第三次工业革命与当代中国：3D打印重组世界

　　3D打印(3DPrinting)技术，又称“添加制造”(AdditiveManufacturing)技术。根据美国材料与试验协会(ASTM)2009年成立的添加制造技术子委员会F42公布的定义，“添加制造”技术是“一种与传统的材料去除加工方法相反的，基于三维数字模型的，通常采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺，同义词包括添加成型、添加工艺、添加技术、添加分层制造、分层制造，以及无模成型”。不过，为与现下流行的“3D”概念相契合，人们又为该技术起了一个更通俗的名字——“3D打印”，其内容涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”(RapidPrototyping)、全生产周期的“快速制造”(RapidManufacturing)，以及其他所有添加工艺、技术、系统类别和应用。“3D打印”和“添加制造”这两种称谓，均表示同一概念。自1984年CharlesHull制作出第一台3D打印机以来，3D打印技术历经了近30年的发展，正逐步成为最有生命力的先进制造技术之一，其主要特点有：

　　第一，设计制造一体化。由三维模型直接驱动，在一定程度上实现了设计、制造的一体化，这是三维打印技术的一个最显著特点。

　　第二，高度柔性。添加制造技术不受零件的形状和结构的任何约束，使复杂模型的直接制造成为可能。

　　第三，缩短新产品的研制周期，降低研发成本。三维打印技术可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转换成真实的产品模型，从而可以对正处于设计阶段的产品做出快速评价、修改及功能试验，这样既有效地缩短了产品的研发周期，又降低了经济损耗。

　　3D打印原理：

　　所谓3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。这一成型过程不再需要传统的刀具、夹具和机床就可以打造出任意形状。它可以自动、快速、直接和精确地将计算机中的设计转化为模型。

　　3D打印机采用分层加工，迭加成型方式来“造型”，会将设计品分为若干薄层，每次用原材料生成一个薄层，再通过逐层叠加获得3D实体。这一点它与喷墨打印机工作方法十分类似，3D打印是一层一层地印，而喷墨打印机是一条直线一条直线地喷，通过若干直线的叠加形成图像。它通过对计算机中三维软件的识别，进行STL(三角网格格式)转换，再结合切层软件确定摆放方位和切层路径，并进行切层工作和相关支撑材料的构造。

　　最后使用喷头将固态的线型成型材料加热成半熔融状态之后挤出来，和支撑材料自下而上，一次一层的构铸成最终实体。简单地说，可以理解为软件把物体分成若干个横截面，而三维打印机将这些横截面一次一层的沉淀、堆积，最终形成我们所需的实体。

　　3D打印简史：

　　1986年，CharlesHull开发了第一台商业3D印刷机。

　　1993年，麻省理工学院获3D印刷技术专利。

　　1995年，美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。

　　2005年，市场上首个高清晰彩色3D打印机SpectrumZ510由ZCorp公司研制成功。

　　2010年11月，世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世。

　　2011年6月6日，发布了全球第一款3D打印的比基尼。

　　2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。

　　2011年8月，南安普敦大学工程师开发出世界上第一架3D打印的飞机。

　　2012年11月，苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。

　　3D打印的意义和影响：

　　以3D打印技术为典型代表的新型制造技术成为引领未来制造业变革的重要技术之一，该技术有可能从根本上改变生产组织方式。3D打印技术是通过计算机辅助设计技术完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，后者采用分层加工、叠加成形，即将连续的薄型层面堆栈起来，直到一个固态物体成型。其工作原理与普通打印机基本相同，与计算机连接后，通过计算机控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。

　　新型制造技术的单个产品生产成本与大规模生产的单位产品成本的无差将颠覆传统的规模经济理论。大规模产品生产优势的削弱使得中小企业甚至个体企业家变得更具有竞争力，并使集约式的生产模式向着分布式生产的方向发展。此外，新型制造技术可以极大地释放人的创造力和想象力，使创新经济商业模式成为可能。一台笔记本计算机和一个3D打印机便可完成产品的制造，同时将导致劳动力成本占总成本的比例会越来越小，新兴国家的低劳动力成本优势将急剧下降。靠廉价劳动力获得大量就业岗位的新兴国家，可能又要将这些岗位拱手让给发达国家，并改变世界产业格局。

　　3D打印技术的现状及未来前景：

　　在过去的一年多时间里，3D打印业界进入了高度活跃期，与3D打印相关的新闻和概念频频出现在公众视野中，越来越多的中国民众开始了解3D打印。事实上，3D打印技术和3D打印机在一些欧美发达国家的应用已经相当普遍。

　　近期全球第一本全面讲述3D打印技术及其应用的图书——《3D打印：从想象到现实》，根据多年来对3D打印技术及其产业发展的研究成果，该书作者从不同层面和角度为读者描述了3D打印的技术原理、历史和现状、广泛应用、未来前景以及困难与挑战。根据本书介绍，我们可以从以下几方面来理解3D打印的现状及未来前景：

