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不可思议的3D打印：国内首家3D打印设计社区将诞生于杭州
日 10:08:09
　　3D打印是一种层叠增量技术，就跟盖大楼一样，物体高度是影响打印制作时间的关键因素。
　　在制造技术突飞猛进的时代，为什么还需要3D打印？杭州先临三维总经理李涛说：&在数字化、信息化时代，以前大规模单一的产品生产越来越少，未来的产品趋势就是小批量个性化的，3D打印技术的优点很符合这样的需求，而对于简单结构的产品用3D打印来做的话成本非常高。&
　　基于此，李涛认为现阶段3D打印并不能替代所有制造工艺，应该说是对现有的加工手段的补充。3D打印作为一种补充技术随着行业的发展，会逐渐从配角上升到主角。
　　从&配角&转变为&主角&，就是要从&打样&进化成&生产&，目前3D打印技术应用面很广，可单个客户用的量还偏少，如果这个产业能从打样环节进入生产环节，产值就大大提升。面对整个行业瓶颈，先临三维正在做破冰的先行者。
　　在先临三维生产的牙齿三维扫描仪上，已经用上了3D打印出来的零部件。黄贤清说：&这在过去是不可能的。过去3D打印只能打样件，这样造成的发展瓶颈是技术应用面虽广，可单个客户使用量少。如果这个产业不能从打样环节过渡到生产环节，那企业只能去发展更多的客户。&
　　现在局面正有所打开，先临三维开始实践用3D打印技术实现直接生产。黄贤清说，就拿牙齿三维扫描仪上用的这个零件来举例，3D打印一体化成型，也不用螺丝，直接就能装上去用，每个成本大概50元，如果用传统方法制造需要开很多模具，零部件一多，装配还费时费力。
　　黄贤清说：&我们自己生产的很多设备里已经开始应用3D打印出来的零件，将3D打印的功能延伸，从只能打印样品到现在打印零部件，这是一个很大的突破。&如此一来，3D打印的市场局面就会发生根本改变。黄贤清说：&一旦投入生产，3D打印机就可以没日没夜地工作，大大提高打印机使用效率。经过测算我们得出，数量在几百个以下的零件用3D打印划算，量很大的时候还得用传统制造，每种零件都有一个相应的临界值。&
　　先临三维正在引导一些公司像他们那样来做，从个性化小批量打样过渡到批量化生产，这样的案例将会越来越多。黄贤清说，当企业开始用3D打印机生产零件就愿意批量买设备了。先临三维的金属打印机正在为一些工业企业批量打印零件，目前虽然量不大，却是一个很好的开端。
　　国产3D打印机
　　能助力杭企更上一层楼吗？
　　3D打印技术能在今年这个时间点喷发，验证了一句话：&科技革命和产业升级进行了历史性交汇。&
　　黄贤清说，我们国家要求各行各业转型升级，而产业升级需要新的技术做支撑，现在有一大批新技术包括3D打印接踵而至，新技术开始倒逼产业升级。所以，只有科技革命和产业升级这两点碰撞在一起才能真正发挥出能量。
　　有业内人士认为，这与上世纪90年代末诞生的互联网技术有点像。上世纪90年代末期，社会发展对信息互联产生需求，于是就产生了互联网，打通信息之后整个社会效率提高。现在这一轮的经济发展之下，我们的信息化达到了非常高的程度，制造信息化的大幕正徐徐拉开，整个社会将逐渐变成一个智能系统，进入按需生产的时代。
　　黄贤清说，为什么传统制造业会出现产能过剩，一定程度上与工厂估计不到末端的消费量有关，未来智能的社会一定是按需生产的。
　　在先临三维的生产车间，一台大型3D打印机正忙着在一块玻璃上打印，龙凤呈祥的立体雕花惟妙惟肖。黄贤清介绍，这台玻璃雕花的打印机也是自主研发的，去年销售近10台，购买单位都是建材和玻璃企业。
　　近几年玻璃企业单纯卖玻璃已经没钱赚了，利用3D技术能实现产业转型升级。黄贤清说：&经过打印的玻璃，可以铺在桌面、地面和墙面，价格提高了五到十倍，成为高附加值产品，业内称3D打印机为印钞机。另外更加重要的是绿色环保，单位产值的污染相比传统玻璃加工工艺可以下降10倍，因为玻璃图案的形成只用到了激光技术，而不需要用酸对玻璃表面进行腐蚀。&
　　在工业级3D打印机实现国产化的同时，&油墨&也要进行国产化跟进。杭州乐道战略材料就是专门研发3D打印材料的，设备加材料全部实现国产化，这样就形成了自主产业链。陈遒说，他们正在测试的材料是通用型的树脂，上半年就可以进入市场了。
　　黄贤清说，实现国产化以后，打印机和材料都便宜了，用户就能低成本使用，有利于市场普及。明年年底，闻堰湘湖新城将拔地而起一座2万多平方米的先临三维3D打印创新中心生产基地，投产后年产值预计将有5亿-10亿元。
　　3D技术是学生创业的好方向
　　创业会因此变得简单吗？
　　在国内，3D打印作为一种较新的事物，很多创业企业都关注到了它。
　　在电影《普罗米修斯》中，那个发出红光在洞穴中飞行扫描然后呈现出整个洞穴结构的东西，就是一种3D扫描仪。
