中国3D打印产业的现状和发展思路

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中国3D 打印产业的现状及发展思路

王忠宏，李扬帆，张曼茵

( 国务院发展研究中心产业经济部，北京100010)

( 清华大学经济管理学院，北京100083)

( 北京航空航天大学经济管理学院，北京100191)

收稿日期: 2012 －11 －10

作者简介:王忠宏，国务院发展研究中心产业经济部博士研究生;李扬帆，清华大学经济管理学院博士研究生; 张曼茵，北

京航空航天大学经济管理学院博士后。

摘要:一些国家将3D 打印技术作为第三次工业革命的重要标志之一，使其引起广泛关注。发展3D

打印产业，可以提升我国工业领域的产品开发水平，提高工业设计能力; 可以生产复杂、特殊、个性化的

产品，有助于攻克技术难关; 可以形成新的经济增长点，促进就业。面对新的生产方式变革和发达国家

大力推进的“再工业化战略”，我国也应高度重视3D 打印等新型数字化制造技术的研发和产业化，加大

人才培养、市场培育和应用推广的力度，努力在数字化革命和智能制造的“机会窗口”前取得3D 打印产

业发展主动权。

关键词: 3D 打印产业; 数字化制造; 发展思路

中图分类号: F49 文献标识码: A

文章编号: 1007 －7685( 2013) 01 －0090 －04

近期，英国《经济学人》杂志在《第三次

工业革命》一文中，将3D 打印技术作为第三次

工业革命的重要标志之一，［1］引发了世人的关

注。作为新生事物，什么是3D 打印技术? 它与

传统产品开发和生产制造有什么区别? 发展的意

义何在? 我国发展现状如何? 下一步应如何发

展?

一、3D 打印概况

( 一) 3D 打印的概念

3D 打印技术是制造业领域正在迅速发展的

一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义的

制造技术”。运用该技术进行生产的主要流程

是: 应用计算机软件设计出立体的加工样式，然

后通过特定的成型设备( 俗称“3D 打印机”) ，

用液化、粉末化、丝化的固体材料逐层“打印”

出产品。3D 打印技术是“增材制造”的主要实

现形式。“增材制造”的理念区别于传统的“去

除型”制造。传统数控制造一般是在原材料基

础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去

除多余部分，得到零部件，再以拼装、焊接等方

法组合成最终产品。而“增材制造”与之不同，

无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数

据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，

简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提

高效率并降低成本。

( 二) 3D 打印技术所依托的关键技术

3D 打印技术需要依托多个学科领域的尖端

技术，主要包括以下方面: 信息技术，即要有先进

的设计软件及数字化工具，辅助设计人员制作出

产品的三维数字模型，并根据模型自动分析出打—90 —

经济纵横·2013 年第1 期

印的工序，自动控制打印器材的走向; 精密机械，

即3D 打印技术以“每层的叠加”为加工方式，产品的生产要求高精度，必须对打印设备的精准程度、稳定性有较高的要求; 材料科学，即用于3D

打印的原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化、丝化，在打印完成后又能重新结合起来，并具有合格的物理、化学性质。客观说，目前3D 打印技术尚不成熟。作为一项多学科交叉的高新技术，还

需要在各相关领域投入较大的研发力量，才能掌

握完整的核心技术。

( 三) 3D 打印技术的应用领域

近年来，3

D 打印技术发展迅速，在各领域都

取得了长足发展，已成为现代模型、模具和零部件制造的有效手段，在航空航天、汽车摩托车、家电、生物医学等领域得到了一定应用，在工程和教学

研究等领域也占有独特地位。

具体应用领域包括: 工业制造。可应用于产

品概念设计、原型制作、产品评审、功能验证。

制作模具原型或直接打印模具，直接打印产品:

3D 打印技术制造的小型无人飞机、小型汽车等

概念产品已问世，家用器具模型也被用于企业的

宣传、营销活动中; 文化创意和数码娱乐: 可作

为形状和结构复杂、材料特殊的艺术表达载体。

科幻类电影《阿凡达》运用3D 打印技术塑造了

部分角色和道具，3D 打印技术制造的小提琴接

近了手工艺的水平; 航空航天、国防军工: 可对

形状复杂、尺寸微细、性能特殊的零部件、机构

进行直接制造; 生物医疗: 可应用于人造骨骼、

牙齿、助听器、假肢等的制作; 消费品: 可应用

于珠宝、服饰、鞋类、玩具、创意DIY 作品的

设计和制造; 建筑工程: 可应用于建筑模型风动

实验和效果展示，建筑工程和施工( AEC) 模

拟; 教育: 可应用于模型验证科学假设，用于不

同学科实验、教学。在北美的一些中学、普通高

校和军事院校，3D 打印机已经被用于教学和科研; 个性化定制: 可提供基于网络的数据下载、

电子商务的个性化打印定制服务。

从市场应用份额看，3

D 打印技术应用在汽车

及零配件领域占37%，在消费品领域占18. 2%，应用于航空航天和国防军工占13. 7%，在商业机器领域占11. 2%，在医疗领域占8. 8%，在科研方面占8. 6%。①

