全球3D打印产业的现状与发展趋势

3D打印，也称为增材制造（additive manufacturing，AM）。美国材料与试验协会（American Society for Testing and Materials，ASTM）将增材制造定义为“与减材制造方法相反，依据三维模型数据，自下而上、逐层累加材料来制造目标物体的方法”［2］。广义上说，以设计数据为基础，把墨水（如液体、粉末、线材等）累加起来形成实物结构的制造方法，均可看作是增材制造技术［3］。图1.1比较了传统电路制造工艺与属于增材制造范畴的印刷电子方法的区别［4］。可以看出，相比于传统电路制造中不可或缺的诸如光刻、曝光、刻蚀、清洗等复杂的流程，印刷电子的工艺要简单许多，只需将打印材料在基底上不断累加即可。此外，在传统电路制造工艺中，刻蚀和清洗两个步骤会消耗大量的材料，造成很大浪费，而在印刷电子工艺中则没有这个问题。

图1.1　减材制造与增材制造工艺的基本区别［4］(www.xing528.com)

3D打印技术在组织工程［5，6］、微流道［7］、电子线路和器件［8］等领域有着十分广泛的应用前景［9］。

随着新一轮科技革命和产业变革的兴起，世界各国争先恐后地将3D打印技术作为发展智能制造的切入点，通过政策规划、产业布局、科技创新和技术突破等组合措施，实现与网络信息技术的深度融合，以树立起本国制造业在全球竞争中的新优势。2012年，为重振其先进制造业的全球领导地位，美国国家科学与技术委员会（National Science and Technology Council，NSTC）发布《先进制造业国家战略计划》，并宣布启动《国家制造创新网络计划》。首家创新机构——国家增材制造创新中心（National Additive Manufacturing Innovation Institute，NAMII）的建立，标志着美国率先启动了3D打印技术的国家级产业助推计划。2013年，德国推出《德国工业4.0战略计划实施建议》，提出通过“信息物理系统”（cyber physical systems，CPS）实现生产过程中人与机器的实时互通，构建网络化和数字化的智能制造模式。为推动3D打印技术在实现工业4.0的建设过程中发挥更大的作用，德国政府通过《3D打印技术的现实分析与发展纲要》总结、分析了本国3D打印技术的发展现状，并对未来10年的发展方向做出了宏观布局。与此同时，为了对接德国的工业4.0发展计划，2015年欧盟发布了最新的“3D打印标准化路线图”，明确3D打印技术在欧盟发展战略中的重要性，深度阐述了产业标准化对于降低能源消耗、提高产品质量和完善服务机制的重要作用，并对3D打印技术、产业的未来发展方向做出了整体规划，期望建立起欧盟在全球3D打印领域的领先地位。其他一些科技强国，如英国、澳大利亚、日本和韩国等也纷纷出台相关计划、政策并成立专业机构，旨在推动以3D打印技术为核心的先进制造业快速发展，达成构建完善技术研发与产业转化体系，提升各自在3D打印领域国际竞争力的目标。总的说来，全球正在兴起一轮以3D打印为标志性发展技术的科技与产业革命。