上半年我国3D打印设备产品产量同比增长超50%
产业迅猛发展 3D打印如何闯出“新天地”
从关节灵活、一体成型的玩具中国龙，到依据患者特点量身定制的骨骼模型，再到与人体骨组织结构高度相似的椎间融合器……在日前闭幕的2024年中国国际服务贸易交易会上，除了人形机器人、低空无人飞行器等高科技应用，各式各样的3D打印产品也赚足了眼球。
随着智能制造技术的发展，3D打印逐渐成为推动我国新质生产力培育发展的重要力量，其应用场景正在不断拓展，还吸引了不少年轻人紧抓机遇，在相关领域创业。
国家统计局日前发布的数据显示，2024年上半年，我国3D打印设备产品产量同比增长51.6%，其增长率远超新能源汽车的34.3%和集成电路的28.9%。同时，海关总署的数据显示，今年1月至7月，我国3D打印设备出口量和出口额也都实现了两位数高速增长。
一系列数据反映出我国3D打印行业的强劲增长势头。也有专家注意到，产销两旺背后，我国3D打印行业要闯出“新天地”，在技术迭代、场景应用、材料创新等方面还有一些瓶颈亟待突破。
加速赋能传统制造业
“3D打印”是增材制造技术的一种俗称。增材制造以数字模型为基础，通过将材料逐层堆积制造零件或实物，是一种“自下而上”的制造方法。虽然没有等材、减材制造发展时间长，但如今，增材制造也已成为推动制造业转型升级的重要力量。
广东科恒科技有限公司(以下简称“广东科恒”)是东莞有名的手板样机制造企业，该公司市场总监耿安东告诉中青报·中青网记者，早在2008年，他们就开始用3D打印技术生产手板样机。
“手板样机指的是用来验证产品设计是否符合要求、测试产品可行性的小批量产品样品，通常在产品设计阶段和产品生产之前制作。”耿安东说，在没有3D打印技术前，手板样机大多采用数控加工等方式生产，3D打印技术的出现，大大提升了手板样机的生产效率，进一步降低了成本。
以汽车设计制造为例，耿安东介绍，一款新汽车底盘在研发过程中要经过大量试验，最开始可能只是验证它的外形、尺寸等是否符合装配要求，如果用传统工艺制造汽车底盘手板样机，流程复杂，且需要几个月的时间，“但利用3D打印技术，只需要花费一周，就能制作多个汽车底盘手板样机，然后直接送到汽车厂用于产品验证”。耿安东告诉记者，目前，广东科恒的工厂内有超过1000台工业级3D打印机。而在该公司生产的手板样机中，有近80%的产品是通过3D打印制造的。
“相较于传统制造工艺，3D打印技术的成型、加工、制造过程简单，拿到数字模型图纸之后，只需要通过电脑控制发出指令，就可以直接打印出实物。”上海交通大学材料科学与工程学院副教授王洪泽说。王洪泽长期从事增材制造与激光制造研究，他认为，通过简化生产环节，3D打印有效节省了材料消耗和人工成本。“同时，3D打印还具有轻量化、实现任意复杂结构制造的技术优势。”
其实，2012年，3D打印就被列入了国家高技术研究发展计划(863计划)，相关政策提出要突破3D打印制造技术中的核心关键技术，研制重点装备产品。近年来，增材制造(3D打印)作为我国智能制造的关键领域，多次出现在《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、“十四五”规划和2035年远景目标纲要等顶层规划中。
2021年发布的《“十四五”智能制造发展规划》明确提出，要加强关键核心技术攻关，其中，增材制造作为先进工艺技术，被列入“智能制造技术攻关行动”重点攻关的关键核心技术目录。
目前，3D打印还被应用于航空航天开发和小批量制造、汽车快速开发及轻量化、精准医疗、文化创意等领域。“比如齿科经常会用到的人造牙齿、手机等电子产品的外壳、航天飞行器的重要零部件等，有很多产品或零部件都来自3D打印。”王洪泽说，随着技术的一步步迭代和完善，3D打印逐渐从实验室走向生产应用，赋能传统制造业，发挥着“降本增效”的作用。
