二三十家莞企试水以解决传统制造业工艺、效率难题,但材料、成本门槛令3D打印暂难替代传统制造业
摘要：未来某一天，起床后你想要一顿早餐，在电脑里简单设置后，3D打印机就帮你打印出来；出门需要的衣服、鞋子、皮带、首饰也通通可以打印出来。这不是科幻电影，这一切正在慢慢实现。
一次3D打印参观活动中，一名男士正仔细研究新型3D打印机如何操作。
新技术篇
未来某一天，起床后你想要一顿早餐，在电脑里简单设置后，3D打印机就帮你打印出来；出门需要的衣服、鞋子、皮带、首饰也通通可以打印出来。这不是科幻电影，这一切正在慢慢实现。到时，遍布东莞的工厂或许也没有存在的必要，因为3D打印机是一台被认为几乎可以制造万物的机器。
这是3D打印的完美蓝图，但当下3D打印还远远达不到这般境界。一些东莞企业已经开始试水3D打印这一崭新的技术，主要用于研发设计阶段，用来提高研发效率，生产复杂的样品，还能节省人力。不过，3D打印这一新技术，要想颠覆东莞传统制造业，还言之过早，需要克服材料、质量检测、成本等诸多瓶颈。
未来5- 10年内，模具行业将有30%的市场会被3D打印取代，模具作为东莞的一大重要产业，占了全国20%的模具市场，将面临着很大的挑战。
———国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长罗百辉
说3D打印将取代传统制造，还言之过早。现阶段3D打印材料的成本非常高，比如用3D打印制作一个汽车模型，成本可能需要几百元，甚至更多，但如果传统工厂的大批量生产，成本只需要几十元。而且在时间上，3D打印由于是逐层制造，所耗时间少则几个小时，多则几天，而传统的流水线作业，几分钟甚至可以做出很多件产品来。
———东城方达产品模型设计部总经理方春照
试水
3D打印用增材制造技术，把想要的形状切割成很多层，通过逐层添加材料制造，就像盖房子一样，一层一层，从而形成一个完整的产品。
东城同沙商业街临街12-15号，一间四五十平米的屋子中间，立着一台白色的长方体机器，这个“庞然大物”有2.2米长，1.6米宽，2米高。足足四吨重。
在长宽35厘米、高58厘米的机腔内，一道红色暖光从左到右匀速扫过，同时铺上了一层只有0 .1毫米的白色粉末层，这些粉末只有0 .046毫米厚，比面粉更细。紧接着，一束只有0 .5毫米的激光，如画笔一样在白色粉末上迅速游走，勾勒出一些奇怪的图案，这些图案其实是激光把粉末“固化”了，把粉末粘在一起。激光扫描完成，机器又铺上一层白色粉末。重复前面一样的动作。
这台机器就是有些神秘色彩的3D打印机了。
方春照对这台3D打印机的运作了如指掌。他是位于东莞东城区同沙商业街东莞东城方达产品模型设计部总经理，2010年下半年，他花费近300万元，买下了这台德国技术的3D打印机。那时，国内3D打印的火热程度远不及今天。即便是当下，方春照在3D打印方面的应用，在东莞仍算先行者。
大约从去年下半年开始，3D打印被国内媒体频密报道，形成一股热潮。说起3D打印的历史，早在上世纪八十年代，第一台商业3D打印机就已经问世。3D打印被认为是“第三次工业革命”的标志，就如同蒸汽机所带来的第二次工业革命。
3D打印相比传统的生产技术有颠覆性的意义，人类从开始生产东西以来就一直采用减法，用切削的方式把材料变成想要的形状。而3D打印恰恰相反，用增材制造技术，把想要的形状切割成很多层，通过逐层添加材料制造，就像盖房子一样，一层一层，从而形成一个完整的产品。
方春照这次是帮客户生产一套电钻模型，一共六个。在3D打印机开始工作之前，他首先要在3D打印机里面装满材料———白色的尼龙和玻璃纤维组成的粉末，还要在电脑上用3D绘图软件画出产品的3D图，然后通过编程软件编程序，把3D图切片，按照每层0 .1毫米的厚度来切割，假如产品是高20厘米，就要切成2000层。
