3D打印抢占科技与产业制高点
■ 中国增材制造产业联盟
增材制造（AM）又称 3D打印，当前，增材制造技术已经从研发转向产业化应用，其与信息网络技术的深度融合，将给传统制造业带来变革性影响，被称为新一轮工业革命的标志性技术之一。世界各国纷纷将增材制造作为未来产业发展新的增长点重点培育，推动增材制造技术与信息网络技术、新材料技术、新设计理念的加速融合，力争抢占未来科技和产业制高点。
全球产业呈四大特点
1．产业规模快速增长
据 Wohlers Associates对全球 61家工业系统制造商、 19家专用材料生产商、100家服务提供商以及一批消费级增材制造设备制造商的统计数据显示，2016年，全球增材制造产业产值达到 60.63亿美元，同比增长 17.4%。工业级增材制造装备制造企业数量不断增加。 2016年，全球有 97家工业级增材制造装备制造商，相比 2014年的 49家，增长近 1倍。
2．产业格局基本形成
经过三十多年发展，全球增材制造产业已基本形成了美、欧等发达国家和地区主导，亚洲国家和地区后起追赶的发展态势。美国是全球增材制造技术起源地，引领技术创新和产业发展。美国 3D Systems和 Stratasys已成为全球增材制造产业两大巨头。德国在金属增材制造技术创新和应用一直走在世界前列，德国 EOS公司是全球最大的金属增材制造装备制造商，在全球金属增材制造设备市场的占有率达 30%以上。俄罗斯凭借在激光领域的技术优势，积极发展激光增材制造技术研究及应用。日本政府将增材制造视为其重塑制造业国际竞争力的关键驱动因素，组成了包括经济部、贸易部、日本经济产业省在内的委员会，致力于发展增材制造产业，并设立了专门资金用于复兴日本增材制造设备制造能力。
据 Wohlers报告统计，2015年全球增材制造设备市场保有量格局中，欧、美国家占有率达 67.9%，其中，北美国家占有率 39.7%，欧洲国家占有率 28.2%，均呈现下降趋势。亚洲国家占有率为 27.5%，呈现小幅上升趋势。从国别看，美、德、中、日四国的增材制造设备保有量占有率之和为 66.7%。其中，美国的设备保有量占有率居首，高达 37.8%，相比 2014年下降了 0.3个百分点。德国设备保有量占有率居其次，高达 9.6%，相比 2014年下降了 0.1个百分点。中国（不含中国台湾地区）后来者居上，居第三位，保有量占有率由 2014年的 9.2%升至 2015年的 9.5%，增长 0.3个百分点；日本占有率为 9.5%，与中国持平。
3．应用范围不断拓展
近年来，增材制造技术广泛应用在航空航天、汽车、医疗、文化创意、创新教育等众多领域，越来越多的企业将其作为技术转型方向，用于突破研发瓶颈或解决设计难题，助力智能制造、绿色制造等新型制造模式。增材制造已经成为航空航天等高端设备制造及修复领域的重要技术手段，初步成为产品研发设计、创新创意及个性化产品的实现手段以及新药研发、临床诊断与治疗的工具，并且应用范围不断向医疗、建筑、服装、食品等行业领域扩展。2015年全球增材制造应用格局见图1。
4．企业并购持续进行
随着一大批企业进入增材制造领域，全球范围内的产业竞争加剧，以 Stratasys、3D Systems和 GE公司为代表的行业巨头和用户企业通过持续并购，加速全球布局。
国内规模迅速扩张
经过二十多年发展，我国增材制造产业化步伐明显加快。在《国家增材制造产业发展推动计划（2015-2016年）》等相关规划政策的引导和支持下，我国增材制造产业快速发展，关键技术不断突破，装备性能显著提升，应用领域日益拓展，生态体系初步形成，涌现出一批具有一定竞争力的骨干企业，形成了若干产业集聚区。
1．产业规模实现快速扩张
据中国增材制造产业联盟对 23家规模以上企业的经营数据统计，2016年规模以上增材制造企业总产值 20.3亿元，比 2015年的 10.8亿元增长 87.5%。2017年上半年总产值为 11.6亿元，同比增长50.5%，产业规模实现快速增长。
