打印已陸續(xù)走進(jìn)人們熟知的生產(chǎn)、生活領(lǐng)域：從手板制造到玩具、工藝品、汽車(chē)、航空航天、生物醫(yī)療領(lǐng)域，甚至普通的照相館也能見(jiàn)到3D打印的應(yīng)用。據(jù)不完整統(tǒng)計(jì)，全球3D打印市場(chǎng)產(chǎn)值每年正以30%的速度在增長(zhǎng)。

今年5月底，國(guó)際3D打印知名科學(xué)家、美國(guó)3D system前技術(shù)總監(jiān)、美籍華人許小曙博士，將帶領(lǐng)3D打印團(tuán)隊(duì)在南沙成立廣州南沙3D打印創(chuàng)新研究院。

研發(fā)革命  3D打印時(shí)代到來(lái)

無(wú)拼接的傳動(dòng)軸、類(lèi)似象牙雕刻的9層鏤空套球、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的無(wú)人機(jī)機(jī)翼、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管、氣缸蓋樣板、埃菲爾鐵塔模型……這些琳瑯滿(mǎn)目的產(chǎn)品，都是廣州南沙3D打印創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)許小曙設(shè)計(jì)的3D打印機(jī)生產(chǎn)出來(lái)的。

廣州南沙3D打印創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)助理劉一展表示：“這些產(chǎn)品的所有齒輪、旋鈕都不是組裝出來(lái)的，也沒(méi)有焊接，全部是一次性打印出來(lái)。”令人嘆為觀(guān)止的是，類(lèi)似象牙雕刻的9層鏤空套球，是在最核心的小球之外連續(xù)套著一層又一層的大球，且每一層都是鏤空的。“利用傳統(tǒng)手工藝雕刻必須花幾十年才能完成的一個(gè)產(chǎn)品，用3D打印僅需要3個(gè)小時(shí)就能完成。”劉一展說(shuō)。

事實(shí)上，不僅僅是降低時(shí)間成本，3D打印還突破了設(shè)計(jì)人員的思想“天花板”。從事3D打印的廣州網(wǎng)能產(chǎn)品設(shè)計(jì)公司負(fù)責(zé)人鄧以翔表示，3D打印的魅力在于讓人們的創(chuàng)新能力大大提高，讓個(gè)人的想法變成現(xiàn)實(shí)。“以前給洗衣機(jī)開(kāi)模，要耗費(fèi)上百萬(wàn)元。”許小曙舉例說(shuō)，由于開(kāi)模耗費(fèi)巨大，一旦開(kāi)發(fā)出來(lái)不符合要求損失非常大，工業(yè)設(shè)計(jì)人員往往很謹(jǐn)慎。而他們用3D打印技術(shù)為國(guó)內(nèi)家電制造龍頭企業(yè)制作了一臺(tái)洗衣機(jī)樣機(jī)，僅僅花費(fèi)了6萬(wàn)多元，設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)意不用耗費(fèi)巨資就可以進(jìn)行測(cè)試使用，也就可以放開(kāi)腦筋嘗試各種不同的想法。

不僅如此，對(duì)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，3D打印也有其優(yōu)勢(shì)。據(jù)介紹，進(jìn)氣歧管是發(fā)動(dòng)機(jī)中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的部件之一，該部件的傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程大約需要經(jīng)過(guò)4個(gè)月的時(shí)間。長(zhǎng)沙理工大學(xué)方程式賽車(chē)?yán)迷S小曙研發(fā)的工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)，制作出發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管原型部件，耗時(shí)僅需48小時(shí)。測(cè)力試驗(yàn)證明，零件的力度、準(zhǔn)確度和耐久性均未出現(xiàn)任何問(wèn)題，而發(fā)動(dòng)機(jī)效率增加了10%。

“我們已經(jīng)和許多醫(yī)院在外科手術(shù)上進(jìn)行了合作。”許小曙談到了3D打印對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域的影響，他們已經(jīng)成功完成30余例外科手術(shù)，3D打印把CT掃描的二維影像轉(zhuǎn)變成三維實(shí)體，外科醫(yī)生在實(shí)體模型上設(shè)計(jì)手術(shù)方案，如固定支架的形狀和位置，螺釘?shù)奈恢谩㈤L(zhǎng)短等一些關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)，并且可以利用打印出來(lái)的實(shí)體，模擬手術(shù)過(guò)程，并驗(yàn)證手術(shù)方案的實(shí)際效果。

“采用3D打印技術(shù)可以將手術(shù)的時(shí)間縮短1/3以上，手術(shù)后的恢復(fù)時(shí)間減少一半，一些復(fù)雜的手術(shù)以前要數(shù)十年以上經(jīng)驗(yàn)的外科醫(yī)生才可以完成，而使用3D打印技術(shù)以后，年輕醫(yī)生也能成功實(shí)施這類(lèi)復(fù)雜的手術(shù)。”許小曙說(shuō)。