切片后，把数据输入到3D打印设备控制软件，由控制软件输出指令给3D打印机工作就可以了。剩下的过程，全部是打印机自动完成，直到产品被完整地打印出来。打印结束，待产品冷却取出来，就大功告成了。
优势
方春照发现客户对产品的要求越来越高，有的产品用传统的数控加工中心难以生产，而无论多复杂的产品3D打印机都能生产出来，而且是一体而成。
2001年，方春照从东莞一家产品模型工厂出来创业，当时他根本没想过还有3D打印如此神奇的机器。他成立了自己的设计部，帮客户打版，生产样品。那时制作模型仍是以手工制作为主。比如生产一个汽车玩具模型，由于都是手工雕刻，做一个模型要20多天，由于耗时久，费用也极为昂贵，每个模型价格1.6万元。
创业之初，这些雕刻工作还需方春照亲自上阵，他现在想起来，有种天翻地覆的感觉。2002年，积累了一些资金的他，花了三四十万元买了台数控加工机器，进入机械化作业，在电脑里设置程序后，由数控机械自动生产，不过仍需要有数控操作工人看守着，因为要经常换刀片，“窄的地方用小刀，宽的地方用大刀”。数控比手工效率提高，同一个车玩具模型，只需手工一半的时间。
2005年，方春照在深圳参加一个模具展会，开始接触到3D打印机。那时有国外的厂商来参展，虽然没有带来设备，只有成品摆在那儿，但这新兴的玩意仍吸引了方春照的目光，但权衡再三，他没有购置，因为价格太贵了，一台要五六百万元，市场接受度也不够，“很难回收成本”，再者由于技术还不够成熟，产品的精度、材料的强度也有所欠缺。
虽然没有买，但方春照一直关注着3D打印的资讯，逐渐意识到3D打印必然成为未来制造业的发展趋势。5年之后的2010年，他最终决定花300万元买一台3D打印机，他的企业也成为东莞最早使用3D打印技术的工厂之一。
近10年的模型生产经历，方春照发现客户对产品的要求越来越高，复杂程度也越来越高，有的产品用传统的数控加工中心难以生产，或者生产不出来。比如汽车发动机模型，由于太复杂，如果用数控加工中心生产要分割成很多块生产然后拼接在一起，成本高，硬度不行，做出来的模型跟产品有出入。而对于3D打印来说，简单产品和复杂产品生产过程完全一样，无论多复杂的产品都能生产出来，而且是一体而成。
3D打印在复杂产品的生产上效率也更高，方春照计算过，他的3D打印机每小时可以生产1厘米厚度的产品，只要是小于3D打印腔体大小的产品，假如50厘米高，只需要50个小时就能生产完成，而如果用数控加工中心要五六天的时间。
人工成本的减少更加直接，六七台数控机器需要配备10-15个工人，人工费用每年就要三四十万元，一台3D打印机最少可以抵得上六七台数控机器，而且3D打印设计好了后全部自动生产，“就像电饭煲做饭一样”，方春照说，生产过程基本无需人看守。
还有一个重要的方面是3D打印对材料的节省。以前的减材生产，会浪费掉大量的材料。“比如用数控机器生产一个100克的产品，因为是拿整块材料切割成产品，需要1千克的材料，意味着要浪费掉90%的材料。”而3D打印是增材制造，在制造过程中，只有激光扫描到的地方才会用掉材料，没扫描到的地方仍然是粉末材料，可以循环利用，理论上3D打印对原材料的应用率可以达到100%。
应用
目前东莞已经有二三十家企业在制造业领域使用3D打印技术，主要集中在跟方春照公司一样的快速成型制造领域和模具领域。
像方春照一样，东莞一些企业家也看到3D打印的优势。广东(东莞)战略性新兴产业研究中心今年对东莞企业运用3D打印技术做了简单的调研，发现目前东莞已经有二三十家企业在制造业领域使用3D打印技术，主要集中在跟方春照公司一样的快速成型制造领域和模具领域。
