摘要：增材制造又稱3D打印，是全球范圍內(nèi)新一輪科技革命發(fā)展的代表性技術(shù)。《中國(guó)制造2025》將3D打印列為發(fā)展的重點(diǎn)，目前，其已被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、航海、核工業(yè)以及醫(yī)療器械領(lǐng)域，并且保持旺盛的增長(zhǎng)趨勢(shì)。本文分析了3D打印技術(shù)的下游應(yīng)用領(lǐng)域，并對(duì)市場(chǎng)發(fā)展前景做了展望。

　　我國(guó)是全球最具潛力的3D打印市場(chǎng)

　　3D打印技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)，具有無(wú)法比擬的巨大優(yōu)勢(shì)。它生產(chǎn)速度快，無(wú)需模具，降低了產(chǎn)品研發(fā)周期；疊層制造可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的成型；材料利用率高，降低了生產(chǎn)成本。根據(jù)美國(guó)專業(yè)從事3D打印行業(yè)研究Wohlers Associates的統(tǒng)計(jì)，在2012年到2017年的五年間，全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模從22.6億擴(kuò)大到73.4億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了26.2%，如圖1所示。產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈現(xiàn)擴(kuò)張的趨勢(shì)，增速非常可觀。

　　圖1 全球3D打印市場(chǎng)規(guī)模

　　(來(lái)源：Wohlers Associates)

　　3D打印市場(chǎng)主要集中在美國(guó)、中國(guó)、日本、德國(guó)、英國(guó)這五個(gè)國(guó)家，總體上占據(jù)了全球65%以上的份額。從時(shí)間上看，中國(guó)的3D打印技術(shù)起步落后于這些發(fā)達(dá)國(guó)家，經(jīng)歷了初期設(shè)備材料嚴(yán)重依賴進(jìn)口、產(chǎn)業(yè)鏈分離、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、生產(chǎn)成本高昂等問(wèn)題后，逐漸走向穩(wěn)定快速發(fā)展期。中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟對(duì)35家重點(diǎn)聯(lián)盟企業(yè)的經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。2017年相比2016年，營(yíng)業(yè)收入增長(zhǎng)了近10億元，增長(zhǎng)率達(dá)到40.3%，遠(yuǎn)高于同期的全球平均水平。聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)顯示，我國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模在2017年已超過(guò)100億元。圖2為我國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模。從發(fā)展階段和增速來(lái)看，我國(guó)是全球最具潛力的3D打印市場(chǎng)。

　　圖2 我國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模

　　(來(lái)源：前瞻產(chǎn)業(yè)研究院)

　　3D打印發(fā)力航空航天領(lǐng)域

　　3D打印技術(shù)已經(jīng)成為了航空航天等高端設(shè)備制造及零部件修復(fù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)手段，在過(guò)去的三年間(2015-2017年)，它在全球3D打印市場(chǎng)占比從16.6%增長(zhǎng)到18.9%，達(dá)到13.87億美元，相比較其他應(yīng)用領(lǐng)域，增幅最快，如圖3所示。

　　圖3 3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

　　(來(lái)源：Wohlers Associates)

　　在航空航天的零部件生產(chǎn)方面，3D打印技術(shù)的降成本效果非常明顯。空客公司采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)了超過(guò)1000個(gè)飛機(jī)零部件，并應(yīng)用于A350寬體客機(jī)上;勞斯萊斯公司采用3D打印技術(shù)制造寬體飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)并成功完成了飛行試驗(yàn);美國(guó)空軍利用該技術(shù)打印出飛機(jī)座椅扶手的塑料端蓋，使其單位成本從8美元降低到2.5美元;歐洲航天局開發(fā)出了雙反射面天線原型，降低了成本，減輕了質(zhì)量，縮短了交付時(shí)間，增加了射頻設(shè)計(jì)的靈活性;美國(guó)航空噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)公司Aerojet Rocketdyne完成了載人飛船噴管擴(kuò)張段的打印。在整機(jī)領(lǐng)域，美國(guó)太空探索技術(shù)公司SpaceX發(fā)布了一臺(tái)低成本太空旅行的3D打印世界首款電動(dòng)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。使預(yù)計(jì)成本從超過(guò)1億美元降低到490萬(wàn)美元。

　　增材修復(fù)市場(chǎng)成3D打印技術(shù)擴(kuò)張的下一片藍(lán)海

　　增材修復(fù)使用的是3D打印增材再制造技術(shù)，對(duì)裝備損傷零部件（包括戰(zhàn)損和正常服役中出現(xiàn)的損傷）進(jìn)行再制造修復(fù)。根據(jù)再制造技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)廢機(jī)電產(chǎn)品修復(fù)改造技術(shù)的研究，增材修復(fù)相比制造新品，成本節(jié)約50%左右，大氣污染物排放量降低70%以上。國(guó)務(wù)院頒布的《中國(guó)制造2025》指出，大力發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)高端再制造、智能再制造、在役再制造，推進(jìn)產(chǎn)品認(rèn)定，促進(jìn)再制造產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球再制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模突破1500億美元，美國(guó)突破1000億美元，而2015年我國(guó)在再制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模僅為500億人民幣。與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距。限制行業(yè)發(fā)展和大規(guī)模商業(yè)化的技術(shù)瓶頸表現(xiàn)為殘余應(yīng)力調(diào)控、基體熱損傷調(diào)控、界面匹配性、再制造過(guò)程自動(dòng)智能化四大難題。西北工業(yè)大學(xué)、裝甲兵工程學(xué)院、華中科技大學(xué)等科研院所分別對(duì)這些影響修復(fù)到理想狀態(tài)的因素細(xì)節(jié)做了深入的研究，并已經(jīng)和西安鉑力特增材股份有限公司、沈陽(yáng)大陸激光技術(shù)有限公司等企業(yè)形成了良好應(yīng)用型協(xié)作。相信在不久的將來(lái)，增材修復(fù)一定能達(dá)到最佳的理想效果，實(shí)現(xiàn)實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的雙重標(biāo)準(zhǔn)。

　　結(jié)語(yǔ)

　　3D打印是全球范圍內(nèi)新一輪科技革命發(fā)展的代表性技術(shù)，也是《中國(guó)制造2025》的發(fā)展重點(diǎn)。其在航空航天、汽車、航海、核工業(yè)以及醫(yī)療器械領(lǐng)域有著巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)潛力，增材修復(fù)市場(chǎng)是3D打印技術(shù)擴(kuò)張的下一片藍(lán)海。