解析“中国制造2025”下的3D打印

未来3D打印人工器官将是解决移植器官短缺问题的可行技术之一，并对医学研究和药物研发产生推进作用。这将给目前的生物医学行业带来巨大的变革。 从某种意义上讲，专业3D打印企业和传统制造业企业分别从技术发展和市场需求2个方向推动了3D打印产业发展。而3D打印云平台企业是通过信息的互联、人的互联、机器的互联构建出全球的3D打印互联网络。3D生物打印企业则开启了制造活体组织的大门，成为“生物制造”的基石。这4种企业正从不同的方向改变着传统制造业，推动生产向智能化、服务化的方向发展。 

1.3D打印装备制造企业 

国际方面，3D打印装备制造企业 以美国3D Systems和Stratasys公司为代表。这2家3D打印巨头均在纳斯达克上市，占全球3D打印产业总产值的1/3。2014年，3D Systems公司实现收入6.5亿美元，比2012年增长27%。该公司的创立者Charles Hull发明了著名的3D打印光固化工艺（SLA），并于2014年进入美国发明家名人堂。

该公司向客户提供“一站式”全套3D打印解决方案，包括装备、材料、工艺、软 件、教育培训和应用支持，其解决方案涉及模具、医疗、教育、珠宝、建筑等行业。Stratasys公司2014年实现收入7.5 亿美元，比2013年增长55%。该公司是应用最为广泛的3D打印工艺技术——熔融沉积式工艺（FDM）的鼻祖，同时也是该工艺的最大生产制造商，至今还在引领该工艺的发展。同时，该公司拥有业界最为全面的材料组合，包括数百种光聚合物和热塑性塑料。 排在第3位的德国EOS公司2014年收入约为2.2亿美元。

该公司是选择性激光烧结工艺的（SLS）领导企业，主要业务集中在航空航天、医疗和汽车行业高端精密零部件的制造。客户涵盖了空客、波音、保时捷、大众等众多顶尖制造商。其他的知名3D打印装备公司还包括瑞典ArcamAB、德国ExOne、德国SLM solutions、德国Voxeljet等，这些公司2014年的收入都在2000万～4000万美元之间。国内方面的情况基本上和国际情况一致，北京太尔时代科技有限公司、西安瑞特快速制造工程研究有限公司、西安铂力特激光成形技术有限公司、北京隆源自动成型系统有限公司等3D打印装备企业占据了行业主流位置。个别优秀企业的产值达到亿元规模，但大部分企业的产值仍处在千万量级或百万量级。

2.传统制造业巨头 

布局3D打印的传统制造业巨头以美国通用、波音等公司为代表。通用公司早在2012年奥巴马宣布实施“再工业化”战略之后，就提出了“工业互联网”的概念，并开展了一系列的布局。“工业互联网”是指通过智能机器间的连接并最终将人机连接，结合软件和大数据分析，重构全球工业、激发生产力，让世界更清洁且更经济。这其中，3D打印成为智能工厂中重要的组成部分。

通用公司2011年就成立了增材制造实验室，并于2012年收购了Morris Technologies和Rapid Quality Manufacturing２家专业3D打印公司。同时，对阿拉巴马州的奥本工厂投入1.25亿美元扩大3D打印制造能力。目前，该厂已经开始生产新一代LEAP喷气发动机所需的3D打印燃料喷嘴，未来３年内计划累计产量将达到2万个。2014年，又投入3 200万美元在美国宾州匹兹堡再建一个新的3D打印工厂，主要用于开发3D打印技术并将其用于实际制造。2015年，公司首款3D打印的商业喷气发动机零部件--高压压气机温度传感器（T25）外壳通过美国联邦航空管理局（FAA）认证。这种拳头大小的3D打印零件将用于对400台波音777的 GE90-94B喷气发动机进行改造（见图6）。 

近期，市场传言通用公司将有可能收购3D Systems公司。对于市值将近3000亿美元的通用公司来说，收购市值不到30亿美元的3D systems公司将使其在该领域占据一个极其有利的位置，且不会对公司的资金流产生很大的影响。如果传言成真，这次收购将对整个3D打印产业产生深远的影响。除了通用公司，其他制造业巨头也纷纷布局3D打印。

例如，波音公司早 在90年代中期就开始应用3D打印组件，用作飞机的非结构部件。目前，波音公司已在16种不同的商用和军用飞机上使用了200多种，2万多个3D打印的飞机零部件。其中，787梦想客机就包括32种3D打印部件。空客公司则设立了近百个科研项目，研究3D打印在下一代商用飞机上的应用，包括3D打印的减重起落架、机舱和冷却系统等。国内方面，介入3D打印领域的传统制造业企业巨头较少。和3D打印概念相关的上市公司有30家左右，其中包括金运激光、光韵达、中航精机、中海达、苏大维格、银邦股份、华中数控、华工科技、南风化工等。

