3D打印技術是基於分層製造原理髮展而來的先進製造技術，是計算機技術、材料技術與機械加工技術多學科融合發展的產物，是當今世界各製造強國競相發展的熱點技術。本文在概述國內外3D打印產業發展情況的基礎上，分析了目前國內3D打印產業存在的主要問題，並從醫療、航空航天、工業模具和教育四個商業化應用領域給出了發展建議。
1、國內外3D打印產業發展概況
（1）全球3D打印市場規模快速增長
2017年，全球3D打印市場呈現出快速增長態勢，市場增長的動力主要源自業內最大的兩家企業（3D Systems和Stratasys）業績的恢復性增長，以及3D打印技術的快速成長和3D打印技術在各個行業領域的加速滲透。2017年，全球3D打印市場規模為78.2億美元，同比增長29.1%。
2015-2017年全球3D打印市場規模與增長率（單位：億美元，%）
（2）中國3D打印市場增速高於全球
2017年國家出臺了《3D打印產業發展行動計劃（2017-2020）》、《增強制造業核心競爭力三年行動計劃（2018-2020）》等多項對3D打印的支持性政策，涉及國家部門多達23個，這將極大地提升中國3D打印市場的佈局速度。同時，中國航發、中國商飛等中央企業開啟金屬3D打印協同創新發展的序幕，共享集團鑄造用工業級砂型打印機入選工信部重大技術裝備指導目錄、西安鉑力特入選工信部金屬3D打印智能工廠試點示範，此外各個細分應用領域也湧現出大量具有實力的創新公司，開展大規模的投入和佈局，充分地刺激了中國3D打印市場的快速增長。2017年中國3D打印市場規模達到110.0億元，增長率為37.5%。
2015-2017年中國3D打印市場規模與增長率（單位：億元，%）
（3）3D打印產業化應用穩步推進
2017年，3D打印產品逐步在各個工業領域實現產業化。GE公司先進的渦輪螺旋槳發動機（ATP）將在2018年首飛，該引擎三分之一以上的部件是由3D打印來完成的，由於3D打印非常適合加工高度複雜的零件，這使得ATP發動機比傳統的渦輪螺旋槳發動機減少了約30％的零件。Thales Alenia Space公司採用激光束熔化技術製成的全球最大的3D打印衛星零件（尺寸為480x378x364mm）將在2018年發射升空。2017年在拉斯維加斯舉行的CES展覽上，Divergent 3D公司展示了世界上首款3D打印的超級跑車Blade。2017年全球最大工程機械製造商卡特彼勒完成了3D打印研發中心和製造工廠的建設。卡特彼勒是較早開始研發3D打印技術在快速原型、生產小批量夾具、製造鑄造磨具等領域應用的企業。新的3D打印工廠的落地將公司3D打印應用水平提升到新的臺階。
2、中國3D打印產業存在主要問題
（1）核心技術嚴重缺失
3D打印原材料直接影響到產品參數、工藝難度以及應用的核心，也是目前行業最為關注的難點。3D打印的原材料在3D打印市場的份額佔比約為37%，是影響市場發展的重要環節。金屬3D打印領域所涉及到的金屬材料多為鎳鈦合金與鈷鉻合金，鎳鈦合金具有良好的形狀記憶特性，最小特徵顆粒可達到30納米，利用SLS及SLM技術製成品表面非平滑部分可小於2納米；鈷鉻合熱處理後具有良好的強度，在抗壓測試中，能夠做到彎曲變形但不破裂破碎。目前國內已自主研發出的鈦合金、高強鋼等幾十種金屬和非金屬材料，但金屬材料成品性能的可靠性及穩定性仍缺乏試驗驗證。同時多種金屬合金對於成品的強度、耐溫、韌性、耐磨、抗蝕等方面的超越也缺乏試驗數據。與國外相比，我國對於金屬3D打印原料創新領域仍存在巨大現實差距和發展空間。在生物醫學方面，可用材料範圍較窄，對於新型陶瓷材料及生物活性材料的挖掘存在很大盲區。以上種種現狀造成了我國3D打印行業所使用的高分子材料、金屬材料等大多依賴進口，價格較高，阻礙了我國3D打印的市場推廣和應用。
（2）桌面級產品產能過剩
低端桌面級打印機已陷入“紅海”，高端工業級打印機嚴重匱乏。我國的3D打印產業目前還處於起步階段，而3D打印設備是牽動整個3D打印產業發展的關鍵步驟之一。3D打印設備分為桌面級打印機和工業級打印機，國內桌面級打印機猛增，技術壁壘不斷降低，盈利能力持續減弱。2016年中國交付的3D打印機數量約為160000臺，其中96%是個人或桌面3D打印機，其平均價格低於1000美元。目前國內的桌面級打印機競爭已接近白熱化，加之利潤小、精度差、實用性一般，天花板效應逐漸顯現。相比於個人3D打印機而言，中國工業級3D打印機雖受到國家利好政策的刺激，但由於設備研發起步較晚，目前還沒形成能夠與3D Systems和Stratasys等國際巨頭相抗衡的3D打印設備公司。
