張 穎，楊繼全

(1．江蘇省生產(chǎn)力促進(jìn)中心，江蘇 南京 210042)

(2．江蘇省三維打印裝備與制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210046)

三維打印技術(shù)是融合了電子信息、新材料、高端制造等眾多高端前沿領(lǐng)域技術(shù)的戰(zhàn)略性新興技術(shù)，已被美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家列入重點(diǎn)發(fā)展的高技術(shù)領(lǐng)域。三維打印技術(shù)無(wú)論是面向個(gè)人還是企業(yè)，都具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。三維打印產(chǎn)業(yè)有望成為江蘇國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。

2013年全球三維打印市場(chǎng)規(guī)模接近40億美元，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模在3億美元左右，市場(chǎng)規(guī)模還很小，但比2012年增長(zhǎng)了1倍［1］。三維打印產(chǎn)業(yè)正處于一個(gè)快速成長(zhǎng)的階段。為了進(jìn)一步促進(jìn)江蘇省三維打印技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化，2013年3月“江蘇省三維打印產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”正式成立，目前共包括產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)、科研院所等50家成員單位。通過(guò)調(diào)研和咨詢(xún)，作者對(duì)于江蘇省三維打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本現(xiàn)狀有了較為清晰的認(rèn)識(shí)，闡述了江蘇省三維打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，并總結(jié)了三維打印產(chǎn)品發(fā)展需克服的局限。為今后該產(chǎn)業(yè)的科學(xué)規(guī)劃和健康發(fā)展奠定了一定基礎(chǔ)。

1 江蘇省內(nèi)三維打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況

1．1 骨干企業(yè)情況

江蘇省三維打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起步較早，目前已經(jīng)形成了以南京紫金立德電子有限公司、南京寶巖自動(dòng)化有限公司、無(wú)錫飛爾康快速制造公司、江蘇敦超電子科技有限公司、江蘇永年激光成形技術(shù)有限公司、蘇州秉創(chuàng)科技有限公司等一批具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的骨干企業(yè)，這些企業(yè)站在了三維打印技術(shù)的前沿，具備行業(yè)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，其三維打印產(chǎn)品及業(yè)務(wù)已在國(guó)內(nèi)外具有一定的影響力。例如，南京紫金立德電子有限公司是我國(guó)最早實(shí)現(xiàn)三維打印機(jī)規(guī)?；a(chǎn)制造的企業(yè)，擁有全球壟斷的LOM(薄片材料疊加工藝)三維打印機(jī)技術(shù)，具備年產(chǎn)5000臺(tái)桌面式三維打印機(jī)的生產(chǎn)能力，其生產(chǎn)的三維打印機(jī)已銷(xiāo)往美、德、英、法等30多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，并在我國(guó)“天宮一號(hào)”設(shè)計(jì)過(guò)程中被采用制造一些零部件的測(cè)試件;南京寶巖自動(dòng)化有限公司及江蘇敦超電子科技有限公司擁有專(zhuān)利及軟件著作權(quán)40余項(xiàng)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的彩色三維打印機(jī)、桌面式三維打印機(jī)和個(gè)人及辦公型三維打印機(jī)等，目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)年銷(xiāo)售三維打印機(jī)1000臺(tái)左右;無(wú)錫飛爾康快速制造公司利用激光燒結(jié)金屬粉末成型技術(shù)，使用航空級(jí)粉末產(chǎn)品凈成形加工復(fù)雜部件，該企業(yè)投產(chǎn)的精密模具加工業(yè)務(wù)彌補(bǔ)了我國(guó)航空航天標(biāo)準(zhǔn)精密模具加工的空白;江蘇永年激光成形技術(shù)有限公司是我國(guó)三維打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)起單位之一，創(chuàng)新設(shè)計(jì)并制造了我國(guó)第一臺(tái)透射式光刻成形三維打印機(jī)，研發(fā)了新型大功率LENS工藝三維打印機(jī)。這樣一批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、在國(guó)內(nèi)外具有一定影響力的三維打印企業(yè)已經(jīng)成為江蘇省發(fā)展三維打印產(chǎn)業(yè)的中堅(jiān)骨干力量。