从产业构成看，增材制造装备、材料和服务的产值比例分别为50.1%、26.9%、23.0%，增材制造装备产值占一半。企业产值也呈现出快速发展的势头，如杭州先临三维科技股份有限公司2016年总产值为3.13亿元，比2012年的总产值4000万，四年增长了近7倍。青岛三迪时空网络科技有限公司2016年总产值为 3950万元，比 2015年的934.34万元，增长了3.2倍。鑫精合激光科技发展（北京）有限公司成立于 2015年末，2016年首年运营即实现 4792万元的年产值，在工艺研发、设备研发、行业标准的建立、市场开拓等领域取得了卓越的成绩。
2．产业发展格局初步形成
我国增材制造产业已初步形成了以环渤海地区、长三角地区、珠三角地区为核心，中西部地区为纽带的产业空间发展格局。环渤海地区，增材制造产业发展处于国内领先地位，形成了以北京为核心，多地协同发展，各具特色的产业发展格局。据统计，2016年北京市从事增材制造技术研发、生产与服务的企业达 70家以上，实现销售收入约 5亿元。长江三角洲地区，具备良好经济发展优势、区位条件和较强的工业基础，已初步形成了包括增材制造设备研究开发、生产、应用服务及相关配套设备的增材制造产业链。珠三角地区，增材制造产业发展侧重于应用服务，主要分布在广州、深圳、珠海和东莞等地。陕西、湖北、湖南等省份是我国增材制造技术中心和产业化重镇，集聚了一批龙头企业。安徽省也是增材制造产业的重要集聚区，芜湖市繁昌县的春谷 3D打印智能设备产业园已成为华东地区最大的增材制造产业集聚区。
3．服务支撑体系逐步完善
为促进产业健康有序发展，全国增材制造标准化技术委员会、中国增材制造产业联盟、国家增材制造创新中心、国家增材制造产品质量监督检验中心等行业组织相继成立，我国服务支撑体系正逐步完善。
4．政策保障体系初步建立
我国高度重视增材制造产业发展，《中国制造 2025》指出要加快增材制造技术和装备的研发、应用，建设增材制造创新中心。在《中国制造 2025》“1+X”规划体系中，有 8个规划提及增材制造，被列为研发、产业化和应用重点。国家相关部委出台了系列规划政策，推动增材制造产业的创新发展，工业和信息化部、国家发展改革委员会、财政部研究制定了《国家增材制造产业发展推进计划（2015-2016年）》，科技部实施《国家重点研发计划增材制造与激光制造重点专项实施方案》。此外，北京、陕西、辽宁、福建、湖北、黑龙江等地也纷纷出台促进产业发展的相关意见，指导本地产业发展。近年来我国地方出台的增材制造产业政策见表1。
加速发展难掩产业化之困
1．产业规模化程度较低
我国增材制造产业虽然取得了长足进步，但整体上呈现“小、散、弱”的状态。据不完全统计，我国现有增材制造企业有几百家，但缺少规模大、实力强的国际龙头企业，国内规模最大企业的年销售收入仅 3亿多元，不到美国 Stratasys公司年销售额45亿元的7%。
2．专用材料发展滞后
我国在增材制造专用新材料领域的发展仍然滞后，面临材料选择局限性较大、品种少、供应商少、高性能材料严重依赖进口的现状。目前国内只开发出钛合金、高强钢等几十种金属和非金属材料，而且金属材料成形品的可靠性、稳定性普遍不高且缺乏试验验证，装机件粉末原材料由于不可循环利用浪费量大，镍基合金、钴铬合金、耐高温高强度工程塑料等尚不具备批量生产能力。而国外已经开发出几百种增材制造材料，发达国家一家公司就能开发出几十种，甚至上百种材料，如美国 Stratasys公司有 120余种增材制造专用材料。
3．关键装备和核心器件依赖进口
我国工业级增材制造装备在环境温度控制、工艺稳定性等方面总体上与发达国家还有较大差距，关键装备与核心部件严重依赖进口的问题依然较为突出。据统计，截至 2016年，德国 EOS公司的金属增材制造设备在我国装机量已经达到 200余台。此外，我国绝大部分增材制造软件市场被国外企业占据，用于支撑设计、扫描路径形成、方案制定的专用工艺软件及控制软件在国内仍处于起步阶段，有些软件甚至处于空白。
4．行业标准体系不健全
欧美发达国家和地区非常重视增材制造标准体系的建设，早在 2009年，美国就成立了标准技术委员会，在增材制造专用术语、专用材料、测试方法、过程控制和零件设计五个方面开展了相应标准的制订工作。2012年，美国又专门针对金属增材制造，从材料、工艺设备、资质和认证、建模和仿真等方面制订了相应的技术标准。目前，虽然我国已提出增材制造领域的 7项国家标准，但尚未建立起涵盖设计、材料、工艺设备、产品性能、认证检测等在内的完整的增材制造标准体系。行业标准的缺失，很大程度上制约了增材制造技术成果的累积、固化和推广应用，未能架起技术和产业衔接的桥梁，减缓了产业发展进程。