　　戚利锋去年创办了杭州速维工业产品设计有限公司，主要业务就是三维扫描物件得到数据图纸，客户以模具厂、机械设备公司为主。戚利锋说，扫描出来的数据不能直接打印，需要进行设计，最近有开工艺品店的客户想要自己开发一些工艺品，就把样品拿来扫描，戚利锋与同事则在扫描原始数据后再进行设计。
　　在3D打印产业，快速的图纸修改和自定义组合拆分图纸无疑是一种刚需。
　　据杭州铭展创始人CEO金涛介绍，国内第一家3D打印设计社区即将诞生在杭州。金涛说：&我们正在做类似于国外社区概念的网站，今年六七月份上线，做社区与做硬件产品不一样，它需要运营。3D打印是一个生态系统，这个系统里有软件、硬件、网络，有设计师、参与的用户、在线商店、个人数据分享，打印机通过手机就能控制，这是未来的发展方向。只有这样普通人才会对3D打印有兴趣，我们希望的是消费级的市场。&
　　无疑，这种社区因为能让风投很容易就看懂，将是最容易拿钱的创业方向。
　　黄贤清认为，未来学生创业有好的创意只管设计就行，设计完发给3D打印中心打成实物，然后通过电商卖给客户，3D打印和互联网结合就能形成分布式生产，将设计和生产分离，创业成本就低了。现在创业需要找厂房和设备，未来创业就可以先设计一个作品拿到3D打印服务中心打样，销售效果好就在3D打印服务中心批量生产，慢慢产量越来越大了可以购置3D打印机自己生产，这样创业就变得简单、成本低。
　　研发成本高，销量不够大
　　多数3D打印企业现在只能实现微利？
　　在金涛的办公桌边上，放着杭州铭展自主研发的桌面3D打印机mbot，两卷彩色的丝状材料挂在机器背面。金涛说，这款产品去年一共卖出2000台，其中60%出口，主要用于产品设计类、模具开发、电子电器、实验教学等行业的单位，这些单位购买了桌面3D打印机后提高了产品开发的速度并减少了成本。
　　金涛说，虽然网上有很多关于3D打印日常消费品的内容，但现阶段打印这些的比较少，主要还是设计类工程师在用。不过，很多学机械、IT类专业的80后都很有意向买桌面机回去玩，几千元的价格很多人都能接受。国内企业去年桌面3D打印机的总出货量在几万台左右，大部分都出口欧美，但国内市场会越来越好。先临三维的桌面3D打印机正在升级，新产品即将面世，今年预计卖几千台。
　　先临三维副总经理、浙江省3D打印产业联盟秘书长黄贤清说：&浙江省的桌面3D打印机企业呈增长趋势，去年只有3家，今年宁波和金华又各开出一家，温州增加了两家，全省共有7家，这个数字还在上升中。各家公司的淘宝店也都开起来了，杭州铭展和金华闪铸都在网上卖桌面型机器，虽然现在还没有实体店卖设备，但京东上已经有卖进口3D打印机，预计今年年底苏宁、国美都会开始卖。&
　　桌面级机器进口的至少2万元一台，国产化以后价格大幅度下降，最便宜的价格在5000元以内，价格还会越来越便宜。黄贤清说，这行的毛利至少有30%，但是研发成本也高，去年他们的研发费用2000多万元，占收入的20%。
　　现在刚入行创业的小公司都不挣钱，先临三维和铭展、闪铸这些知名度高的公司也只有微利，但黄贤清认为这个行业挣大钱是迟早的，现在不赚钱的原因就两个：研发成本太高，销量还不够大。
　　打印牙齿？打印细胞？
　　中国3D打印设备
　　自主研发生产能力领先
　　杭州六维齿科公司的教授彭伟说，他们公司3D打印出来的牙模&&&导板&是国内领先的数字化种牙产品。如今，杭州很多开展种牙的医院，都开始应用3D打印为牙病患者进行牙齿种植的定制。用三维扫描仪加3D打印，把患者的牙齿模型打印出来，再用电脑模拟种牙的位置、角度、深度，然后再打印出&导板&。
　　据了解，六维齿科每年的口腔种植案例有400&500个，在省内口腔医学领域有广泛的应用基础，然而这项技术离真正普及还有一段距离。彭伟说，是否要用&导板&，与医生水平、消费能力都有关系，在费用上数字化种牙要比传统种牙贵20%-30%，但是更加安全和精确。
　　六维齿科现在还与杭州的一家大学合作，用钛合金3D打印金属个性化种植体，可以直接植入体内，这项技术正在动物试验阶段，还未进入临床试验。彭伟说，目前只打印硬组织，比如骨骼和牙根，种植体是一种生物相容性的材料。
　　贴有杭州标签的3D打印技术在医疗领域的成就还走向了世界。今年年初，在全球电子消费品盛会&&2014 CES展上，杭州捷诺飞生物科技有限公司带着自主研发的细胞3D打印机，向世界展示了中国在3D打印设备自主研发生产方面的领先能力。
　　据捷诺飞公司徐铭恩介绍，该公司研发的细胞3D打印机，通过打印活细胞、水凝胶等生物细胞材料，可以直接打印出活性人体器官，如耳朵、肝脏、肾脏单元、血管等，是目前世界上最领先的3D打印技术之一，主要用于生物组织工程、药物筛选、医疗辅具个性化定制等方面。