產(chǎn)業(yè)新軍  精密制造業(yè)新力量

由于擁有傳統(tǒng)制造業(yè)所不具備的優(yōu)勢(shì)，3D打印技術(shù)更有利于創(chuàng)意落地，從而被看成第三次工業(yè)革命的使者，加之其污染低、對(duì)勞動(dòng)力依附程度低，歐美國(guó)家將其視為爭(zhēng)取制造業(yè)回流的“法寶”。

“一個(gè)以3D打印技術(shù)為核心，包含信息、材料、光電、控制等各個(gè)上游領(lǐng)域，以及航空航天、汽車(chē)、醫(yī)療、精密機(jī)械、創(chuàng)意文化等眾多下游應(yīng)用領(lǐng)域的新產(chǎn)業(yè)群快速萌生，成為世界經(jīng)濟(jì)中一個(gè)新的價(jià)值產(chǎn)生源。”許小曙表示，3D打印技術(shù)是從數(shù)據(jù)模型直接制造三維實(shí)體，省略了占據(jù)傳統(tǒng)制造大部分成本的開(kāi)模環(huán)節(jié)，具有便捷、柔性、快速等眾多優(yōu)點(diǎn)。其突出特點(diǎn)是，將大批量無(wú)差異化的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化為個(gè)性化、差異化的快速生產(chǎn)。這種變革讓每個(gè)人都能參與其中，并快速獲得自己的設(shè)計(jì)和構(gòu)思實(shí)物，擺脫空間形狀、加工手段、成本帶來(lái)的限制。

“因此，3D打印技術(shù)完全可能將私人定制服務(wù)帶入一個(gè)新的發(fā)展階段，因?yàn)樗鼜募夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)的角度為這個(gè)領(lǐng)域提供了可行的實(shí)現(xiàn)手段。”許小曙表示，由于一臺(tái)3D打印機(jī)可以打印許多形狀，它可以像工匠一樣每次做出不同形狀的物品。相較于傳統(tǒng)制造業(yè)，3D打印省去了培訓(xùn)機(jī)械師或購(gòu)置新設(shè)備的成本。這意味著，隨著技術(shù)的發(fā)展，低成本定制服務(wù)將成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

按照這種發(fā)展趨勢(shì)，許小曙預(yù)計(jì)，將來(lái)集中式的生產(chǎn)將逐步轉(zhuǎn)變成為分布式制造，在網(wǎng)上購(gòu)買(mǎi)個(gè)性化定制商品的設(shè)計(jì)文件后，人們就可以在附近的3D打印店打印出來(lái)。

事實(shí)上，由于3D打印技術(shù)的加入，這種個(gè)性化、小批量生產(chǎn)已經(jīng)在高精尖技術(shù)領(lǐng)域初現(xiàn)端倪。據(jù)介紹，航空航天等裝備制造業(yè)零部件種類(lèi)多、形狀復(fù)雜且性能要求高，需要進(jìn)行反復(fù)測(cè)試。3D打印在這樣一些小批量、個(gè)性化的產(chǎn)品領(lǐng)域，除了在研制速度上具有優(yōu)勢(shì)外，還能直接加工出特殊、復(fù)雜的形狀，簡(jiǎn)化裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并進(jìn)行使用。“像利用3D打印可以打印飛機(jī)的一些零部件，并且可以達(dá)到減重、省油的效果。”從事3D打印的大業(yè)激光公司負(fù)責(zé)人陳玹表示。

廣州探索布局3D打印產(chǎn)業(yè)園

相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2017年，全球3D打印的市場(chǎng)份額將達(dá)到50億美元。國(guó)內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)在近一兩年內(nèi)也進(jìn)入了爆發(fā)式增長(zhǎng)，廣州一家企業(yè)今年第一季度售出的3D打印機(jī)已經(jīng)和2013年全年一樣多，產(chǎn)值近千萬(wàn)元。

除了企業(yè)自發(fā)進(jìn)軍3D打印市場(chǎng)外，各地政府也躍躍欲試。在3D打印技術(shù)的發(fā)展熱潮中，廣州同國(guó)內(nèi)不少城市一樣，也逐步開(kāi)啟了自己的探索步伐。鄧以翔表示，目前廣州已經(jīng)就3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行了調(diào)研，并提出了打造3D打印產(chǎn)業(yè)園的設(shè)想。

南沙新區(qū)也開(kāi)始了這方面的探索。早在2013年9月，廣州市南沙區(qū)經(jīng)貿(mào)科技和信息化局已就南沙新區(qū)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目進(jìn)行公開(kāi)招標(biāo)，借外腦邀請(qǐng)相關(guān)咨詢(xún)公司，就3D打印技術(shù)、應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)及方向做論證，合理利用各種資源，將南沙打造成為3D產(chǎn)業(yè)發(fā)展的集聚地。

摘自《中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào)》