1．2 科研院所情況

三維打印技術(shù)與材料學(xué)、機(jī)械制造、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)集成制造等學(xué)科緊密相關(guān)，而這些均是江蘇科教的主要優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域。南京大學(xué)、東南大學(xué)、南京理工大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、南京師范大學(xué)等主要的研究型大學(xué)在上述學(xué)科領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)大都設(shè)有國(guó)家或省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科，擁有兩院院士、長(zhǎng)江學(xué)者等一批頂尖專(zhuān)家，培養(yǎng)了大量相關(guān)專(zhuān)業(yè)人才。在江蘇省各級(jí)各類(lèi)科研院所中，也有相當(dāng)數(shù)量的科研院所在上述相關(guān)領(lǐng)域具有較強(qiáng)的研究實(shí)力。

依托這些高校科研院所，江蘇省已經(jīng)建有一批與三維打印產(chǎn)業(yè)相關(guān)技術(shù)有關(guān)聯(lián)的國(guó)家和省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、工程技術(shù)研究中心等，研發(fā)實(shí)力居于國(guó)內(nèi)前列，已經(jīng)掌握部分關(guān)鍵技術(shù)。與此同時(shí)，江蘇在三維打印產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)初步形成了一批具有一定影響力的骨干企業(yè)，并成立了“江蘇省三維打印產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”?？梢哉f(shuō)，與國(guó)內(nèi)其他省市相比，三維打印技術(shù)從學(xué)科建設(shè)、研發(fā)能力、創(chuàng)新載體、人才隊(duì)伍等方面綜合體現(xiàn)出江蘇的比較優(yōu)勢(shì)。

2 區(qū)域內(nèi)三維打印領(lǐng)域的重大技術(shù)突破

2．1 航空航天典型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件三維打印成型技術(shù)

隨著航空航天技術(shù)的飛躍式發(fā)展，為滿足越來(lái)越高的性能要求，各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零部件由設(shè)計(jì)者提出。但由于傳統(tǒng)制造技術(shù)和加工工藝的局限性，這些具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零部件的加工制造變得越來(lái)越困難，同時(shí)成本也極高。為了能夠更好地滿足我國(guó)航空航天領(lǐng)域快速發(fā)展的需求，南京航空航天大學(xué)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)南航)與上海航天八院、上海商用飛機(jī)有限公司、中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所等航空航天單位一起聯(lián)合開(kāi)展了航空航天典型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的三維打印成型技術(shù)的研究。通過(guò)一年的努力，以南航黃因慧、田宗軍、顧冬冬等教授為代表的團(tuán)隊(duì)成功攻克了基于鋁合金、鈦合金復(fù)合材料的三維打印成型技術(shù)。鋁合金由于對(duì)于激光的高反特性，一直是三維打印成型領(lǐng)域的難點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)材料在航空航天領(lǐng)域又大量應(yīng)用，因此南航團(tuán)隊(duì)從原材料—工藝實(shí)驗(yàn)—性能評(píng)價(jià)整個(gè)體系入手，解決了鋁合金材料的激光三維打印技術(shù)難題，其水平已經(jīng)達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。另外，在鈦合金材料三維打印成型方面，南航團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了TC4TiC型鈦合金復(fù)合材料的三維成型技術(shù)研究，通過(guò)對(duì)原材料制備過(guò)程的優(yōu)化、成型工藝過(guò)程控制、在線退火技術(shù)的應(yīng)用，使得成形件的性能水平大幅提高，整體水平達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。部分研究成果見(jiàn)表1。

表1 南航團(tuán)隊(duì)研究成果

2．2 面向生物醫(yī)學(xué)工程的三維打印成型技術(shù)