　　3D打印肝脏和肾脏这种比较复杂的人工器官，要想植入体内还要至少15&20年。虽然3D打印的组织器官系统植入体内还有一段时间，但是用它做药物筛选是比较好的。徐铭恩说：&我们研发的代谢综合征药物筛选模型，共做了1000种药物的筛选。为实验室研究者提供工具，这是我们公司开拓市场主要的目标客户，还有制药公司、医院也是我们正在密切联系的。&
　　不是人人都有能力来玩的
　　3D打印要思索：
　　如何走进千家万户？
　　3D打印能否像个人电脑一样走进千家万户？这也许是众多朋友所关注或正在思考的问题。
　　有业内人士认为，目前使用3D打印机的用户多为从事工业设计、常与产品原型打交道的设计师，他们能熟练地掌握各种数字化的建模技术，只有通过计算机建立3D模型，才能通过3D打印机&输出&为物品，数字化的建模技能必不可少，这就造成3D打印成为了一项门槛较高的技术，不是人人都有能力来玩的。
　　深耕于桌面3D打印机领域的企业家们都有一个愿景，那就是每个人家里的桌面上都能有一台。金涛说，这个愿景可能比较远，比较近的希望是小朋友或动手能力强的家庭都有一台。为了让3D打印能从娃娃抓起，本月起先临三维、杭州铭展和金华闪铸等公司将向浙江百所中小学捐赠桌面3D打印机。
　　捐赠给学校的目的是科学普及，三家公司都会派专人负责讲课与培训，通过学校来带动家庭、社会对于3D打印的了解。金涛说：&当你获取数据很方便的时候，你想做一个家里用的小东西能有地方下载数据，当打印机交互更完善、材料更丰富，就有了普及的条件，桌面3D打印机也就会变成家里的一样普通家用电器。未来，家里缺什么都可以打印，比如杯子、装饰品、花瓶、挂钩甚至肥皂盒等。&
　　要让桌面机进入千家万户，很大一个障碍是软件上的，业余人士如何获取打印数据是问题。金涛说，现在学习成本较低的好用的相关软件很少，主要还是用的工业设计软件。金涛说，未来要在交互方面努力提升，比如卖硬件送软件。
　　桌面级小机器打印出来的东西肯定比外面买的要便宜，材料一般是100-200元钱一公斤，所以打印一个小玩意儿几块钱就够了。与传统制造工艺相比，打印的商品有一定的竞争优势，因为它是定制的，可选择性更高，价格也在往下降，只是精度上还有些不够。
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3D打印挑战中国工业创新体系：美国制造占3/4
图为《财经》杂志2013年第1期封面
　　3D打印挑战中国
　　虽然对第三次工业革命何时到来，国内各界仍普遍持谨慎态度。然而，3D打印、人工智能、新材料、新一代信息技术等一系列关键技术的成熟和产业化，都透露出新一轮工业革命并非空穴来风。
　　传统制造业的国际分工格局，正逐渐被新技术带来的分散化生产以及消费者多元化的需求打破。特别是2008年金融危机之后，那些走向产业空心化的国家深刻认识到制造业对于国民经济的重要性，遂寄望于新技术将制造业拉回。
　　如果未来在以3D打印为代表的数字化制造技术上失去话语权，中国制造业将遭遇残酷的打击：传统的制造手段和生产模式将被取代；人力成本低廉等比较优势必然丧失；中国企业踯躅于产业链低端的现实将进一步恶化。
　　而中国是否能抓住这一轮技术创新的机遇，很大程度上是在逼问中国是否有能力改革现有的创新体系。
　　颜永年决心最后一搏。74岁的他，在2012年创立了昆山永年先进制造技术有限公司，并出任董事长，为此，他把家从北京搬到了昆山阳澄湖边。
　　相比创办企业，颜永年在学术上的成就已有定论，正是他在清华大学任教时把3D打印的概念和早期技术引入国内。在颜永年看来，制造科学如果脱离了产业化，含金量就大打折扣，因此退休五年后，他仍打算实现在校任教时未能完成的心愿――办一家完全市场化的公司，将研究成果产业化，3D打印就是那项昭示未来的研究成果。
　　3D打印，是增材制造的俗称，其核心是数字化、智能化制造与材料科学的结合。与传统上对原材料进行切削的减材制造方法正相反，3D打印的过程好比用砖头砌墙，逐层增加材料，最终形成物件。
　　以3D打印为代表的数字化制造技术，被《经济学人》杂志认为是引发第三次工业革命的关键因素，“其将改写制造业的生产方式，进而改变产业链的运作模式”。
　　首先，数字化制造技术将大大减少直接从事生产的操作工人，劳动力所占生产成本比例随之下降。此外，数字化制造的个性化、快捷性和低成本能够更快地适应本地市场需求的变化，包括满足小批量产品的生产需求。这些都促使发达国家鼓励厂商把部分制造业迁回本国，对中国这样的传统制造业大国无疑敲响了警钟。
　　不过，中国在3D打印方面的理论研究和尝试并不算晚。富庶而开放的江浙一带已有不少企业在运用这项技术，仅昆山一地，就有20余家企业利用3D打印为周边发达的产业集群提供设计打样服务。