　　第一，3D打印已蔓延至日常生活的每个角落。

　　越来越多的事实表明，3D打印机已不再是设计师和科学家的专属机器，它已经从实验室和工厂逐渐走出来，走进学校和家庭，与我们每个普通人的生活息息相关。3D打印的衣服和鞋子已经多次出现在全球各大时装展，3D打印的饼干和蛋糕已经成为一些家庭餐桌上最受欢迎的小点心，3D打印的咖啡桌和个性家具颇受年轻人的喜爱，而在自行车和汽车等交通工具的设计中也越来越多地体现出3D打印元素。从小朋友的“喜羊羊”牙刷和定制玩具，到父母的立体婚纱照，再到爷爷奶奶的助听器和义齿，3D打印让家庭中的每个成员都感到惊喜并从中受益。正如书中所描绘的，3D打印技术正在遵循三步走的发展路线，逐渐从打印物体外形过渡到打印物体内部构成，最终发展到可以打印物体的高级功能和行为的阶段，因此我们相信：在不远的将来，每个人都可以在家中打印可通话的手机、爬来爬去的迷你机器人，以及其他新奇好玩的电子产品。

　　第二，3D打印将波及各行各业。

　　3D打印这种新式制造方法将使你的工作方式发生巨大改变，也许变得更有效率，也许变得更困难，作者针对这一趋势在书中列举了很多有代表性的案例。如果你是一位中学老师，当你带着花费数小时用3D打印制作的恐龙化石或者喜马拉雅山模型来到教室，这堂课一定会令你的学生们印象深刻;如果你是一位资深医生，当你将带着使用3D打印机制造的与患者身体完美匹配的骨骼或者心脏瓣膜走进手术室时，整个医疗界必定为之振奋;如果你是一位考古工作者，利用3D扫描和3D打印技术快速复制那些脆弱、不可触碰的珍贵文物，那么繁冗细致的考古研究工作必将事半功倍;如果你是一位艺术品设计师，使用3D打印技术实现你的设计，此时自然界中那些美妙复杂的曲线和外形都不再遥不可及，人们的审美标准也会大幅提升。然而，如果你是一位立体雕刻大师，那么3D打印出的作品会使你自叹不如;如果你拥有一间模型制作工厂，3D打印技术极有可能使你的业务量大幅缩水。诸如此类，3D打印必将影响各行各业的工作模式，或者增强很多行业的生命力，或者导致某些行业走向消亡。

　　第三，3D打印将催生众多新机会，同时也带来很多新挑战。

　　如前所述，一些传统行业将受到3D打印技术的冲击而逐渐萎缩，然而我们必须意识到3D打印同样会催生大量前所未有的行业和巨大机遇。最显而易见的机会就是，随着廉价家用3D打印机需求的增长，其相关产业链(包括零配件制造、打印材料等行业)也会进入高速发展期。更重要的机会在互联网领域，围绕3D打印会出现越来越多的电子商务模式，例如在线3D打印服务、个人定制设计制造服务、共享3D打印模型小区以及面向云制造的3D打印网络。与互联网类似，移动信息平台和智能手机的普及也为某些简单易用却十分有趣的3D打印增值服务提供了理想的应用推广平台。还有就是基于3D打印的实体商业模式将迅速成长，例如遍布大街小巷和旅游景点的3D打印店与3D打印照相馆。

　　然而，我们必须认识到在3D打印创造无数新机会的同时，它也带来了许多前所未有的挑战：3D打印行业的人才培养问题，现有设计软件与3D打印的不匹配问题，3D打印物品的版权和知识产权纠纷问题，以及3D打印设备和3D打印产品的质量安全问题，还有就是3D打印产品对公共安全和环境构成的威胁，等等。这些问题迫切需要3D打印业界人士、产业经济研究者、法律工作者以及公共事务管理者通过共同努力来解决。

　　第四，3D打印将改变现有产业结构，冲击中国经济模式。

　　毋庸置疑，3D打印将创造新的商业模式，改变现有的产业结构，对世界经济产生巨大影响。最近一段时间，主要发达国家纷纷开始布局，陆续出台了相关政策和投资发展计划，大力发展3D打印产业，旨在占领新工业革命的前沿阵地。美国总统奥巴马在2013年2月“国情咨文”中多次提及3D打印，并筹划建立3D打印国家创新中心，旨在提升美国制造业的竞争力。从欧美各国最新的太空探索计划中，也可以看到对3D打印技术相关项目的巨额资助。

　　同时应该指出，3D打印技术将会给中国产业经济带来一些直接的负面影响。首先，随着中国制造业劳动力成本上涨，基于3D打印技术和互联网平台的全球云制造模式将体现出更廉价、更快捷并且更绿色环保的优势，这将有可能部分取代现有的中国制造模式。其次，3D打印的广泛应用使得整个产品研发过程都可以在企业内部进行，这将使研发周期缩短并且很好地保护了设计方案。然而，对于大量依靠模仿而生存且缺乏原创设计力量的中国微小企业来说，这无疑是一个沉重的打击。令人欣慰的是，在中国北京、西安、成都和武汉等城市，政府已经陆续开始着手对3D打印相关产业进行布局和规划，从设备研发、软件设计、材料制备和技术服务等众多环节全面鼓励发展3D打印产业，相信中国能够把握此次制造业转型改革机遇，成为世界3D打印产业强国。

　　综上所述，3D打印时代已经到来，我们的生活、工作以及思考方式都会为之改变，世界经济产业格局也将受其影响。因此我国必须及早谋划，更好应对，以免被动落后。