由于金屬三維打印技術(shù)可制作幾何形狀任意復(fù)雜的實(shí)體，而不受傳統(tǒng)機(jī)械加工方法中刀具無(wú)法達(dá)到某些型面的限制，能以很小的制造成本、很短的制造周期，制作出任意復(fù)雜形狀的人工植入物原型，為術(shù)前的植入模擬提供了便利條件，從而可提高手術(shù)的效率和準(zhǔn)確性，因此在其一開(kāi)始出現(xiàn)便引起了醫(yī)學(xué)界的重視。在該研究領(lǐng)域，2013年剛剛成立的南京增材制造中心(中國(guó)三維打印研究院)積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)，在盧秉恒院士的帶領(lǐng)下，南京增材制造中心與中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院301醫(yī)院、中國(guó)人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)附屬醫(yī)院展開(kāi)了三維打印醫(yī)學(xué)植入體和牙齒的研究。該團(tuán)隊(duì)從植入體的設(shè)計(jì)入手，與西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校合作，對(duì)植入體的形狀、孔隙率、力學(xué)性能、生物相容性等多方面進(jìn)行研究，最后由合作醫(yī)院做可行性測(cè)試，成功開(kāi)發(fā)出各類(lèi)醫(yī)學(xué)植入體和金屬牙齒，目前已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行有關(guān)單位的各類(lèi)認(rèn)證手續(xù)，其技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。部分醫(yī)學(xué)研發(fā)成果見(jiàn)表2。

表2 生物醫(yī)學(xué)研發(fā)成果

同時(shí)，江陰瑞康健生物醫(yī)學(xué)科技有限公司在“三維細(xì)胞培養(yǎng)支架”方面擁有完整的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)上市。該公司在利用三維打印技術(shù)制作可修復(fù)血管支架等組織工程支架方面，技術(shù)達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平。

2．3 高性能復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)件激光三維打印成套裝備及核心器件

目前，國(guó)際上公認(rèn)的基于送粉和鋪粉式金屬激光三維打印機(jī)均產(chǎn)自德國(guó)或美國(guó)，雖然其成形精度和可靠性能較好，但德國(guó)EOS公司的金屬三維打印機(jī)Phenix system每臺(tái)售價(jià)高達(dá)300萬(wàn)元人民幣甚至更貴，并且在成形的材料上必須使用該公司的系列產(chǎn)品，否則零件的成形效果就達(dá)不到質(zhì)量要求。同時(shí)，由于為了保證成形件精度采用微細(xì)光斑進(jìn)行加工，其成形效率太低，很難滿足鈦合金等大型結(jié)構(gòu)件的加工要求。另外，雖然采用送粉式的金屬三維打印機(jī)具有更高的成形效率，但其造價(jià)也同樣極其昂貴，僅高功率光纖激光器一項(xiàng)而言，報(bào)價(jià)就高達(dá)數(shù)百萬(wàn)，并且其關(guān)鍵核心技術(shù)對(duì)我國(guó)進(jìn)行封鎖。

與國(guó)外的金屬三維打印機(jī)相比，雖然北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等少數(shù)研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)掌握了鈦合金、不銹鋼等復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)件的激光三維打印工藝，但其激光成形系統(tǒng)也均是基于國(guó)外激光器開(kāi)放系統(tǒng)自己搭建的激光三維打印平臺(tái)，對(duì)于整體市場(chǎng)而言，目前國(guó)內(nèi)還很難買(mǎi)到一款利用專(zhuān)有技術(shù)開(kāi)發(fā)的金屬零件激光三維打印機(jī)。

綜上所述，從市場(chǎng)角度而言，國(guó)內(nèi)金屬零件激光三維打印機(jī)的相關(guān)設(shè)備落后于歐美，國(guó)外相關(guān)設(shè)備供應(yīng)商對(duì)我國(guó)的定位策略是“國(guó)外關(guān)鍵設(shè)計(jì)及制造技術(shù)壟斷，非關(guān)鍵設(shè)備國(guó)內(nèi)部分制造”。其中的關(guān)鍵技術(shù)，例如大功率光纖激光器、軟件系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)等核心技術(shù)依然對(duì)中國(guó)封鎖。而從技術(shù)角度來(lái)講，目前國(guó)內(nèi)金屬激光直接成形工藝成熟度及技術(shù)創(chuàng)新性則與國(guó)外相差無(wú)幾，有部分技術(shù)甚至超越國(guó)外大公司。因此，相比較已經(jīng)取得創(chuàng)造性成績(jī)的金屬零件激光直接成形技術(shù)，國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)備制造商更需解決的是高效、穩(wěn)定、應(yīng)用性強(qiáng)的金屬激光三維打印成形系統(tǒng)的研制問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，南京中科煜宸公司與南京先進(jìn)激光技術(shù)研究院進(jìn)行“高性能金屬結(jié)構(gòu)件激光三維打印成套裝備及核心器件”的研究，目前該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的大型金屬三維打印機(jī)已經(jīng)成功應(yīng)用在殲15戰(zhàn)斗機(jī)核心部件的制造上。同時(shí)研發(fā)的精密金屬三維打印機(jī)也已經(jīng)投入生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中。產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造的關(guān)鍵核心技術(shù)均實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，尤其是高功率光纖激光器也實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，產(chǎn)品的總體水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平，將加快推進(jìn)我國(guó)特別是江蘇地區(qū)三維金屬打印裝備的研發(fā)進(jìn)程。團(tuán)隊(duì)研發(fā)的三維打印機(jī)及零部件見(jiàn)表3。