就在不久之前，横沥模具产业协同创新中心召开的专家咨询委员会工作会议举行，协同创新中心建设将获得东莞市科技平台建设专项经费5000万元资助，横沥正在推进10大子中心建设，其中就包括3D打印技术应用中心。
“模具行业是目前东莞运用3D打印最多的行业，也将是可能受到最大冲击的行业”，金模网CEO、国际模具及五金塑胶产业供应商协会秘书长罗百辉说，当下东莞的模具企业运用3D打印技术，主要集中在样品的生产上，样品生产出来之后，对产品的结构、外观以及功能进行测试，合格的才制作模具，然后进行大规模生产。当下3D打印更多是辅助生产的工具，主要应用于研发阶段。
模具是工业之母，90%以上的工业品是由模具制造出来的，“但这种趋势正在被3D打印所改写，3D打印技术的终极目的是直接打印出产品，无需机械加工或任何模具。”据罗百辉估计，未来5-10年内，模具行业将有30%的市场会被3D打印取代，模具作为东莞的一大重要产业，占了全国20%的模具市场，将面临着很大的挑战。
广东(东莞)战略性新兴产业研究中心高级工程师龚佳勇也认为3D打印对东莞传统制造业带来巨大冲击，他预计，随着3D打印市场化步伐加快，到2020年，东莞八大支柱产业中大部分都会受到冲击。
是冲击也是一种机会。在罗百辉看来，作为东莞传统产业的模具行业正面临着转型升级的压力，很多企业已经感受到3D打印可能带来的冲击，就会主动寻求机会，去利用3D打印技术研发新产品、提供更高价值的服务，同时再结合企业需求，去研发或者改进3D打印机，研发3D打印材料等等。这是从传统产业往智慧产业发展的过程。3D打印技术也将衍生出一些新的产业，比如专门从事3D打印产品设计的创意公司，比如3D打印材料供应公司，比如3D打印应用超市。
“东莞拥有全球先进的电子元器件生产以及激光等精密设备，这些都能对3D打印机的制造提供产业链配套。”罗百辉认为，如果东莞以模具制造的先发优势推广3D打印，预计未来3D模具打印所拉动的工业产值将在200亿以上。
罗百辉建议，东莞可以先在长安、松山湖、横沥三个模具产学研基地引进上游核心技术企业和科研机构，比如松山湖华科产业孵化园就可建设成3D打印产业园区，引进并培育3D打印的龙头企业。
在企业界摸索的时候，东莞的政界和学界也开始把目光投向了3D打印。今年的东莞政府工作报告中，也首次提出要扶持3D打印技术，东莞市政协委员、东莞理工学院工程技术研究院副院长袁华强也开始研究3D打印技术，他今年两会的提案就是《加速发展3D打印技术，提升我市制造业竞争力》。
袁华强认为，东莞应该充分考虑区域发展特点，可在东莞制造业相对集中的地区，开展3D打印产业园试点，吸引国内外知名3D打印企业进驻，促进本土3D打印企业服务和技术进步，全面带动3D打印产业链发展。
“3D打印的研发上东莞没有基础，目前也没有优势，但东莞制造业发达，目前可以做的是打造3D打印应用中心。”在华中科技大学立体打印机主创专家周钢看来，3D打印机成本现在比较高，便宜的几十万元一台，贵的几百万元一台，很多中小企业没有资金购买设备，政策可以成立一个3D打印服务中心，3D打印设备政府出钱买，政府买各种各样的3D打印设备放在服务中心，企业生产出产品后可以用很低的成本就可以来打印样品，帮助企业研发产品，政府只需收取基本的运营费就可以了，从而扶持3D打印技术在东莞的应用和发展。
前景
“将来使用3D打印机，我们能打印出传统工厂所生产的几乎所有产品，现在的传统工厂将不复存在。”袁华强说。