5．协同推进机制尚需完善
目前国内产学研存在严重脱节，很多创新性技术仍滞留在高校院所，很难实现产业化，产学研用密切结合的研发及产业化协同推进机制尚未有效形成。高等院校、科研机构和企业各自为战，技术和产品研发重复投入，信息、资源不能实现共享的问题较为突出。与此同时国内企业普遍处于单打独斗状态，市场用户企业压价与生产企业低价竞争现象十分普遍，为抢接订单，部分企业在招投标过程中，恶意低价竞争现象较为突出，严重压缩了产业的发展潜力。
6．应用推广有待加强
目前，我国对增材制造技术的认识依然不足，创新应用能力还不够强，加之工业级增材制造设备的昂贵成本和维护费用，中小企业望而却步，阻碍现有传统生产方式的改造升级，需要进行较长时间的市场培育。在金属增材制造领域，受困于“功能优先”设计理念等因素的影响，如何进一步加快应用推广仍旧需要进一步探索。此外，由于增材制造产业对地方产值、税收的带动作用有限，而对增材制造技术对当地产业转型升级的认识不足，导致多数地方政府对推动增材制产业发展及应用的积极性并不高，存有一定的顾虑。
全球发展仍在高速增长
（一）增材制造产业将持续高速增长
经过 30多年发展，增材制造产业正从起步期迈入成长期，呈现出加速增长的态势，据 Wohlers Associates（2017）统计， 1988～2015年的 27年中，全球增材制造产业的年复合增长率为 26.2%，其中， 2012~2014年的 CAGR高达 33.8%。按照产业生命周期理论，预计未来 10年，全球增材制造产业仍将处于高速增长期，发展潜力巨大。据 IDC预测，2016~2020年，全球增材制造产业将保持 22.3%的年复合增长率，至 2020年全球增材制造产值将达 289亿美元。麦肯锡预测，到2025年全球增材制造产业可能产生高达 2000亿~5000亿美元经济效益。
（二）工业级增材制造成主流方向
工业级增材制造可广泛运用于传统产业转型升级和战略性新兴产业发展，随着增材制造技术的逐渐成熟和成本的不断降低，市场需求和发展潜力较大。尤其在金属增材制造领域，已经展现强势增长势头。据统计，2015年全球金属增材制造设备销量增长了 35%，2016年上半年同比增长 17%。在航空航天、汽车、航海、核工业以及医疗器械等领域对金属增材制造的需求十分旺盛，应用端呈现快速扩展态势。
（三）融合发展助推规模化应用
增材制造技术的优势在于原型制造和小批量生产上，潜能主要体现在个性化产品和复杂产品批量化制造上。增材制造并非是对以“减材制造”、“等材制造”为基础的传统制造技术的取代与挑战，而是通过与传统制造的融合，对现有生产模式、供应模式、商业模式加以补充和革新。随着增材制造技术的不断成熟和软件系统完善，将会在设计、生产过程控制、后处理等当前生产系统的各个环节实现无缝对接，推动增材制造融入现有生产体系，实现规模化应用。
（四）应用的深度和广度持续拓展
从应用细分领域来看，在工业领域，增材制造技术的应用已从简单的概念模型、功能型原型制作向功能部件直接制造方向发展，正渗透到复杂结构件设计及制造领域。同时，在造型评审、设计验证、复杂结构零件、多材料复合零件、轻量化结构零件、定制专用工装、表面修复、个性换装件等方面的应用越来越多。在生物医疗领域，依据患者医学影像数据增材制造的生物模型已经成为辅助治疗的手段，包括术前模拟等应用，未来或将从“非活体”打印逐步进阶到“活体”打印转变。
表 1 近年来我国地方出台的增材制造产业政策
地区 政策名称 发布时间
北京市 《促进北京市增材制造(3D打印)科技创新与产业培育的工作意见》 2014.03
陕西省 《陕西省增材制造产业发展规划（ 2016年-2020年）》 2016.10
浙江省 《浙江省关于加强三维打印技术攻关加快产业化的实施意见》 2013.07
广东省 《加快广东省 3D打印技术和应用产业发展实施方案》 2014.01
黑龙江省 《黑龙江省增材制造（ 3D打印）产业三年专项行动计划（2017-2019）》2017.05
福建省 《关于促进 3D打印产业发展的若干意见》 2013.07
辽宁省 《关于辽宁省 3D打印（增材制造）产业发展情况的调研报告》 2016.04
湖北省 《关于加快推进我省 3D打印产业发展的建议》 2013.08