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§3D打印为何物（第2页）

3D打印产业的发展离不开配套产业的支撑，尤其是3D打印所需的CAD软件和打印材料。美国3D打印的配套产业非常发达，不仅能够提供3D打印机，而且基本上都能够为客户提供一体化的3D打印解决方案。美国的CAD软件产业以及热塑性塑料、金属粉末、陶瓷粉末等打印材料都比较发达，从而为美国的3D打印企业提供了有力的支撑。

3。强大的政府资助

鉴于3D打印技术及其产业展现出对传统制造业的革命性突破，美国联邦政府对此给予了高度重视和大力的财政支持。2012年3月，美国总统奥巴马批准，以10亿美元投资设立国家制造业创新网络（The　Natiowork　for　Manufanovation，　NNMI）。由15个不同地区的制造业创新研究所构成的国家制造业创新网络，采取“官产学”方式进行合作，以加强美国制造业的创新，提升美国在全球的竞争力。NNMI首当其冲纳入考虑的范畴即是增材制造，2012年8月，美国建立国家增材制造创新研究院（National　Additive　Manufanovation　Institute，　NAMII）。美国俄亥俄州的扬斯敦商业孵化器是首个获得NAMII资格的机构，国家航空和航天局、国防部、商务部、能源部和国家科学基金会五家联邦机构总共投入300万美元，西弗吉尼亚州、宾夕法尼亚州和俄亥俄州政府及工业界配套投入400万美元。西弗吉尼亚州、宾夕法尼亚州和俄亥俄州技术带总共有32000家制造业企业，是全美的第三大制造业中心（仅次于德克萨斯州和加利弗尼亚州），这些企业都在扬斯敦商业孵化器的辐射范围之内。

4。协会的长期推动

全美制造工程师学会（The　Soanufagineers，　**E）在很大程度上推动了美国3D打印技术的应用和产业化。该学会作为全球3D打印技术的年度盛会RAPID的组织者，快速技术和增材制造（Rapid　Teologid　Additive　Manufag，　RTAM）团体就是由其在20世纪80年代中期开始建立，并由该团体积极推动3D打印技术的应用和产业化。

5。健全的技术标准

基于美国测试和材料协会（Ameri　S　aM）的基础，ASTM　Iional逐步发展起来，成为全球自愿达成的工业标准的主要制定者。2009年，ASTM　Iional设立一个委员会，被称为F42委员会，TC261是其在国际标准组织150的对应机构，目的是专门负责增材制造技术。2011年，ASTM和150签署合作协议，将共同推动3D打印技术的国际标准工作。近两年来，在双方的合作下，3D打印的技术标准得到不断完善，成为推动3D打印技术应用和产业化规范发展的重要推动力量。

6。发达的金融支撑

强大的风险投资基金和发达的金融支持是美国创新的重要组成部分，也是推动3D打印产业不断发展和壮大的重要原因。3D打印产业的形成和发展都得到了美国风险投资基金的支持，一是在Stratasys成立伊始，创始人通过向风险资本出售35%的公司股权，获得了120万美元的风险投资，对企业发展发挥了重要的推动作用；二是2011年3D　Systems购买了一家公司的全部股权，并斥资1。37亿美元收购另外一家公司，2013年又收购了3D模型设计公司的软件企业。

7。强大的市场需求

3D打印设备是当前3D打印技术中一种常见的终端应用产品，融合了许多高精尖技术。初期在生产规模比较小的时候，单个打印设备的价格比较高，市场需求也比较小，除了少部分打印机用于科学研究、科普展览等领域外，大多数的买家主要是一些大型制造企业。如Stratasys公司在刚成立时，由于找不到适合的市场，于是专门为通用汽车、3M、Prat＆whitney等大客户量身定做了3D打印设备，使得企业才开始有了起步的动力，并由此开辟了3D打印设备的市场。可见，大型制造企业的强大市场需求是美国3D打印设备能够实现产业化的重要推动力。

8。整合的技术路线

3D打印设备要能够正常的工作，需要许多与之相配套的产业，这就需要及时对相关的技术和产业进行整合，从而不断提高3D打印设备的技术水平和功能。比如美国，在开发3D打印技术的过程中，既有专业的3D打印技术企业如Stratasys和3D　Systems，也有一大批掌握了这项技术的大型制造企业。在这种情况下，就需要通过购买股权等方式对不同的技术路线进行有效的整合。Stratasys和3D　Systems公司就是通过不断的整合，从而实现公司的发展壮大。

中国3D打印的发展历程

1。艰难起步

3D打印技术在中国兴起于上个世纪八九十年代，此时，也正是美国和日本3D打印产业真正成规模发展的时期。1988年10月，被认为是中国快速成形技术的先驱人物之一的清华大学颜永年教授，结束在美国加州大学洛杉矶分校访问之后，回到国内，开始专攻3D打印。他建立了清华大学激光快速成形中心，并多次邀请美国学者来华讲学。颜永年希望能从美国引进设备进行研究，但设备太贵，颜永年不得已找到美国3D　Systems的代理商——香港殷发公司寻求合作。双方达成协议，设备由香港殷发公司提供，人员和场地等由清华大学提供，成立了国内第一家3D打印公司——北京殷华快速成型模具技术有限公司。