罗百辉、袁华强他们力推3D打印的发展，是因为他们看到3D打印将对传统产业所带来的颠覆性变革。“将来使用3D打印机，我们能打印出传统工厂所生产的几乎所有产品，现在的传统工厂将不复存在。”袁华强说。
这样的担忧并非杞人忧天。3D打印已经越来越被广泛应用到各个领域，按照华中科技大学立体打印机主创专家周钢的话就是，“现在衣食住行都可以用3D打印机打印出来，鞋子、巧克力、建筑等等”。
2011年，世界首款3D打印汽车U rbee问世，这辆汽车的外壳和零部件是由3D打印技术生产，研究人员的主要工作包括组装和调试。同是2011年，英国南安普敦大学的工程师设计并放飞了世界上第一架“打印”出来的飞机。
甚至连人体器官都可以用3D打印出来，在实验室培育可移植肝脏过程中，美国科学家最近就取得一项重大突破，利用装有细胞的3D打印机打印出迷你肝脏，深0 .5毫米，宽4毫米，拥有很多与真实肝脏一样的功能，包括产生负责将激素、盐和药物运送到身体各处的蛋白质。
这些领域似乎与东莞传统制造业关系不大。其实在东莞传统的支柱产业也可以用3D打印出来。在制鞋领域，著名运动品牌耐克公司就设计出了一款3D打印的足球鞋，整个鞋底都是采用3D打印技术制造。3D打印技术能使鞋子减轻自身重量并缩短了制作过程，整双下来只有150克。不仅外观看起来很炫，官方称该跑鞋还拥有优异的性能，能提升足球运动员在前40米的冲刺能力。
2011年，美国总统奥巴马呼吁制造业回归，引起中国政界、企业界的关注，东莞市市长袁宝成就在多个场合提出要警惕美国制造业回归对东莞可能带来的影响。很多人不解，没有劳动力成本优势的美国何以吸引制造业回归？
3D打印产业是支撑奥巴马制造业回归的利剑，当时他就提出向3D打印产业支出5亿美元以提升美国在制造业上的领先地位。3D打印不再依赖工人，没有组装流程，没有边角料，已经在某种程度上重新定义了工厂。(来源:南方都市报 南都网
很多专家在描述3D打印前景时，会提及这样一个场景：以后每个家庭放着一台3D打印机，就如电脑一样普及，家里需要杯子、孩子需要玩具、想做一双新鞋……直接用3D打印机就都可以打印出来，甚至根据自己的爱好进行D IY，独一无二。比如，如果耐克设计出来一双鞋子，你只要去耐克的官网付费，把3D图纸下载下来，然后把鞋子打印出来就可以了，不再需要如今传统意义上的工厂。
这样的“蓝图”很多人看来可能有点天方夜谭，毕竟3D打印目前的市场还是太小。根据美国消费者电子协会发布的最新年度报告，2012年全球3D打印市场规模涨幅达到了25.53%，但仍只有21亿美元。相比全球去年18.3万亿美元的全球货物出口额，可谓微乎其微。
但必须看到，3D技术正快速成长。美国消费者电子协会预计，随着汽车、航空航天、医疗保健等市场需求的持续增长，3D打印的市场规模保守估计在2017年将超过50亿美元。
瓶颈
“3D打印技术可以打印出我们设计出来的任何东西，但它打印出来的东西不一定就能实际应用。”亚洲制造业协会首席执行官罗军说。
方春照也看好3D打印的前景，但说3D打印将取代传统制造，在他看来仍有点言之过早。经过两年多的3D打印技术的应用，他看到了3D打印的优势，也看到来3D打印目前所存在的缺陷。
“材料是个大问题。”方春照跟很多专家的看法一致。现阶段3D打印材料的成本非常高，比如客户通过方春照用3D打印制作一个汽车模型，成本可能需要几百元，甚至更多，但如果传统工厂的大批量生产，成本只需要几十元。而且在时间上，3D打印由于是逐层制造，所耗时间少则几个小时，多则几天，而传统的流水线作业，几分钟甚至可以做出很多件产品来。
有研究者指出，3D打印机对那些生产模型、定制化产品或小批量产品的人来说非常有用，但一旦产品的数量超过10个，就不具备任何优势了。