（3）保障體系不完善
建設一條完整3D打印產業鏈需要一個良好的社會環境來保障，而這個保障者就是政府。政府通過對創新產生、擴散和利用等活動的推動作用來促進整個產業創新發展，創新系統一方面需要產學研各創新主體的交互作用；另一方面需要政府、中介、金融等部門的聯動效應。國家還需要對其政策保障體系進行完善，投入資金用於共性技術研發，需要完善和落實供應側政策的同時也要開始考慮需求側政策，如是否要加大對知識產權、安全隱私的保護措施，是否健全監管制度體系，進一步加強監管機構中人、財、物的投入，積極調動各方形成監管合力等。
3、中國3D打印產業發展建議
（1）培育3D打印植入物市場，提早佈局生物打印技術
在醫療領域，義齒加工是目前3D打印技術在醫療領域最接近規模化應用的行業之一。首先，3D打印替代了傳統工藝的蠟形、包埋、失蠟、鑄造、冷卻、拆開、切割等複雜工序，縮短一半的製作時間，大大縮減人工成本。考慮到未來國內的密集型產業的人工成本還會上升，3D打印對比傳統以人工為主導的醫療產品加工工藝在成本上的優勢將越來越明顯。其次，精度提升，降低返工率。傳統熱加工過程，金屬會產生變形，導致義齒尺寸發生偏差。3D打印可以大大提高產品的精確程度，極大的避免人工操作產生的誤差和鑄鑄造變形問題，大大降低產品的返工率。再次，質植牙周期大大縮短，利用3D打印的技術，醫生得到三維牙根數據，把數據傳給義齒打印的專業工廠，僅需幾小時的時間就可以打印出合金材質或者氧化鋯材質的牙齒。在後續的牙齒裝配環節也無需麻醉和手術過程，減輕患者的經濟負擔。賽迪顧問建議，政府和相關行業協會應加快3D打印醫療產品的審批和認證速度，建立非標產品的監管體系。一方面，可以促進國內相關企業做大做強，迅速佔領國內中高端醫療器械市場份額。另一方面，通過政府監管，患者與3D打印企業簽訂自願使用及風險承擔合同，也可以惠及眾多患者。
（2）擴大3D打印技術在航天領域的優勢，彌補3D打印在航空領域的缺失
在航空航天領域，3D打印的加工過程則不受零件複雜程度所限，且還能打印出複雜的空間結構，幫助零部件實現輕量化。3D打印技術可以輕鬆地加工高熔點、高硬度的高溫合金、鈦合金等難加工材料，顯著降低製造成本。3D打印成型後的近件已十分接近成品要求，不需或僅需少量後續加工，可有效縮短零部件生產週期，滿足航空航天產品的快速響應需求。賽迪顧問建議，航空航天企業應適當擴大3D打印產品的採購範圍，鼓勵更多的傳統制造企業進入3D打印領域。一方面，更加有序和充分的行業競爭可以使得航空航天企業降低零部件的採購和維修成本；另一方面，公開招標將激勵傳統企業針對3D打印技術進行研發和產業化，大大促進傳統制造企業的轉型升級。
（3）提高直接3D打印產品份額，實現與“減材”製造的結合
在工業模具領域，經過多年的發展和應用，3D打印在模具行業中的應用現在已經較為廣泛。其中，直接製作手板的3D打印應用佔據總應用的主要份額。通常剛研發或設計完成的產品均需要做手板，找出設計產品的缺陷、不足，從而對缺陷進行針對性的改善，避免傳統工藝需要開模的成本。賽迪顧問建議，3D打印技術更加適用於產品的研發階段，在3D打印和傳統模具工藝對比上，3D打印在模具行業目前由於設備和材料的價格、批量化生產等方面與傳統模具工藝相比仍不具有完全的升級替代優勢，兩者目前更接近於互補關係，但未來3D打印模具將會是模具領域的一個重要發展方向。
（4）擴大桌面級3D打印設備的應用範圍，培育多層次3D打印領域人才
在教育領域，3D打印在歐美髮達國家的K12教育以及高等院校領域已進入多年。在美國，幾乎所有的大中小學已經開設了3D打印的課程。通過對青少年進行3D打印創新意識、技術手段的培養，3D打印成為“美國智造”的有力手段。受到美國教育體系中大規模推廣3D打印課程的影響，英國、法國、德國、以色列、印度等國家也開始在教育系統中推廣3D打印課程。賽迪顧問建議，國家和地方教育機構應該積極順應3D行業發展的大趨勢、大背景，更加重視3D打印技術在義務教育中的普及力度，使得學生通過3D打印技術能夠更加真實和直觀地接觸到教學過程中難以展現的概念和物體，通過學生親手設計和創作，激發學生的創造力和培養思考能力。此外，建議高等院校設立自己的3D打印中心，並與工信部、科技部、中國商飛等政府機構和企業共同研發，實現“產-學-研”的結合。
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