表3 激光三維打印機(jī)及零部件

除此之外，江蘇永年激光成形技術(shù)有限公司創(chuàng)新設(shè)計(jì)并制造我國(guó)第一臺(tái)透射式光刻成形三維打印機(jī)，自主研發(fā)采用1 000W激光器對(duì)建筑陶瓷粉末進(jìn)行分層選擇性熔覆的三維打印成形設(shè)備，獲得2013年江蘇省科技支撐計(jì)劃。研發(fā)并承建新型大功率激光三維打印成形制造系統(tǒng)，在國(guó)內(nèi)率先提出將多臺(tái)激光器組成激光網(wǎng)絡(luò)，與多臺(tái)金屬熔覆、熔化和燒結(jié)成形終端，通過(guò)CMIS技術(shù)集成，形成L－SS平臺(tái)，可大大提高激光器和三維打印設(shè)備的使用效率，節(jié)能并擴(kuò)大了應(yīng)用服務(wù)范圍。預(yù)計(jì)首套4 000W激光器的L－SS平臺(tái)將于2014年6月完成。

2．4 面向微零件和精密制造的三維微打印設(shè)計(jì)與成型技術(shù)

三維微打印為三維打印領(lǐng)域在精密制造、微系統(tǒng)制造方面的前端技術(shù)，可廣泛應(yīng)用在微系統(tǒng)或微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)計(jì)與制造、生物組織工程制作等領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)外已形成研究熱點(diǎn)［2］。以南京理工大學(xué)侯麗雅與章維一教授為學(xué)術(shù)帶頭人，是國(guó)內(nèi)最早從事三維微打印研發(fā)的科研團(tuán)隊(duì)，其在基礎(chǔ)理論、成型工藝、控制平臺(tái)、軟件平臺(tái)等方面都有深入研究。在國(guó)家“863”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和省科技廳多個(gè)項(xiàng)目資助下，“微流體數(shù)字化技術(shù)”被《科技導(dǎo)報(bào)》(中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)會(huì)刊)遴選為“2004年中國(guó)科學(xué)、技術(shù)與工程重大進(jìn)展”之一?！拔⒘黧w數(shù)字化技術(shù)及其應(yīng)用”在第九屆中國(guó)國(guó)際高新技術(shù)成果交易會(huì)上獲得“優(yōu)秀產(chǎn)品獎(jiǎng)”。

該研究團(tuán)隊(duì)先后研發(fā)了國(guó)內(nèi)第一臺(tái)微小機(jī)械光成型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、微流體數(shù)字化噴射打印實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研制出了微流體脈沖噴射儀及配套微流體器件制備儀，研究了非IC法微制造的冷熱加工工藝，制作出了若干種微流體噴嘴并成功應(yīng)用于數(shù)字化微噴射制造，實(shí)現(xiàn)了功能梯度材料及材料芯片的打印制備、基于石蠟打印的紙質(zhì)微流體器件制作、可燃?xì)怏w傳感器敏感元件上敏感材料的微打印涂覆，以及納米銀導(dǎo)電圖形薄膜的微打?。?］。部分研發(fā)成果如圖1～4所示。

圖1 壓電式微流體脈沖驅(qū)動(dòng)－控制系統(tǒng)

圖2 電磁式微流體脈沖驅(qū)動(dòng)－控制系統(tǒng)