另外，也不是所有的材料都适合3D打印，比如说棉、鞋面。去年6月，一位名叫卢奇·弗萨罗的法国年轻设计师制作出了一款3D打印的短跑鞋，此款跑鞋外表十分华丽，还通过了真人测试，但它材质极硬，仅适合400米以内的短跑，且寿命不长。美国“维基武器”曾向人们提供了免费的3D打印枪支设计，然而一把3D打印的A R-15冲锋枪却在发射第六发子弹时裂成了两半。
“3D打印技术可以打印出我们设计出来的任何东西，但它打印出来的东西不一定就能实际应用。”亚洲制造业协会首席执行官罗军就表示，比如，3D打印技术打印出的杯子虽然一定是杯子，但我们不能用来喝水。用来喝水的杯子要考虑到材料是否环保，而且打印的产品造价肯定远远高于传统方式制造的杯子。更重要的是，3D打印所制造的飞机、汽车、手枪等只是外观相似的模型，其内在的电子元器件和成千上万个零部件是不能一下子打印出来的。想取代传统制造业，3D打印需克服材料、质量检测、成本三个瓶颈。
3D打印正在强劲发展，何时能够真正普及到日常生活还不得而知，这取决于3D打印技术的发展程度。甚至在方春照目前只是做产品模型的阶段就已经遇到一些难题，产品模型对产品的材料要求不像成品那么高，很多时候只需要制造出具体的形状就可以了，但就算是这样，像一些铜、铝等等特殊材料的样品，他只能用原始的数控加工中心制造，因为目前3D打印的材料还是太单一。
[传统制造V S 3D打印]
复杂产品：生产不出V S一体合成
有的产品用传统的数控加工中心难以生产，或者压根生产不出来。而对于3D打印来说，简单产品和复杂产品生产过程完全一样，无论多复杂的产品都能生产出来，而且是一体而成。
生产效率：五六天V S 50小时
3D打印机每小时可以生产1厘米厚度的产品，只要是小于3D打印腔体大小的产品，假如50厘米高，只需要50个小时就能生产完成，而如果用数控加工中心要五六天的时间。
人工成本：三四十万V S 0元
六七台数控机器需要配备10-15个工人，人工费用每年就要三四十万元。
一台3D打印机最少可以抵得上六七台数控机器，而且设计好了后全部自动生产，基本无需人看守。
材料应用：10%V S 100%
若用数控机器生产一个100克的产品，使用1千克的材料意味着要浪费掉90%的材料。(来源:南方都市报 南都网
3D打印是增材制造，只有激光扫描到的地方才会用掉材料，没扫描到的地方仍然是粉末材料，可以循环利用，理论上原材料的应用率可达100%。
[3D打印简史]
1986年C harlesH ull开发了第一台商业3D印刷机。
1993年麻省理工学院获3D印刷技术专利。
1995年美国ZC orp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机。
2005年市场上首个高清晰彩色3D打印机SpectrumZ510由ZC orp公司研制成功。
2011年6月6日发布了全球第一款3D打印的比基尼。
2011年7月英国研究人员开发出世界上第一台3D巧克力打印机。
2011年8月南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机。
2011年9月世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车U rbee问世。
2012年11月苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织。
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