工業3D列印 材料成本是最大制約

　作為第三次科技革命最受矚目的技術之一，3D列印在全球範圍內的發展速度用「突飛猛進」來形容毫不為過。但需要注意的是，從經濟性和技術角度看，其定位是對現有製造工藝的補充和完善，而不是對傳統製造業的顛覆。同時，3D列印材料性能還不夠穩定，且材料的通用性比較差、成本高企，也制約著3D列印在工業領域應用的進一步發展。

　　目前，中國的3D列印已在航空航天、汽車、生物醫療、文化創意等領域得到了初步應用，但離實現大規模產業化、工程化應用還有一定距離。

　　「與熱鬧的消費級3D印表機相比，工業機的生產與應用要冷清許多。『高精尖』工業市場畢竟有限，3D列印在其他工業領域的應用還未鋪開。」世界3D列印技術產業聯盟首席執行官羅軍表示，中國國內現在90%的3D列印企業是做列印「小玩意」的桌面機，工業3D印表機的競爭尚未真正開始。

　　多位業內人士告訴《每日經濟新聞》記者，材料品種少、價格貴、性能低，正是制約工業級3D列印應用的關鍵。工信部、發改委、財政部在今年3月出台的《國家增材製造產業發展推進計劃（2015~2016年）》中，將著力突破增材製造（即3D列印）專用材料，鼓勵優勢材料生產企業從事增材製造專用材料研發和生產，作為推進計劃的第一步。

　　隨著首個3D列印國家政策的出台，3D列印在工業領域的機遇和挑戰又一次引發了業內的關注。

　　高精尖領域「嘗甜頭」

　　記者從相關渠道獲悉，衛星每減重一公斤，即可減少10萬美元的發射成本。通過運用點對網的3D列印零件，衛星的減重比已達到30%，遠超過去減重13%的期望。

　　華中科技大學史玉升教授帶領的團隊向記者展示了一台其研發的大型工業級3D印表機。這台外觀看起來像大柜子一樣的3D印表機，內里分佈著等同於一個製造車間的精密儀器，將物件的三維數據輸入電腦並按下「列印」鍵后，這台「製造車間」就能在數小時內列印出工業級的零件。

　　史玉升告訴《每日經濟新聞》記者，在3D列印工業領域的應用中，航空航天業已經開始有所運用。

　　與此同時，3D列印在複雜結構的造型方面還具有獨特優勢。「過去設計師在設計零件時，要考慮工藝性，否則到車間製造時會做不出來。但現在基本只要想像比較合理的，就可以3D列印出來。」上海航天技術研究院高級工程師王聯鳳表示，能做一些傳統工藝難以做到的「奇形怪狀」的結構。

　　東方航空技術有限公司日前發布消息稱，其3D列印製造的飛機艙門手柄蓋板、飛機座位指示牌等客艙部件，已成功配裝到全新波音B777－300ER型客機上並執行正常航班飛行。一個小小的指示牌，等待周期從180天減至一個晚上，採購成本也從1000美元降至30元人民幣。

　　其實，大家能看到的3D列印應用只是冰山一角，某些軍工領域早已成熟運用。而且諸如航空航天等高精尖領域對成本不敏感，零件多為單次小批量生產，恰恰與3D列印的特性相符。

　　《國家增材製造產業發展推進計劃（2015~2016年）》已經明確將增材製造作為航空航天製造等高端裝備製造及修復的重要技術手段。結合重大工程需求，在航空航天等涉及國防安全及市場潛力大、應用範圍廣的關鍵領域和重要產業鏈環節實現率先突破，也是國家發展增材製造的基本原則之一。

　　用史玉升的話來說，航空航天領域的3D列印應用正熱火朝天，但很多技術在實際應用中仍是摸著石頭過河。「有的零件可以用3D列印，但零件所處的溫度和運動條件一旦變了，就不一定行了。」他表示，「就像是做宮保雞丁的技術成熟了，但換做熱乾麵，又不行了，火候、手法還需摸索。」

　　史玉升表示，他希望3D列印的建模軟體能升級，現在的軟體只能生成幾何信息，如果能自動生成對應的尺寸大小和應用材料，將進一步提升3D列印的工藝技術。

　　材料又貴又少成掣肘

　　「3D列印屬於增材領域，所以材料發展是3D列印的物質基礎，材料發展決定了3D列印的應用範圍。」中北大學材料科學與工程學院教授白培康認為。

　　在白培康看來，3D列印的材料種類少很難滿足需求。目前增材製造的材料僅100多種，而傳統減材製造、等材製造的材料有數萬種。「這就導致了3D列印與工業應用的結合面太窄。」三的部落總經理徐建輝告訴《每日經濟新聞》記者，「出現了『叫好不叫座』的局面。」