　　而距昆山1.4万多公里的美国纽约，有着3D云打印之称的Shapeways正忙着搬家，将其运营重心从荷兰移至纽约。Shapeways在皇后区占地2.5万平方米的工厂取名为“未来工厂”，这是全世界规模最大的3D打印工厂。日，在工厂开业仪式上，纽约市长迈克尔?布隆伯格(Michael Bloomberg)手中那把剪彩的剪刀，就是3D打印制造。隔河相望的曼哈顿区，聚集了众多年轻的3D打印企业。中国科学院自动化研究所研究员王飞跃观察，即使在2008年金融危机后，这些企业仍保持快速发展。
　　自从工厂出现以来，产品与消费者之间的距离从未如此接近过。3D打印给消费者带来了在大规模生产和个性化制造之间进行选择的自由。如果你想要一个与自己相貌一样的玩偶，用3D打印机制作，成本可能只要100元；如果委托工厂，也许要花1万元。
　　业内人士将2012年的3D打印机视为像1977年个人计算机和1990年网页浏览器一样，是一个崭新的市场从萌芽期进入成长期的转折点。虽然3D打印技术目前尚未颠覆传统制造业――传统制造业的规模效应依然占据优势，但前者正慢慢抢走市场份额。
　　工信部已经嗅出了危机的味道。日，工信部副部长苏波在增材制造技术国际论坛上透露，中国将提速3D打印技术的研发和产业化。这一信息标志着3D打印正式纳入了中国工业主管部门的视野。
　　革新的号角
　　美国3D打印设备巨头3D Systems(DDD.NYSE)的创始人，查尔斯?胡尔(Charles W. Hull)比颜永年小1岁，他至今仍管理着公司，担任执行副主席一职，还是公司的首席技术官。
　　1982年，在一家紫外线设备生产企业任职的胡尔，尝试把光学技术应用于快速成型领域。他将一种液态光敏树脂倒入大容器中，在容器里放置一个升降平台，容器上方的紫外激光器根据计算机指令照射液面，所到之处，材料会发生光聚合反应，迅速从液态转变为固态，当一层打印完成后，未被照射的地方仍保持液态，此时在液面以下0.05毫米-0.15毫米的升降平台会下降一层，激光器开始打印第二层。这个过程不断重复，直到整个物件制造完毕。这项立体光刻(SLA)技术就是最早的3D打印。
　　胡尔于1986年申请了专利，并成立3D Systems公司。“30年前发明这项技术时，我们觉得这对制造业来说是一个机会。”胡尔的合伙人、3D Systems公司总裁亚伯拉罕?雷切特勒(Abraham Reichental)对《财经》记者说，“现在，客户比我们还要积极，推动我们进行适用性研究。五年前，大部分客户购买设备用于设计；从两年前开始，有一半的客户用在了直接制造上。”
　　3D打印不需要模具，可以直接进行样品原型制造，因而大大缩短了从图纸到实物的时间。任何形状复杂的零件，都可以被分解为一系列二维制造的叠加。
　　这种快速制造的理念还衍生出多种不同的技术类型，除了SLA，常见的有熔融沉积造型(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、三维打印(3DP)等，其基本工作原理都是逐层增加材料，最终形成物件，因此，这些技术都被通俗地称作3D打印。
　　许多种“耗材”都可使用3D打印：沙子、人造、、金属，甚至生物材料；3D打印的应用范围已经渗入生物医疗、航空、汽车、工业设计等多个行业，且仍在不断拓宽。“就连美国海军都购买了90台机器用于航空领域的研发。”雷切特勒说。
　　全世界的实验室里，正在实践一些更具雄心的想法：澳大利亚的研究人员加快了制造金属零件的速度，试制出打印汽车金属零部件的设备；意大利的一个研究团队正开发用于特种建筑的3D打印机，计划使用月球尘埃为材料，在月球上快速建造人类基地。
　　除了省去制造模具的成本以外，相比传统制造工艺，3D打印对材料的利用率也惊人。美国F-22猛禽战斗机大量使用钛合金结构件，如使用传统的整体锻造方法，最大的钛合金整体加强框材料利用率不到4.9%，使用3D打印利用率接近100%。
　　3D打印技术通过对金属材料的烧结或熔化，直接生成出金属零部件的发展趋势，让传统制造业感受到巨大压力。“如果在金属材料上得到广泛应用，3D打印就可能引领新一轮工业革命。”华中科技大学机械科学与工程学院教授张海鸥预测说。
　　中国研发曲折
　　颜永年的遗憾是，1988年错过了芝加哥的一次工业展览会，没能亲睹胡尔推出的世界第一台的商用3D打印设备SLA250。同事带回来一张SLA250宣传页，已令他唏嘘不已。
　　与材料成型打了半辈子交道的颜永年，发现固有的知识被彻底颠覆，当时在美国做访问学者的他，迫切想一睹这台机器的真容，无奈展览已经结束。
　　回国后，颜永年对3D打印念念不忘，相信这是未来制造业的重要趋势。他安排学生开始做分层软件的研究――进行3D打印时，必须先用分层软件将物件的数字三维模型进行均等切分，然后分层输出，分层打印。与此同时，颜永年发出很多封电子邮件，终于在1991年将美国德雷克赛尔大学教授杰克?卡布雷(Jack keverian)邀请到清华大学讲学，随后又到西安交通大学和上海交通大学等多所高校传播“快速制造”的理念和技术。