3.3D打印云平台企业 

Shapeways平台是全球头号在线3D打印市场和社区，主要为客户定制他们设计的各种产品，还帮助设计人员和3D打印爱好者销售自己的3D设计和产品。目前，该平台云集了来自全球超过130个国家，数量超过50万的会员，拥有超过2万家3D店铺，充斥着各种各样新奇、有趣的原创3D设计作品，月均3D打印产品数量已经高达18万件。亚马逊等其他电商也推出了 3D打印商场。

亚马逊提供超过200种可以进行定制3D打印的物品。用户下单以后，亚马逊将通过第三方的3D打印服务提供商，包括Sculpteo、Mixee Labs以及3DLT完成生产。3D Hubs则是另外一种3D打印云平台的代表。Shapeways平台利用自己的3D打印机为客户提供B2C的服务。但由于使用自己的机器向全球各地区用户提供服务，尽管打印质量比较有保障，用户需要等待较长的时间。3D Hubs平台并不拥有3D打印机，而是建立了一个全球的3D打印机分布式网络，形成一种C2C的服务模式。

仅仅2年多的时间，该网络已经有超过1.7台的3D打印机，遍布150多个国家和地区，占到全球3D打印机总量的近5%，处理了超过3万件3D打印订单（见图7）。该平台可以根据客户的位置，将任务分配给分布式网络中的最近的3D打印机，完成制造。因此，其发货速度远远快于Shapeways。3D Hubs可以做到2天内发货，而Shapeways则需要一周。此外，通过对这1.7万台3D打印机信息的汇集和整理，形成了权威的3D打印大数据分析，内容包括3D打印机型号、质量、厂商排行榜，3D打印产品应用领域、颜色排行榜，3D打印城市排行榜等等。

还有一类3D打印平台主要是3D打印社区。其中的佼佼者当属Thingiverse，它是Stratasys子公司MakerBot所拥有的全球最大的3D打印文件分享平台，该网站已经拥有超过50万个3D打印模型可供免费下载。其访问量和Shapeways平台相当，年访问量都达到了千万次量级。其他活跃的相关社区还包括Reddit、3D Hubs Talk、TinkerCAD, MyMiniFactory 和GrabCAD等。国内也在涌现出多个3D打印云平台企业，比如三迪时空、叁迪网、紫晶立方、南极熊3D打印网、美匠网、中国3D打印网、天工社等等。一部分为3D打印装备制造企业布局的业务延伸，另一部分为独立的3D打印服务平台，还有一些网站从事3D打印相关的周边服务。 

4.3D生物打印企业 

宽泛的3D生物打印包括４个层次，分别是体外模型器械、体内假体植入物、可降解组织支架、以及活体组织打印。前３个层次基本属于传统制造业的范畴，而第４个层次则是开创性、革命性的，将根本性的解决器官移植所存在的供体短缺与免疫排斥的问题。我们这里所说的3D生物打印企业特指那些从事活体组织打印的企业。美国Organovo公司当属这其中的领军企业，公司于2013年在纳斯达克上市。该公司开发出了活体组织3D打印机，并于2014年推出了世界上首款商用3D打印“活体组织”——微型肝脏。

该产品具有精确、可复制的生物结构，其功能性和稳定性可保持42天之久，远超当下标准的二维肝细胞培养系统，将用于医学研究和药物开发。 近期，该公司又公布了另一款3D打印“活体组织”-微型肾脏，该组织可以存活至少２个星期，其商用产品将于2016年下半年正式发布。与此同时，Organovo公司与默沙东、强生、欧莱雅等公司合作，开展活体组织3D打印的相关应用。国内方面，活体组织3D打印还处于研发阶段，尚未进入产业化阶段。 

五、结语 

借用世界3D打印技术产业联盟创始人罗军秘书长所提出的“时代”的概念，笔者认为3D打印可划分为5个时代。“1.0时代”是以3D打印装备制造企业为主导，在1984年3D打印出现之后，使得该技术和产业得到了长足的发展；“2.0时代”则是以传统制造业巨头开始介入为标志，在2000年后逐步的将3D打印融入到传统的制造技术当中，实现3D打印产品的实质性应用；“3.0时代”则以美国政府布局3D打印为起点，推动全球兴起新一轮工业革命的浪潮，3D打印与大数据、机器人、云计算的深度融合迎来智能制造时代；“4.0”时代则是以活体组 织3D打印的商业化为开端，逐步实现人体活体器官的生物制造；展望未来“5.0”时代，将有可能是活体组织和电子部件的集成化，以赋予生命体更多的信息化功能。 

实际上，这5个时代存在着相互重叠关系，但其中所涉及的4种3D打印企业并不存在着相互更替、同质竞争的关系。相反的是，即使进入到3D打印“5.0”时代，这4种类型 的企业预计也将有独自的市场，形成优势互补，协同发展的态势。因此，为了促进我国3D打印产业的健康发展，这4种类型的3D打印企业都需要重点关注。相信这也从侧面说明了国家关注发展3D打印装备，3D打印生产工艺，3D打印平台，生物3D打印的原因。作为《中国制造2025》规划当中的重点布局内容，加快我国3D打印技术的发展，推动3D打印产业做强做大，不单单是培育了一个具有广阔市场的先进制造业产业，也同时对我国实现制造业强国的梦想起到积极的推进意义。