圖3 拉鍛集成式玻璃微噴嘴制作儀

圖4 微打印技術(shù)制備的Cu/Cr功能梯度材料

2．5 數(shù)字化高速微滴噴射三維打印成型技術(shù)、設(shè)備開(kāi)發(fā)及應(yīng)用

基于數(shù)字化微滴噴射工藝的三維打印技術(shù)是三維打印領(lǐng)域最具有競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前途的成型技術(shù)，該成型技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高速、高精度、全彩色、多材料三維打印成型，主要包括彩色三維打印成型技術(shù)、UV光固化噴墨成型技術(shù)兩種，此兩種技術(shù)和產(chǎn)品分別為三維Systems公司和Stratasys公司所壟斷，國(guó)內(nèi)尚無(wú)同類(lèi)技術(shù)及設(shè)備。

為此，在“江蘇省三維打印產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，建立了產(chǎn)學(xué)研合作體系，進(jìn)行了該技術(shù)的聯(lián)合攻關(guān)，由江蘇紫金電子集團(tuán)、南京師范大學(xué)和南京航空航天大學(xué)、南京寶巖自動(dòng)化有限公司等單位承擔(dān)江蘇省重大科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目，開(kāi)展彩色三維打印的關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)、設(shè)備成套制造和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用;由江蘇省生產(chǎn)力促進(jìn)中心、江蘇敦超電子科技公司、蘇州秉創(chuàng)公司、南京航空航天大學(xué)、南京師范大學(xué)等單位承擔(dān)江蘇省科技支撐專(zhuān)項(xiàng)，開(kāi)展UV光固化噴墨成型技術(shù)的關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)、成型裝備研制、材料國(guó)產(chǎn)化等工作。

該領(lǐng)域的主要技術(shù)突破和創(chuàng)新點(diǎn)在于:彩色三維設(shè)計(jì)技術(shù)、彩色三維掃描技術(shù)、彩色三維打印裝備、高效長(zhǎng)壽命UV光學(xué)系統(tǒng)、高性能復(fù)合材料與評(píng)價(jià)技術(shù)等［3］。

2．6 面向三維打印的三維掃描數(shù)據(jù)獲取技術(shù)和軟件設(shè)計(jì)技術(shù)

面向三維打印領(lǐng)域，融合掃描技術(shù)、逆向設(shè)計(jì)、正向設(shè)計(jì)等為一體的快速設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)是幫助設(shè)計(jì)師們加快開(kāi)發(fā)周期的有效途徑。但這類(lèi)技術(shù)需要很深的技術(shù)積累和多年的研發(fā)投入，目前國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域幾乎處于空白。

江蘇省以東南大學(xué)達(dá)飛鵬、南京航空航天大學(xué)程筱勝與南京師范大學(xué)楊繼全為代表的科研團(tuán)隊(duì)在此領(lǐng)域分別進(jìn)行了較為深入的研究。主要包括快速高精度三維掃描技術(shù)、自由曲面模型快速設(shè)計(jì)技術(shù)、多材質(zhì)三維打印建模技術(shù)、三維打印后處理技術(shù)、三維掃描與設(shè)計(jì)一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研發(fā)等，為發(fā)展掃描、設(shè)計(jì)、打印制造一體化、高集成、快速的三維打印產(chǎn)業(yè)鏈提供技術(shù)支撐。圖5～8為團(tuán)隊(duì)研發(fā)成果中的部分三維數(shù)據(jù)處理實(shí)例。

圖5 掃描數(shù)據(jù)配準(zhǔn)

圖6 球孔洞模型修補(bǔ)

圖7 細(xì)分曲面變形設(shè)計(jì)

圖8 多材質(zhì)建模

2．7 大型物體和實(shí)體建筑三維打印關(guān)鍵技術(shù)及高端成型裝備研制

此方向目前已是國(guó)際，尤其是歐美國(guó)家競(jìng)相重點(diǎn)發(fā)展支持的領(lǐng)域，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大型建筑物或巨型雕塑的快速、自由成型，是三維建筑藝術(shù)設(shè)計(jì)、特種建筑成型材料、高速度三維打印成型的系統(tǒng)性集成，將引領(lǐng)建筑業(yè)、建材業(yè)、藝術(shù)設(shè)計(jì)、雕塑、文創(chuàng)產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域的革命。