东莞顺林模型礼品股份有限公司(以下简称“东莞顺林”)是一家专门从事汽车模型、潮流玩具生产的企业。该公司有一款原创IP潮玩——“胖哒”，在产品设计阶段，“胖哒”经过了数十次3D打印验证。“每次打印出来，我们都会对实物进行效果评价，然后再有针对性地对设计方案进行完善。”东莞顺林董事长刘学深说，利用3D打印进行新品辅助设计，已经成为玩具产品开发的重要环节。
3D打印在医疗领域的渗透也有目共睹。在服贸会现场，几乎在每家医疗企业的展台，都能看到3D打印产品的身影，纳通科技集团带来了一款3D打印脊柱椎间融合器产品。纳通科技相关负责人介绍，普通的椎间融合器采用机械加工的方式制造，尺寸、型号相对固定，但通过3D打印，可以根据患者的关节特征等实现椎间融合器定制化，“同时，3D打印技术还可以在融合器上形成特定的微孔结构，方便后期骨长入，更有利于患者恢复”。
王洪泽表示，长三角、粤港澳大湾区等地是我国3D打印设备需求相对集中的区域。上述地区具有比较发达的制造业基础，3D打印机作为重要的制造辅助设备，在当地有较大的消费市场。“同时，武汉、西安等高校和科研院所集中的城市和地区对相关设备的需求也比较大。”
相关数据显示，截至2023年年底，我国国产3D打印装备拥有量占全球装备的11.5%，处于全球第二，而消费级非金属3D打印装备市场占比则位居全球首位。“随着‘3D打印+’的深入开展，增材、减材与等材制造将走向互融互通。不同制造技术各显其长，发挥合力，共同推动我国由制造大国向制造强国迈进。”中国工程院院士、西安交通大学教授、国家增材制造创新中心主任卢秉恒说。
消费级3D打印机市场迎来爆发
在3D打印领域，打印设备主要分为工业级和消费级。不同于工业级设备，消费级3D打印机专为个人用户和小型企业设计，一般采用FDM(熔融沉积成型)、LCD光固化成型等技术，操作简便、成本相对较低，也被称为桌面级或入门级3D打印机。
从医疗器械到高端零配件，再到住宅建筑，3D打印加速赋能传统工业制造的同时，消费级3D打印机市场也迎来了空前爆发。根据市场研究机构KBV Research的统计，2022年，全球消费级3D打印机市场规模为25.03亿美元，预计到2028年将达到71亿美元，年复合增长率为19.2%。
“目前，消费级3D打印机以打印塑料产品居多，比如玩具、文创等。”王洪泽认为，随着技术的迭代更新，消费级3D打印机在打印效果、打印速度等方面有了持续性的提升，且使用门槛和产品单价明显下降，这都促使3D打印获得了市场的更大关注。
深圳市创想三维科技股份有限公司(以下简称“创想三维”)是一家专门从事3D技术研发的国内企业，该公司华北区域销售经理耿雨萌介绍，目前，消费级3D打印机被不少潮流玩具设计师用来初步实现创意，还有消费者购买大批量的3D打印设备开办“3D打印工厂”，对外提供打印服务。而“3D打印农场”遍地开花，也被市场普遍认为是相关技术越来越被市场认可的一种表现。
所谓“3D打印农场”，就是指多台消费级3D打印机在同一个操作环境中集中运行，用来小批量生产或快速制造各种产品。管理运营“3D打印农场”的人则被称为“农场主”。“如果把‘3D打印农场’看作是一个小型工厂，那生产线就由一台台3D打印机组成，我们只需在切片软件(3D打印的模型管理系统——记者注)中设置好参数并加载原材料，打印机就能按照设定好的程序批量制造出性能一致的产品。”3D打印行业垂直平台“3D打印资源库”的创始人谭文杰解释道。
如今，越来越多年轻人投身到“3D打印农场”创业中，朱朝文就是其中之一。他在江西南昌经营着一家规模达300台打印机的“3D打印农场”，平常会承接一些打印玩具、文创产品的订单。赶上旺季，他家“农场”每天24小时“连轴转”。此外，他还是江西小有名气的3D打印设备代理商。今年3月开始做设备代理以来，他卖出的3D打印机已经有大几千台。
根据“3D打印资源库”的不完全统计，目前，全国有1000多位“农场主”，每位“农场主”拥有的设备数量从几台到上千台不等。“这些‘农场主’掌握着超过5万台3D打印机，展现了‘3D打印农场’行业的增长速度。”谭文杰回忆，今年4月，上面的数据还只是两万多台，“短短4个月，涨了近1.5倍”。