二、我国3D 打印产业发展现状及面临的问

题

近年来，我国积极探索3D 打印技术的研发，

初步取得成效。自20 世纪90 年代初以来，清华大学、西安交通大学、华中科技大学、华南理工大学、北京航空航天大学、西北工业大学等高校，在3D 打印设备制造技术、3D 打印材料技术、3D 设计与成型软件开发、3D 打印工业应用研究等方面，开展了积极的探索，已有部分技术处于世界先进水平。其中，激光直接加工金属技术发展较快，已基本满足特种零部件的机械性能要求，有望率

先应用于航天、航空装备制造; 生物细胞3D 打印技术取得显著进展，已可以制造立体的模拟生物

组织，为我国生物、医学领域尖端科学研究提供了关键的技术支撑。目前，依托高校的研究成果，对3D 打印设备进行产业化运作的公司实体主要有: 北京殷华( 依托于清华大学) 、陕西恒通智能机器( 依托西安交通大学) 、湖北滨湖机电( 依托华中科技大学) 。这些企业都已实现了一定程度的产

业化，部分企业生产的便携式桌面3D 打印机的

价格已具备国际竞争力，成功进入欧美市场。

一些中小企业成为国外3D 打印设备的代理

商，经销全套打印设备、成型软件和特种材料。还有一些中小企业购买了国内外各类3D 打印设

备，专门为相关企业的研发、生产提供服务。其中，广东省工业设计中心、杭州先临快速成型技术有限公司等企业，设立了3D 打印服务中心，发挥科技人才密集的优势，向国内外客户提供服务，取得了良好的经济效益。