　　中国3D打印研究的序幕由此拉开，像许多科研领域一样，大学和科研院所比企业对技术创新的潮流更为敏感，因而最先启动：清华大学、西安交通大学、华中科技大学与北京隆源自动成型系统有限公司，以技术引进为主，迅速形成了国内“三校一企”的3D打印研究阵营。
　　这一格局也映射出了中国科技创新的普遍现象：原发性的创新缺失，仍处于以跟踪模仿和消化吸收引进技术为主的阶段。
　　上世纪90年代初，一台3D打印设备价格100多万元，在清华任教的颜永年拿不出这笔钱。
　　在国内，启动像3D打印这样从零开始的技术研究难度很大，研究者必须给出充分的预期成果和应用前景论证，更重要的是，要具备一定的前期研究基础，否则，科技主管部门一般不会为之立项并给予相应经费。
　　由于项目面临诸多的不确定性，当时颜永年也没有说服学校领导，将3D打印作为一个重点项目来支持。而国内企业大部分还在忙于追赶传统制造业工艺和技术，亦难以顾及如此前沿的领域。
　　在这种情况下，课题组只好自己组建实验室。1992年，颜永年发动课题组，截流了原本可作奖金发放的经费，耗尽以前“科研收益的积蓄”，兴建了一座简易的3D打印实验室。
　　幸运的是，一家代理3D Systems产品的香港公司正期望获得核心控制软件的经验，双方各取所需，成立了中国第一家快速成型设备公司――北京殷华激光快速成型与模具技术有限公司(下称北京殷华)。清华提供智力支持，香港公司提供一台SLA250设备。与胡尔的机器失之交臂三年后，颜永年见到了真东西。
　　在取得初步研究成果后，课题组终于陆续获得了国家自然科学基金、国家“863”计划、国家攻关计划项目的经费支持。
　　然而，彼时这一产业在国外正经历低潮期，全球总产值在10亿美元水平徘徊多年。经过一段时间后，部委机构的热情渐冷，投入3D打印领域的研究经费大减，中国3D打印基础研究放缓。2003年左右，颜永年也将研究重点转向了国家当时大力推动的重型压机领域，仅留下小部分研究力量继续开发3D打印技术。
　　经费的减少，亦让华中科技大学和西安交通大学的3D打印科研团队感到了寒意，好在其分别成立了校办企业，经营收入反哺科研，研究得以延续。
　　九年之后，3D打印悄然成为2012年全球最热门的科技名词。
　　怠误市场转机
　　3D打印市场徘徊多年的主要原因在于：在工业级应用上，这项技术仍欠缺强度和精度，而且，工业级设备和原材料比较昂贵，因此，在产业化初期，这项技术更为适合新产品的开发和小批量零件的生产。
　　摸索到这一方向的国外企业，开始将定位从高端、工业级客户群体，扩宽到那些追赶潮流的消费者。正是对精度要求不高，但追求快捷、低成本的客户群，促进了其商业化的蓬勃发展。
　　近五年，全球有多家小型创业公司利用开源的计算机软件，制造出可放在个人电脑桌上的3D打印机，并将价格降低至2000美元以下。利用这些开源技术，技术发烧友也能DIY出个性化的3D打印机。
　　胡尔和他的公司3D Systems在2012年5月就研发出一款新型打印机“立方体”(Cube)，打开了日常消费市场。顾客无须学习复杂的3D设计软件，便可直接打印如棋子、首饰、厨具等物品。这些日常用品本来多是在中国等发展中国家加工生产。
　　然而，这一市场的风向转机，并没有被中国的3D打印企业准确把握。多数院校体系的企业仍专注于工业设计领域。而“三校一企”中的企业――北京隆源自动成型系统有限公司则致力于为军工和少量发动机领域提供服务。
　　具有清华大学背景的北京太尔时代科技有限公司(下称太尔时代)是调整了产品技术方向的极少数企业，“通过与市场接触，发现小型设备在当前更具有市场推力”。其副总经理颜旭涛介绍，2011年，太尔时代售出小型机3000多台，2012年增长更快。
　　而在江浙一带勇于尝试新鲜事物的企业，大多数属于并不具备研发实力的中小企业。它们能做的，不过是购置几台工业级3D打印机，像提供复印服务的便利店一样，为客户提供打样等服务。也有一些有野心的企业会从国外进口核心部件，做几款样机，或者模仿进口的3D样机做逆向研发。
　　小型3D打印机已激增为一块“看得见的”市场，同时，也带动工业级3D打印机市场逐渐有了起色。快速制造领域国际权威报告《沃勒斯报告2012》显示，截至2011年，全球累计销售4.9万台工业级3D打印机，其中近四分之三由美国制造，以色列和欧洲各国的份额分别为9.3%和10.2%，中国生产的设备仅占3.6%，与日本相当。而全球领先的六家3D打印设备制造公司，2008年销售收入达6.96亿美元，占行业总收入近60%。
　　此时，欧美充满活力的3D打印企业，不仅在技术上尝新，而且在商业模式上也有创意。