值得注意的是，海外也正在成为我国消费级3D打印机重要的终端市场。海关总署日前发布的数据显示，今年1月至7月，国产3D打印机出口量为210万台，出口金额超过49.9亿元，较去年同期分别增长了36.3%和75.6%。如今，在电商平台Amazon(亚马逊)上搜索“3D打印机”，销量排名靠前的几乎都是中国品牌。
近几年，多家国内3D打印领域头部厂商年营收突破10亿元大关，小米、安克等公司也纷纷进军3D打印。市场研究机构CONTEXT此前发布的报告提到，2023年，全球入门级3D打印机出货量同比增长19%，其中约94%的出货量由中国供应商完成。耿雨萌则提到，目前，创想三维3D打印机的销售区域已经覆盖全球超过190个国家。
王洪泽表示，我国3D打印能顺利出海，主要得益于供应链的产业优势和厂商之间的竞争。“国内3D打印设备成本相较国外要低很多，这与我们的人力成本以及相关资源成本较低有关；同时，国内3D打印产业发展很快，市场主体较多，竞争也比较激烈。”
如何闯出“新天地”
“消费级3D打印机的使用门槛不高，随着越来越多人进入3D打印领域创业，市场越来越‘卷’。”谭文杰认为，在“3D打印农场”创业，有两条发展路径可以选择：一是“小而美”做个性化定制，二是“大而全”走工厂化路线。
他提到，个性化、定制化是3D打印的天然优势之一，如果在产品设计上做出自己的特色和品牌，能带来较大的原创红利。对于大型“农场主”，将3D打印作为一种新工具来替代传统的制造方式，比如生产工业件等，“这可能是未来‘3D打印农场’的主要发展方向”。
“3D打印农场”的出现为小批量、个性化的产品制造带来不小的变化。其实，从3D打印技术面世的一刻起，大众就一直在期待它能给制造业带来一次彻底的革命。但在多位业内人士看来，当前，我国3D打印规模化制造在打印设备、打印材料等方面还有一些发展瓶颈尚待突破，这也成为3D打印如何闯出“新天地”的必答题。
“首先要加大高端3D打印相关设备和技术的研发力度。”王洪泽说，目前，3D打印技术还没有发展到可以在所有制造领域均大批量应用的阶段，打印效率较低，成本较高。注塑制造等方法虽然开模具成本更高，但一旦模具开好，就可以进行大批量制造。“3D打印还需要降本增效。”
先进材料的研发也值得关注。目前，在3D打印领域，高性能材料比较欠缺。此外，可用于3D打印的材料种类有限，也在一定程度上阻碍了技术应用范围的扩大。“我们身边目之所及的所有实物均可以通过传统制造的方式生产，传统制造的材料体系可能有上千、上万种，但是目前可用于3D打印的材料只有几百种。”耿安东说。但王洪泽强调，材料开发是3D打印技术推广应用的一个必经阶段。“未来，要结合当前行业的切实发展需求，开展相关材料的研发工作。”
相关统计数据显示，目前我国3D打印规模以上企业有近200家，但其中多为中小企业，研发和技术创新能力相对较弱。王洪泽表示，推动3D打印产业发展，还需要政策持续对高新技术研究作出引导和支持，尤其是对一些高端但风险较大的研究，我国的支持力度还应进一步加大。“同时，还要让企业、民众更多地了解3D打印技术，只有大家了解了，才有可能会更大范围地应用。”
我国已经于2021年将“增材制造工程”列入普通高等学校本科专业目录，目前有哈尔滨工业大学、西北工业大学等18所高校开设了上述专业，但耿安东认为这“远远不够”。他提到，高校人才培养最短也需要3至4年的时间，但企业不能坐等。“特别是对于了解增材制造，同时熟悉传统制造业优劣势的复合型人才，在市场上会非常受欢迎。”
“高校也好，企业也好，产业链也好，对于人才培养要持续加大投入。”耿安东说，此外，还要了解不同的细分制造领域的需求，结合3D打印材料成型的工艺特点，开发更加深入的制造方式，“这对行业发展非常重要”。
中青报·中青网见习记者 贾骥业 记者 朱彩云 来源：中国青年报