在家用电器、汽车配件、通信技术、航天、军工

等领域，3

D 打印技术被越来越多应用到产品研发

和生产中。在医疗领域，国内高水平的医院使用

3D 打印技术，为患者提供定制的牙齿和骨骼替代

物以及具有仿生性能的体内植入物。在教育领

域，我国有很多高校购买了3D 打印设备，开展多

个学科的教学和研究工作。目前，中国已成为美

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经济纵横·2013 年第1 期

①资料来源于维基百科英文版数据。

国、日本、德国之后的3D 打印设备拥有国。

3D 打印产业正成为投资热点。不少原来从

事数字化技术、材料技术、精密机械技术的企业纷

纷考虑投资开发3D 打印设备生产和服务。

图1 各国和地区3D 打印技术应用的市场份额

资料来源: 《3D 打印技术将掀起“第三次工业革

命”? 》，载自《科学研究动态监测快报》，中国科学院国家科学图书馆，2012 年10 月1 日。

目前，我国3D 打印产业处于起步阶段，存在

一系列影响3D 打印产业快速发展的问题。

第一，缺乏宏观规划和引导。3D 打印产业上

游包括材料技术、控制技术、光机电技术、软件技

术，中游是立足于信息技术的数字化平台，下游涉

及国防科工、航空航天、汽车摩配、家电电子、医疗

卫生、文化创意等行业，其发展将会深刻影响先进

制造业、工业设计业、生产性服务业、文化创意业、

电子商务业及制造业信息化工程。但在我国工业

转型升级、发展智能制造业的相关规划中，对3D

打印产业的总体规划与重视不够。

第二，对技术研发投入不足。我国虽已有几

家企业能自主制造3D 打印设备，但企业规模普

遍较小，研发力量不足。在加工流程稳定性、工件

支撑材料生成和处理、部分特种材料的制备技术

等诸多环节，存在较大缺陷，难以完全满足产品制

造的需求。而占据3D 打印产业主导地位的一些

美国公司，每年研发投入占销售收入的10% 左

右。目前，欧美一些3D 打印企业依托其技术优

势，正加紧谋划拓展我国市场。我国对3D 打印

技术的研发投入与美国有较大差距，占销售收入

的比重很少。

第三，产业链缺乏统筹发展。3D 打印产业的

发展需要完善的供应商和服务商体系和市场平

台。在供应商和服务商体系中，包含工业设计机

构、3D 数字化技术提供商、3D 打印机及耗材提供

商、3D 打印设备经销商、3D 打印服务商。市场平台包含第三方检测验证支持、金融支持、电子商务、知识产权保护等支持。而目前国内的3D 打

印企业还处于“单打独斗”的初级发展阶段，产业整合度较低，主导的技术标准、开发平台尚未确立，技术研发和推广应用还处于无序状态。

第四，缺乏教育培训和社会推广。目前，我国

多数制造企业尚未接受“数字化设计”、“批量个

性化生产”等先进制造理念，对3D 打印这一新兴技术的战略意义认识不足。企业购置3D 打印设

备的数量非常有限，应用范围狭窄。在机械、材料、信息技术等工程学科的教学课程体系中，缺乏与3D 打印技术相关的必修环节，还停留在部分

学生的课外兴趣研究层面。

三、我国发展3D 打印产业具有重要的战略

意义

当前，全球正在兴起新一轮数字化制造浪潮。

发达国家为解决近年来制造业竞争力下降的难

题，大力倡导“再工业化、再制造化”战略，提出智能机器人、人工智能、3D 打印技术是实现数字化

制造的关键技术，并希望通过这三大数字化制造

技术的突破，巩固和提升制造业的主导权。虽然

3D 打印等数字化制造的核心技术仍处在发展的

初级阶段，产业还不成熟，但在产品设计、复杂和特殊产品生产、个性化服务等方面已显示其独特

优势。所以，我们应充分认识智能制造、数字化制造对我国的深刻影响，加快3D 打印产业的发展，推动我国由“工业大国”向“工业强国”转变。( 一) 发展3D 打印产业，可提升我国工业领

域的产品开发水平，提高工业设计能力

传统的工业产品开发方法往往是先做模具，

然后再做出样品，而运用3D 打印技术，无需模具，就可以把制造时间降低为以前的1 /10 到1 / 5，费用降低到1 /3 以下。一些好的设计理念，无

论其结构和工艺多么复杂，均可以利用3D 打印

技术短时间内制造出来，从而极大地促进产品的

创新设计，能够有效克服我国工业设计能力薄弱—92 —

经济纵横·2013 年第1 期

的问题。

( 二) 发展3D 打印产业，可生产出复杂、特

殊、个性化的产品，有助于攻克技术难关

3D 打印技术可为基础科学的研究提供重要

的技术支持。在航天、航空、大型武器等装备制造

业，零部件种类多、性能要求高，需要进行反复测试。运用3D 打印技术，既在研制速度上具有优势，还可以直接加工出特殊、复杂的形状，简化装备的结构设计，化解技术难题，实现关键性能的赶超。在生命科学的研究和应用中，3

D 打印以“细

胞打印”、“仿生定制”等形式出现，把标准化、自动化的机械加工业生产方式，应用到生物工程、生物制药和临床医学等领域，已取得丰硕成果。以

生物组织为原材料的制造业，有望成为高端制造

业的重要组成部分。发展3D 打印技术，将促进

我国在生物能源开发利用、生物和化学药剂试验、人体组织和器官再造等领域取得技术进步。

( 三) 发展3D 打印产业，可形成新的经济增

长点，促进就业

随着3D 打印技术的普及，“大批量的个性化

定制”将成为重要的生产模式。3D 打印技术与现代服务业的紧密结合，将衍生出新的细分产业、新的商业模式，创造出新的经济增长点。如，自主创业者可通过购置或租赁低成本的3D 打印设备

( 一些3D 打印设备已低于1 万元) ，利用电子商务等平台，为大量消费者定制生活用品、文体器具、工艺装饰品等各类中小产品，激发个性化需求，形成一个数百亿甚至数千亿元规模的文化创

意制造产业，并增加社会就业。

四、我国3D 打印产业发展的政策建议

( 一) 制定3D 打印产业发展规划，促进其优

先发展

建议将3D 打印技术定位为生产性服务业、

文化创意、工业设计、先进制造、电子商务及制造业信息化工程的关键技术和共性技术，将该产业

纳入优先发展产业及产品目录。在财税金融政策上，鼓励企业投资、研发、生产和应用3D 打印技术，支持3D 打印设备的进出口。

( 二) 加强3D 打印产业联盟、行业协会建设，

推动产业协同发展

积极引导工业设计企业、3D 数字化技术提供

商、3D 打印机及材料研发企业和机构、3D 打印服务应用提供商组建产业联盟，利用有关学会、协会的平台加强研讨和交流，共同推动3D 打印技术

研发和行业标准制定。促进3D 打印技术发展的

市场建设，包括3D 打印电子商务平台、3D 打印数据安全和产权保护机制、3D 打印技术及关联项目投融资机制等，促进产业可持续发展。

( 三) 加大科技扶持力度，提升3D 打印技术

水平

设立3D 打印产业专项基金，重点推进数字

化技术、软件控制、打印装置、材料技术等关键技术的研发。在研发扶持中，要注意建立公平、公正的研发绩效评估体系，鼓励各研发主体探索不同的技术路径。加强对3D 打印产学研合作的支持，特别对实施产业化的企业在市场销售、推广上给予政策支持。

( 四) 加强教育培训，促进3D 打印技术的社

会化推广

将3D 打印技术纳入相关学科建设体系，培

养3D 打印技术人才。依靠行业协会、博览会、论坛等组织形式进行3D 打印技术和应用的培训。在科技馆、文化艺术中心、青少年活动中心等公共机构进行3D 打印技术的展示、宣传和推广。发展3D 打印服务机构，推广3D 打印技术应用，为发展3D 打印产业积累应用经验。

参考文献:

［1］第三次产业革命［J］. 经济学人( 英) ，2 012 －04 －21.

( 责任编辑: 张佳睿)

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