3D打印技术引领工程机械变革大潮_每周话题

前言

您有没有幻想过未来有一天，我们自己住在一个3D打印的房子里面，泡着小茶看着电脑，在家里操控着正在工地施工的挖掘机。一个零部件坏了，轻松摁下身边的3D打印机按钮，没有几分钟一个全新的零配件就出来了。那个时候，我们不再需要急忙的去联系售后，不再需要自己周转多个地方买配件，不再因为小故障而影响施工进度。仅需一台3D打印机，所有问题迎刃而解。而这些，随着科学技术的不断发展【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，一切的不可能正在一步步走向真实。

全球首个3D打印别墅样板房问世

近日，数幢使用3D打印技术建造的建筑亮相苏州工业园区。这批建筑包括一栋面积1100平米的别墅和一栋6层居民楼。这些建筑的墙体由大型3D打印机层层叠加喷绘而成【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，而打印使用的“油墨”则由建筑垃圾制成。

据了解，现场展示的五层楼房是盈创科技与中国建筑第八工程局合作的结晶。盈创建筑科技(上海)有限公司董事长马义和谈到，“3D打印整幢建筑在技术上已没有任何问题。也就是说，今后只要把建筑打印机搬到施工现场，就可以打印完整的整幢楼房，哪怕是一二百米高的高层建筑，估计3年以后【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，可以实现现场打印整幢建筑。”

苏州的这几幢建筑又让3D打印技术再次走进人们的视线，着实火了一把。那到底什么才是3D打印呢？在未来的发展中，3D打印又将给人类带来哪些重大变革？本期话题中【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，我们将带您一起走进3D打印的世界！

何谓3D打印？

所谓3D打印（3D Printing），是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、电子束等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。与盖楼一样，3D打印也是从地基建起，通过打印材料的层层叠加【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，最终形成一个完整的立体物品。

3D打印机的分类

3D打印是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、电子束等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。这也决定了根据其打印材料和应用方向的不同【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，会产生一些更垂直的发展领域。

总体看来，3D打印机分为三大类。一是大众消费级（桌面级），多用于工业设计、工艺设计、珠宝、玩具、文化创意等领域。二是工业级，一方面是原型制造，主要用于模具、模型等行业；另一方面则是产品直接制造，包括大型金属结构件的直接制造和精密金属零部件的直接制造。三是生物工程级【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，如打印牙齿、骨骼修复、细胞、器官、软组织等。

科研层面，这三大类的研究并驾齐驱，而商业应用上的发展略有不同。目前，3D打印技术在大众消费、工业和生物工程等领域的运用已经开始，并有了不同程度的产业基础。应用地域来看，在欧洲国家和美国，3D打印的普及程度要比我国高：2012年，世界3D打印行业的产值是120亿～130亿元，而国内大概为10亿元；2013年，世界3D打印行业的市场规模大概在200亿元，国内大概在20亿元；国内与国外3D打印的市场规模同比数据显示，增速都在一倍以上，但是如果和国外相比，国内的市场规模仍显得十分有限，不过【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，这也意味着巨大的放量空间。

在美国和欧洲国家，3D打印产业实现的产值大概占行业总收入的70％。中国的市场规模与日本相当，接近10%。从2013年的情况来看，无论是国内还是国际，3D打印的普及率在快速提高，市场需求在显著上升【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，增速比较快。

3D打印技术的独到之处

了解制造业的人都知道，传统的制造工艺最核心的一个环节就是要建模，许多复杂的个性化产品能够设计出来，但最大的困难是生产不出来，原因就出在建模环节。3D打印技术可以很好地协调这两方面的矛盾，这种技术最突出的优点就是无需模具就能够成型，也不需要机械加工【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，就能直接依据设计好的三维图形数据打印出任何形状的物体。

对3D打印技术来说，最容易做的事情就是建模、造模，也就是在原型制造方面、大众消费领域、生物医学领域，基本上都能够做到得心应手。即使我们没有三维数据，我们也可以通过逆向建模的方式对物体进行三维扫描，获取数据。而最难的，也是业内认为最核心的技术是在复杂的大型金属结构件的直接制造方面。这一块，过去美国有家公司一直在做，但没有取得重大技术突破，如今这家公司已经破产倒闭了。中国3D打印技术产业联盟联席理事长、长江学者、北京航空航天大学王华明教授在这方面历经多次失败之后，最终取得重大突破【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，并依靠此技术荣获2012年国家技术发明一等奖。长江学者、西北工业大学黄卫东教授在这方面也建树颇丰。

除了建模、造模比较困难之外，并不意味着3D打印就可以在制造业畅行无阻。高性能金属零件激光直接制造技术被业内认为是3D打印技术里面难度最大的一项技术。该技术以金属粉末为原料，通过激光逐层熔化沉积生长，直接从CAD模型一步完成高性能构件的“近终成型”，彻底改变了高性能难加工大型金属构件的传统制造模式，具有无需重型锻造工业装备及大型锻造模具制造、材料制备与零件近终成型一体化、材料利用率高、机械加工量小、数控加工时间短、生产成本低、制造周期短、柔性高效等独特优点，被誉为是一种“革命性”的短周期、低成本、“近终成型”、数字化的先进制造技术，为钛合金等高性能难加工大型整体金属关键结构件的制造提供了一条新途径，在航空、航天、核电等重大装备研制与生产中具有广阔的应用前景【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，成为过去20多年来材料制备科学和先进制造技术学科领域国际前沿研究和竞争热点之一。