　　2007年由飞利浦提供启动资金的Shapeways，令人瞩目的就是它“云打印”概念的O-O(线上线下)商业模式。它像Facebook一样打造自己的用户社区，社区集销售、定制、设计于一体：顾客可以在网上选定产品的三维设计方案，或直接上传自己设计好的3D模型，并选择材料，支付一定费用后，Shapeways会用3D打印机将其制造出来并邮寄上门。截至2012年6月，该公司累计打印超过100万件产品；其制造社区中有超过6000家提供设计服务的商家和个人；还有15万活跃用户。
　　Shapeways以技术和新的商业模式先后赢得三轮融资，总金额超过1700万美元，由此实现了其在纽约创办“未来工厂”的梦想。
　　由于3D打印在美国制造业的巨大应用潜力清晰显现，美国总统奥巴马2011年宣布，并在2012年国情咨文中重申：政府计划每年向先进制造技术投资5亿美元，并在四年后，提高到每年10亿美元，以提升美国的领先地位。
　　中国的科研、工业界也开始重新审视思考这一技术。2012年，颜永年重返3D打印领域，他发现最大的变化是：“以前需要跟政府官员讲解半天什么是3D打印，现在省了不少口舌。”
　　共性技术缺失：产研学错位
　　太尔时代，是2003年颜永年和几个学生凑钱成立的。限于清华教授的身份，颜当时未直接参与运营，其子颜旭涛是公司副总经理。
　　在攻克小型3D打印FDM设备时，太尔时代遇到了如何能让喷头顺畅、稳定地出丝，如何提高精度，如何增加可打印材料的多样性等问题；而工业级3D打印机的研制中难啃的骨头更多：材料、微滴喷射技术和激光技术等，这些被业内人士称为“共性技术”。
　　事实上，不仅是3D打印企业，中国目前产业升级碰到的核心瓶颈，就源于产业共性技术的严重缺失。
　　所谓共性技术是指那些蕴含潜在机会――可以在多个产业中广泛应用――的技术或工艺，它既是基础研究迈向市场应用的第一步，又具有被一个产业或多个产业共享的潜力。可见，共性技术的突破，与基础研究和应用研究皆密不可分。
　　在发达国家的创新体系中，大学主要进行基础研究，研究所侧重于共性技术研究，企业主要致力于应用性研究和最后的产品化，产研学三方在市场机制下合作互补。但在中国，这三者的关系，却呈现出错位竞争的局面，致使科研与产业严重脱节。
　　从大学来讲，对基础研究的热情正在下降。基础研究，是原始创新的基础，它意味着人才的培养、数据和成果的积累。中国科学技术发展战略研究院常务副院长王元称，基础研究和前沿技术的布局，关系一个国家十年二十年的发展，因此稳定持续的投入非常重要。
　　然而，1999年后，中国的基础研究占研究与试验发展经费(R&D)支出的比例一直呈下降趋势。2005年至2010年，这一比例从5.36%降至4.59%，而美国基础研究经费始终占R&D总支出10%以上，经济合作与发展组织成员国中，法国、澳大利亚、瑞士均在20%以上。
　　与此同时，中国的大学越来越热衷于应用研究，且伸长手脚，自办企业。3D打印产业就呈现出浓厚的“高校军团”的色彩：除清华大学的北京殷华外，西安交通大学派生出陕西恒通智能机器有限公司，武汉滨湖机电技术产业有限公司则依托于华中科技大学。
　　颜永年作为校方代表曾出任北京殷华的董事长，公司团队主要由他实验室的教师和学生及外聘的几名工人组成。公司一年卖两三台3D打印设备就可以支撑运营经费，盈利部分则需给校方分成。很快，这个校属企业就遇到了维持易、做大难的局面。由于经营业绩与个人收入的关系不大，且教师和学生对发表论文、评职称的兴趣远超过销售产品，导致研究方向多瞄准高、精、尖题材，对来自市场的信号则表现迟钝。
　　事实上，几家依托高校建立的3D打印企业，都未能在热销的3D打印小型设备上有所建树。
　　中国科学院原副院长杨柏龄就指出，教授抓一帮学生，办一个小企业。这样的产业化不仅对创建研究型高校和研究机构不利，而且从企业规模上讲，对经济发展的贡献也上不了台面。实际上，它是满足小团体利益的小富即安的模式。
　　大学应在技术出了“孵化期”后，将其转给企业实现商业化，从而脱离高校管理。最早做出3DP打印技术的麻省理工学院，就通过技术转让实现了商业化，它把工艺分成四条技术路线，分别卖给四家公司，其中一家名为Z Corp的公司，现在已占据了业内领先地位。
　　2012年，颜永年吸取往年的经验，彻底离开了大学，他找到投资方，注册了一家新公司。
　　从科研院所来讲，同样缺乏研究并解决共性技术的兴趣。3D打印初进入中国那几年，即1999年之前，中国的科研体系还属于计划经济体制：企业只管生产，技术研发由科研院所进行，并无偿转让给企业，结果前者没动力，后者研发能力薄弱。是年7月，国务院下达《关于加强技术创新，发展高科技，实现产业化的决定》，由此启动科技体制的一次重大改革。
　　当时，全国范围内的上千家技术开发类科研院所进行了转制：脱下事业单位的“官衣”，不再享有国家财政拨款，转变为自负盈亏的科技型企业。
　　北京技术市场协会顾问林耕，对转制后的这些企业进行调研，发现其中很少凭借原有的技术优势，为其他企业提供技术服务，绝大多数放弃了长期共性技术研究，转向能在短期内解决生存问题的应用开发。