被视为国内3D打印业另一先驱人物的西安交通大学教授、中国工程院卢秉恒院士，在1992年赴美做高级访问学者时发现快速成形技术在汽车制造业中的应用，回国后随即转向这一领域。1994年，西安交通大学成立了先进制造技术研究所，从做软件开发起步，进而试制紫外激光器、材料开发，最终研制出一台具有基本功能的样机。1995年9月18日，在国家科委论证会上，卢秉恒的样机获得了很高的评价，同时也争取到了“九五”国家重点科技攻关项目250万元的资助。1997年国内第一台光固化快速成型机由卢秉恒团队销售出。从此，依托西安交通大学的陕西恒通智能机器有限公司成为国内供应SLA光固化工业型成型机的第一家企业。

同期，华中科技大学的王运赣教授在美国参观访问中，接触到了刚问世不久的快速成型机。最初，王运赣想从最早出现的基于光敏树脂原料的光固化立体成型技术做起。然而，该实验的成本太高。一方面是液态光敏树脂材料价格太高，国际市场价格大约是每公斤2000元人民币，做一次实验至少要6000元以上。另一方面是快速成型设备也很贵，仅机器上的一个激光器就要3万美元。在时任校长、已故著名机械制造专家黄树槐的主持下，快速制造中心在华中科技大学成立，转攻基于纸原料的分层实体制造技术（LOM）。1994年，国内第一台基于薄材纸的LOM样机由快速制造中心研制出，1995年在北京机床博览会上引发巨大反响。LOM技术制作冲模，大大缩短生产周期，相比传统方法，节省了大约二分之一的成本。在此阶段，光固化技术、分层实体制造等技术蹒跚起步，在打印产品模型和铸造用蜡模等领域开始使用，但尚未直接制作出功能零件。

2。直接制造

1995年，西北工业大学教授黄卫东在学生做激光熔覆实验上得到启发，提出了一个新想法：结合3D打印技术和同步送粉激光熔覆，形成一种新技术；这种技术能够用于直接制造致密金属零件，可以承载高强度力学的载荷，适合用于生产飞机发动机零件。1997年，航空科学基金首次设立重点项目，在评审组长左铁钏的支持下，黄卫东团队的“金属粉材激光熔凝的显微组织与力学性能研究”项目，顺利得到通过。

同年，国家自然科学基金对黄卫东的激光定向凝固研究项目也进行了资助。2000年以后，对于激光立体成型的立项，国家自然科学基金、863计划、973计划等也开始支持。这个研究成果，很快应用在新型航空发动机的研制中。2001年，关于激光立体成型的源头创新，黄卫东团队申请了中国的第一批专利。到目前，已获12项激光立体成形的材料、工艺和装备等相关的国家发明和实用新型专利。

对于这方面的研究工作，基于快速自由精确成型和高强度控制的目标，并以同步实现这两个目标为总体思路，北京有色金属研究总院、华中科技大学、清华大学、北京工业大学和北京航空航天大学等先后开始展开。1998年，华中科技大学快速制造中心引进了选择性激光烧结技术和选择性激光熔化技术，这两项技术由史玉升专门负责。目前这是能够直接得到金属件最成功的方法，具有典型的代表性的就是美国3D　Systems公司采用的粉末烧结技术——金属粉末和有机黏结剂相混合。史玉升使用聚苯乙烯粒料替代尼龙粉末作为激光烧结材料，从而解决了研发激光烧结设备及其合适的粉末材料的课题，并于1999年造出了第一个产品——计算机鼠标外壳。2010年，史玉升研制出工业级的1。2米×1。2米快速制造装备，超越了美国3D　Systems公司和德国EOS公司的同类产品，成为全球该类装备的最大工作面。如今，1。4米×1。4米工作面的快速制造装备正在研制中，以满足重要行业整体快速制造大型复杂制件的要求。

另外，基于航空发动机和大型飞机等国家重大战略需求的考虑，对于相关关键构件激光成型工艺、成套装备和应用关键技术，北京航空航天大学教授王华明团队在国际上实现了首次的全面突破，使得中国成为目前全球唯一掌握大型整体钛合金关键构件激光成型技术、并对装机工程成功实现应用的国家。

1998年，清华大学的颜永年又将生命科学领域引入快速成形技术，“生物制造工程”学科概念和框架体系即是由其提出的。2001年生物材料快速成型机被研制出，这为制造科学提出了一个新的发展方向。之后，生物制造被西北工业大学、华中科技大学等多家单位看成重要的方向。2001年，西安交通大学与第四军医大学合作完成了世界首例人类下颌骨3D打印修复手术。

3。产业化难题

相对于科研的艰难推进，3D打印技术在中国的商业推广更为艰难。华中科技大学教授史玉升最开始推广3D打印技术时曾被当作“骗子”。后来，经过多次参加各种交流会，史玉升的团队派教师、博士后和研究生到生产现场，寻求与企业通力合作，努力与企业里的技术人员一起攻关，使得这项成果逐步获得企业的认可。到2011年，史玉升团队的3D打印设备才被更多企业接纳，尤其是被欧洲空客公司等单位选中，联合承担了欧盟框架下的七个项目，为欧洲航天局和空客等单位，制作卫星、飞机、航空发动机用大型复杂钛合金零部件的铸造蜡模。但是，2011年中国装机量仅占全球9%的份额。虽然中国的3D打印技术在某些领域已经领先全球，但商业化滞后、规模较小，尚未形成产业链。