以江蘇省三維打印裝備與制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京師范大學(xué))為技術(shù)牽頭單位，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多個(gè)科研院所和建筑企業(yè)形成的跨學(xué)科建筑打印研發(fā)團(tuán)隊(duì)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)唯一一個(gè)開(kāi)展該新領(lǐng)域研究與開(kāi)發(fā)的科研團(tuán)隊(duì)，與國(guó)外保持同步，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件開(kāi)發(fā)和材料研發(fā)等方面均居于國(guó)際先進(jìn)水平，1～2年內(nèi)將形成相對(duì)完善的集三維建筑設(shè)計(jì)、特種建筑材料和巨型三維打印裝備的知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。圖9為正在實(shí)施打印的實(shí)體建筑。

圖9 正在實(shí)施打印的實(shí)體建筑

3 三維打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展需克服的局限

三維打印仍然是處于成長(zhǎng)過(guò)程的技術(shù)，還不夠成熟，目前主要用于個(gè)性化的單件生產(chǎn)。三維打印的主要局限如下:

a．以企業(yè)為主體的三維打印關(guān)鍵核心技術(shù)和裝備研發(fā)力度仍較弱。

三維打印未來(lái)發(fā)展的目標(biāo)應(yīng)做到如下4個(gè)方面:傻瓜式設(shè)計(jì)、一鍵式操作、宜人型材料、平民化價(jià)格。應(yīng)建立以企業(yè)為主體的、集“政、產(chǎn)、學(xué)、研、經(jīng)”為體系的三維打印關(guān)鍵核心技術(shù)和裝備研發(fā)聯(lián)合攻關(guān)局面，鼓勵(lì)各類(lèi)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)積極轉(zhuǎn)型，吸引更多基金和資金投入到該領(lǐng)域，逐步建立完整的上中下游產(chǎn)業(yè)鏈。

b．三維打印應(yīng)用領(lǐng)域引導(dǎo)和推進(jìn)力度較弱。

可以分行業(yè)進(jìn)行引導(dǎo)和推進(jìn):(1)在教育領(lǐng)域，包括大學(xué)所使用三維打印技術(shù)和設(shè)備的比例都還非常低，而在已經(jīng)運(yùn)用三維打印技術(shù)和設(shè)備的教育機(jī)構(gòu)，其使用率和效率仍相對(duì)較低。(2)在醫(yī)療領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)一些大型醫(yī)院雖已嘗試著應(yīng)用三維打印，但往往是出于科研目的，沒(méi)有走向真正為病人服務(wù)的通用化與常態(tài)化。三維打印在國(guó)內(nèi)醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用水平與美國(guó)相比仍有相當(dāng)大的差距。(3)在工業(yè)、辦公領(lǐng)域以及其他行業(yè)，也可以通過(guò)建立一些示范性工程，進(jìn)行三維打印的普及或推廣。

c．在三維打印領(lǐng)域的人才培養(yǎng)與引進(jìn)力度仍很薄弱。

引導(dǎo)國(guó)內(nèi)高?？蒲袡C(jī)構(gòu)以及全球的三維打印研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行科研成果轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)高端的三維打印研發(fā)人才、應(yīng)用型技術(shù)人員和產(chǎn)業(yè)工人，逐步形成三維打印產(chǎn)業(yè)大軍。

d．針對(duì)三維打印產(chǎn)業(yè)的專(zhuān)項(xiàng)資金支持、科技招商與融資體系尚處于初級(jí)階段。

作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，很多小型公司在創(chuàng)業(yè)階段會(huì)嚴(yán)重缺少資金，在政府的各個(gè)產(chǎn)業(yè)政策里雖然有一些規(guī)定，但沒(méi)有落到實(shí)處，這對(duì)于科技工作者創(chuàng)業(yè)是一個(gè)非常難的問(wèn)題，所以在科技招商和融資方面，政府部門(mén)、開(kāi)發(fā)園區(qū)和投融資等部門(mén)應(yīng)該合力為創(chuàng)業(yè)型企業(yè)創(chuàng)造完善的投融資平臺(tái)和創(chuàng)業(yè)環(huán)境。

［1］ Terry Wohlers．Wohlers Report2013［C］//Additive manufacturing and 3D printing state of the industry．Annual worldwide progress report．Colorado:Wohlers Associates，Inc，2013:122 －176．

［2］ 楊繼全，馮春梅．3D打?。淖兾磥?lái)的制造技術(shù)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2014．

［3］ 楊繼全，戴寧，侯麗雅．三維打印設(shè)計(jì)與制造［M］．北京:科學(xué)出版社，2013．