　　而欧美企业对3D打印技术的系统性开发，都离不开应用型研究所。德国弗朗霍夫激光研究所拥有20多台激光直接加工金属设备，但它只做应用研究，不做产品，专门为其他机构直接提供生产、咨询服务。
　　从企业来讲，经过十多年发展，仅从研究开发的经费支出看，中国企业似乎已经成为创新主体。2010年，企业执行的R&D支出占全社会此类支出73.4%，这一数据高于美英法，接近韩日。2005年至2010年，拥有研究开发活动的大中型工业企业数量从6874个增加到12889个，而企业科技机构数量也从9352个增加到16717个。
　　但是，提供以上数据的国务院发展研究中心课题组，分析结果却显示：大量的研发资金被用于解决企业生产中的工艺性问题、产品层面的研发，这些只能算技术改进，而非最关键的技术创新。“国内企业仍满足于发达国家的高技术溢出效应，大力引进国外生产线，靠二流技术依然可以赚钱。”中国科学院原副院长杨柏龄称。
　　在这样的格局下，桎梏着诸多产业升级的共性技术难题，事实上却处于无人攻坚的状态。
　　赶超模式的弊端
　　不论是企业界、研究所还是大学，都流露出强烈的重视短期利益、急于求成的心态，这与中国制造业始终处于规模追赶状态直接相关。
　　后进国的产业赶超发展一般分为三个阶段：规模追赶、技术追赶和创新导向。
　　改革开放30多年里，中国形成了产业规模优势。在可统计的500多种工业产品中，有220种产品的产量居世界第一。各级政府擅长于追赶型和规模扩张的产业模式，企业也习惯将国外的技术拿来，凭借低成本、低端制造、大规模出口展开竞争。
　　然而，“新兴产业和既有的产业升级绝不适用于这种追赶模式”。国务院发展研究中心产业经济研究部部长冯飞分析。
　　中国政府也努力通过制定专项规划，来确定战略性技术发展方向，但是，以追赶为特点的跟随体制，往往使得技术在外力的推动下，为达标而创新，产业内生的发展力量遭到破坏。
　　北京大学政府管理学院教授路风举例说明，科技部不久前出台的一项规划，“从技术上、逻辑上就都不对”。这个名为《新型显示科技发展“十二五”专项规划》的文件称，三维显示技术最有生命力，且终将成为显示技术共性平台的下一代显示技术。
　　路风说，三维显示仅是一个应用方向，而非共性技术。一个应用方向是否能够发展起来，应该由企业去“试错”，最终以市场是否接受为导向。
　　政府的规划，直接影响其对科技资源的配置。
　　南京大学商学院教授赵曙东指出，国家对高新技术的大量研发经费投向了国有企业，但以往经验表明，中国数得出来的创新技术和创新型企业绝大多数为民营，“投到国企，哪怕创新失败，官员不会有什么问题，但如果投到民企失败的话，他的风险就加大了。”
　　在3D打印领域，当下的主体市场是由中小企业把控，传统制造大企业尚未跟进。实际上，中小企业通常都是一个国家创新体系中最活跃的群体，美国小企业创新法规定，承担国家科技项目，获得较大财政资助数额的机构，具有向小企业转移技术的责任。
　　美国有专门支持小企业创新的项目、小企业信用担保计划、小企业减免税政策等，其他发达国家也普遍通过减免税方式支持中小企业创新。
　　但在中国，做3D打印服务的无锡易维模型设计制造有限公司总经理刘钧也曾尝试申请减免税，“税务局根本不知道3D打印是什么，我们进口的一些东西，他们的目录里都没有，还要去海关查”，因此，他们很难像传统产业一样，享受原材料占有量大而得到的增值税抵扣。
　　冯飞认为，在一般性的应用技术研发领域，政府应通过制定普遍性优惠政策，引导和调动企业、社会发挥创新能力，而在市场解决不了的问题上，政府才要有所作为。
　　比如共性技术具有相当广泛的用途，因此，单个公司不愿意投资，如果完全依靠市场机制，就会面临经费不足的局面。发达国家的经验表明，政府的支持相当重要。
　　先进技术计划(ATP)，是美国政府促进产业共性技术研发的典范。ATP由政府提供引导资金，但承担项目的公司要配套一半以上的研发投入。政府的资助经费直接拨付到企业，大学和研究院所只能通过与企业联合，参加项目的实施。
　　最终的知识产权为以营利为目的的美国公司所拥有，参与项目的大学、研究院所和政府机构等不享有任何知识产权，但可以分享专利使用费。美国政府为了国家利益有权免费使用ATP支持的技术成果。其他企业想使用该项目成果，可通过支付费用获得使用权。
　　消失的优势
　　过去30余年，中国凭借低成本的要素供给、庞大的市场需求和不断积累的技术能力，确立了全球制造大国的地位。无数条生产线培训出了全世界规模最大、技艺最高、纪律最优的“流水线型”工人，这也是中国成为全球制造中心和世界工厂的根本。
　　然而，随着包括3D打印在内的高端制造技术的进步，直接从事制造的人数将不断减少，装配组装成本的比重会持续下降，中国低成本劳动力的比较优势将被大大削弱。