　　其次，材料的性能還不夠穩定，且材料的通用性比較差、成本高企，都制約著3D列印在工業領域應用的進一步發展。

　　以目前在3D列印工業應用中使用最多的鈦合金材料為例，其一公斤的價格為2000~3000元左右。這意味著做一個20多公斤的零件要花5、6萬元，而傳統鑄造業只用花幾百元就能搞定，這使得3D列印在「高精尖」以外的其他工業領域難以推廣開來。

　　「3D列印的材料最好能降到幾百元一斤，否則太貴了沒人用。」史玉升說。此外，材料的豐富性問題也是其團隊在實踐中遇到的困難。不少材料難以做到工業需求的抗疲勞和高溫耐久等特性，很多應用施展不開。史玉升將其比喻為，「鍋碗瓢盆有了，但柴米油鹽還缺很多。」

　　材料成本為何居高不下？業內人士指出，業內對3D列印材料的投入還不夠，材料市場尚未形成充分競爭。劍橋大學工程學院製造研究所教授Bil　O'Neil對《每日經濟新聞》記者表示，不少3D列印巨頭又做設備又做材料，材料與設備捆綁式銷售，相對封閉的系統導致成本難以降下來。

　　「我們現在的感受是，便宜的材料幹不了事，能幹事的價格又高。」一位從事3D列印的企業負責人對記者坦言。

　　　3D列印不能「包打天下」

　　在國務院5月發布的《中國製造2025》規劃中，有5處提到了3D列印，並將其列為要突破的10個重點領域之一。近年來，國際上3D列印工業級設備商和材料商銷售增幅巨大的事實，被業內視作3D列印的工業應用來到了爆發臨界點。

　　作為全球金屬3D列印設備巨頭之一，德國EOS公司銷售數據的變化暗含著行業趨勢的密碼。該公司大中華區總經理吳承軒表示，目前用於塑料加工的3D列印設備銷售佔比為三分之二，但金屬列印設備的成長態勢遠超塑料，很快金屬設備的銷售佔比會超過50%。而用3D列印製造金屬結構件，又是3D列印真正開啟工業化的標誌。

　　另一家3D列印的原材料公司，鈦粉末材料巨頭加拿大AP&C公司的銷售連續多年維持在50%-60%的增長幅度，對中國市場更是雄心勃勃。該公司總裁兼CEO　Jacques　Malette對《每日經濟新聞》記者表示，他們正通過在中國投資、實現本地化生產的方式，進一步降低3D列印金屬粉末材料的價格。

　　種種跡象表明，3D列印的上游技術正日漸成熟，下游應用也在擴大。但也要看到，目前全球的設備商主要是做非金屬、桌面級3D印表機，做金屬3D列印設備的公司還不到10家。

　　羅軍認為，3D列印行業最終的核心競爭力將在工業領域。5年時間里，3D列印行業將實現從消費級應用到工業化應用，從非金屬3D列印設備為主到金屬設備為主的過渡。全球做金屬3D設備的公司將達到30家，中國將產生10家。

　　未來，3D列印能否「包打天下」？從事3D列印研發多年的清華大學教授顏永年並不這麼認為，這位被稱作中國3D列印第一人的老人對《每日經濟新聞》記者表示，3D列印不是替代傳統的技術，而是補充傳統製造技術的不足，其發展方嚮應該是和傳統技術相結合。

　　其實，突破材料限制的關鍵手段之一，就是與傳統行業充分結合，並且應該用大型項目來推動3D列印工業領域的重大應用。顏永年團隊多年實踐證明，3D列印與傳統鑄造技術的結合，能補足3D列印韌性不足、易斷裂的缺陷。「尤其在重型、大型裝備製造方面，3D列印能推動大項目更有效率的進行。」顏永年解釋，他們目前正在努力將3D列印應用在核電主設備製造中。如果用傳統路徑，對鋼錠的材料利用率只有20%；而如果用重型3D列印+傳統鍛造的方式，其製造周期可以縮至過去的1/3，材料利用率將提升至80%。

　　在王聯鳳看來，今天的3D列印就像上世紀90年代的互聯網，前端技術、硬體已經積累到一定程度，一旦發展起來，後端的應用規模與產值將會爆發出難以想像的巨大能量。



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