3D打印应用日渐广泛

在3D打印刚刚萌芽的2012年，人们不会想到以往“天马行空”的想象力会有变成现实的一天。近年来，随着3D打印材料的多样化发展以及打印技术的革新，3D打印不仅在传统的制造行业体现出非凡的发展潜力，这一技术【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，如今已经在服装生产、巧克力甜品制作、建筑模型制作等领域有了一定的应用。

“只要一台电脑、一个创意设计和一台3D打印机，每个人都能成为制造商。”英国《经济学人》杂志编辑、“第三次工业革命”系列报道撰稿人保罗·麦基里日前于此间举办的“新产业革命国际论坛”上表示，随着3D打印技术的推广【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，“中国制造”将面临挑战。

3D打印是一项必火的应用。因为这项技术将让普通家庭拥有基础的生产制造力，你可以在家中打印餐具、装饰物甚至小家电，降低生活成本。凭借在材料和成本上相对节约的优势，3D打印技术的应用早已从普通的生活用品，慢慢渗透到了医疗、航空以及军事等各个高精尖领域。随着科学技术的不断进步和发展，目前3D打印机制造商们正在不断获得值得赞美的重大进步，推出更快速、更小型和更经济的产品，打印从食品到器官的各种东西。现在，国外就已经有不少汽车、飞机甚至是航空火箭上使用了3D打印的零部件。就在不久前，一位宇航员在国际太空站用3D打印技术打印出了一把管钳。以后，3D打印技术制造的各种交通工具以及工业化部件也将会越来越多，该技术的应用甚至将拓展到制造业的每一个领域，包括工程机械【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，这将或颠覆工程机械产品制造业格局。

在2014年9月8日召开的国际制造技术展会开展的第一天，一台名叫Strati黑色小巧身躯，身着红色椅背的两门电动车精彩亮相。与普通汽车不同的是，它是世界上第一台3D打印制造的电动汽车。与此同时，它还有着约为50公里的最高时速，车内的电池容量可行驶190至240公里。据了解，Strati是由Local Motors、辛辛那提股份有限公司以及橡树岭国家实验室耗时6天打印并组装完成，除电动机、电池、电线、座椅、挡风玻璃、悬架、车轮、方向盘、车窗和头灯来自不同的供应商外，全身上下近50个不能移动、不用清洁和不导电的零部件全部使用3D打印技术制造。法国雷诺公司为Strati提供了很多电动汽车传动装置，但这些传动装置的零件与雷诺Twizy电动汽车的零件通用。此外，其使用的直接数字化制造(DDM)方式——整车一体打印【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，也是首次被用于汽车制造业。

3D打印技术或将引领工程机械变革大潮

3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地提高生产率和降低生产成本。而如果这一技术能够在工程机械领域得到广泛的应用，意味着传统的生产加工线将成为历史。而当大型制造商人工密集型或机器密集型的生产方式丧失竞争优势时【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，就会有更多的中小企业有机会参与到市场竞争中来。

当然，依靠3D打印技术进行整机生产，从目前来看可能还是相当遥远的事，但是不可否认的是，3D打印技术的不断发展和推广，会在未来逐步影响工程机械行业的格局。3D打印技术或许将改变工程机械零配件供应的形式【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，从而削弱地域的垄断。

据对装载机用户的调研显示，用户在购买工程机械产品时，除了机器本身的质量以外，配件供应的速度也是其非常关注的因素。故如果在某一地区没有建立大型的配件库，则厂商很难在当地具备竞争力。但是，有了3D打印技术，配件供应不再依靠实物的运送，转而变为信息的传输。制造企业可以将配件的“图纸”传递给用户，由用户自行“打印”生产。这样既加快了配件供应的速度，也将大大拓展厂商竞争的地域范围【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，使得更多的厂商在“同一个”市场中竞争。

3D打印技术所带来的定制化趋势，也将使得中小制造商在竞争中获益。当大型制造商在依靠大规模生产标准化产品累计财富的同时，中小企业可以通过3D打印技术，对某些零部件进行定制化生产，依靠满足客户个性化的需求来赢得客户的青睐。例如，目前挖掘机械驾驶员对挖掘机的采购所起得影响作用越来越大，因此驾驶舒适性日益成为制造商不可忽视的一个方面。中小型制造商完全可以通过3D打印技术，为挖掘机用户量身定做符合他们人体特征的座椅【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，从而吸引用户的购买。

当然，3D技术何时能得到大规模的应用，目前还很难预测。但是去年12月，工信部副部长苏波已经表示工信部将推动“3D打印”产业化，“3D打印”路线图和中长期发展战略即将制定，或许【manbetx体育记者独家采写，转载请以链接形式标明出处，违者必究！】，3D打印时代真的已经不再遥远。