　　《经济学人》就预测，生产制造将从大型、复杂、昂贵的传统工业过程中分离出来，凡是能接上电源的任何计算机都能够成为灵巧的生产工厂。未来制造业将再次回流到发达国家。
　　3D打印对传统制造业是否真有如此强的杀伤力？
　　目前，3D打印的产值在全球制造业中所占份额仍然微不足道。2011年，全球3D打印市场规模为17.1亿美元，仅占世界制造业总产出的0.02%。但是，技术革命不会因为新技术的出现而立刻发生。中国科学院自动化研究所研究员王飞跃认为，其个性化制作的属性与“长尾效应”不谋而合，通过满足那些细分的、较小的市场，最终会累计出明显的利润。
　　哈佛商学院教授克莱顿?克里斯坦森(Clayton Christensen)所提出的颠覆式创新理论也表明，新进入者如果抓住市场的特殊需求，进入边缘应用领域，当它的技术不断改进直至被主流市场所接受时，便会替代传统技术轨迹晋升为主流技术。
　　从长远看，这项技术最终将给工业生产和经济组织模式带来颠覆式的改变。
　　事实上，就3D打印的理论研究而言，中国与国际水平相差不远，但将整个产业所涉及的材料、机械、数控、软件等诸领域集成起来做出一个商品时，差距的鸿沟就直面而来。
　　3D打印技术未来的发展空间，很大程度上取决于是否有完整的产业链支撑，包括设备制造、材料、模型软件，以及服务商。
　　胡尔已经清楚地看见了这一点，并着手进入产业链整合的阶段。
　　2012年初，胡尔以1.355亿美元现金收购了颇具科研实力的Z Corp和Vidar Systems公司。其合伙人雷切特勒表示，行业整合将使3D Systems有更多的精力进行全方位的研发。公司将6%－7%的营业收入和20%的员工投入研发，其中技术、材料、产品各占三分之一。
　　材料是产业链中关键的一个环节。如前文所述，澳大利亚等国家正加紧研究金属零件的制造，一旦在金属材料上得到广泛应用，3D打印就将引领新一轮工业革命。
　　而国内甚至连特殊的研究材料都难以获得，北京隆源自动成型系统有限公司总经理冯涛介绍，由于研究所需的材料用量很少，研发本身存在不确定性，国内厂家根本不愿为这样的小众需求试制特殊的材料。
　　如果购买国外厂家生产的原材料，也会遭遇“阻击”。比如，生产3D打印原材料的德国德固赛公司，与美国、德国的客户签署了联合开发协议，协议要求其大部分原材料卖给合作方，只有20%的份额公开销售，且这部分材料在性能上相对较差。因此，中国国内很难买到新型且上佳的原材料。
　　安信证券行业分析师胡又文说，中国在材料供应和模型软件供应环节，目前还没有专业公司进入，所以即便“三校一企”精于3D技术本身的研发，产业链上下游亦难以跟进。
　　同样，3D打印设备集成了多个精密组件，其产业化发展需要较强的工业基础支撑。中国在机电和数控等传统领域一直缺少核心技术，以致国产3D打印设备的一些核心组件，如精密激光器、光学系统、精密导轨和电机等均需从国外采购。
　　“国内做3D打印设备的厂商没有资金做全产业链的研发。”冯涛说，“而国外这个行业都已经并购好几轮了，通过资本的手段给企业增加资金，扩充研发实力。”
　　美国明显加大了对3D打印技术研发的组织力度，以确立高端制造业的霸主地位。2010年，爱迪生焊接研究所牵头成立增材制造联盟，很快就吸收到30余家成员，这一联盟将促进制造商和供应商与大学、研究机构之间的对接。
　　欧盟在诺丁汉大学、谢菲尔德大学和埃克斯特大学等建立了多个3D打印中心，设置基金予以支持。这些联合体有助于解决3D打印领域存在的高端共性问题，并能使新技术顺利产业化。
　　鉴于欧美的成功经验，北京工业设计促进中心建立了一个工业设计联盟，试图整合包括研究机构、服务商、设备供应商、设备代理商、服务提供者在内的资源。在联盟下可以让更多的技术得到普及。不过，这个联盟目前的作用更多是为了产品推广。“国内多数的技术攻关是针对产品级的，而不是针对产业的共性技术，由于产品恰恰在联盟企业之间存在竞争关系，因此联盟中利益共享、风险承担的机制也尚未形成。”冯飞指出。
　　作为全国工业的主管部门，工信部联合中国电子信息产业发展研究院，在2012年9月开展了第三次工业革命的专题研究，初步判断，第三次工业革命的到来还需要一个较长过程，不可能完全替代既有的生产方式和发展模式，但它为后发国家成功实现“赶超”打开了一扇“机会窗口”。
　　颜永年也判断，距离3D打印的广泛应用可能还要十年，现在重视完全来得及。
　　为此，工信部准备组织研究制定3D打印技术路线图、中长期发展战略，推动完善3D打印技术规范和标准制定；而且会研究制定支持3D打印产业发展的专项财税政策。
　　问题在于，中国原有的科技创新体系是否能帮助我们抓住这个“机会窗口”。
　　本刊实习生邓学、李虹雨对此文亦有贡献
　　【作者：《财经》记者 王宇 贺涛 】
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