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2013-01-08 09:25 來(lái)源：?? 責編：??
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【CPP114】訊：雖然對第三次工業(yè)革命何時(shí)到來(lái)，國內各界仍普遍持謹慎態(tài)度。然而，3D打印、人工智能、新材料、新一代信息技術(shù)等一系列關(guān)鍵技術(shù)的成熟和產(chǎn)業(yè)化，都透露出新一輪工業(yè)革命并非空穴來(lái)風(fēng)。
傳統制造業(yè)的國際分工格局，正逐漸被新技術(shù)帶來(lái)的分散化生產(chǎn)以及消費者多元化的需求打破。特別是2008年金融危機之后，那些走向產(chǎn)業(yè)空心化的國家深刻認識到制造業(yè)對于國民經(jīng)濟的重要性，遂寄望于新技術(shù)將制造業(yè)拉回。
如果未來(lái)在以3D打印為代表的數字化制造技術(shù)上失去話(huà)語(yǔ)權，中國制造業(yè)將遭遇殘酷的打擊：傳統的制造手段和生產(chǎn)模式將被取代；人力成本低廉等比較優(yōu)勢必然喪失；中國企業(yè)躑躅于產(chǎn)業(yè)鏈低端的現實(shí)將進(jìn)一步惡化。
而中國是否能抓住這一輪技術(shù)創(chuàng )新的機遇，很大程度上是在逼問(wèn)中國是否有能力改革現有的創(chuàng )新體系。
顏永年決心最后一搏。74歲的他，在2012年創(chuàng )立了昆山永年先進(jìn)制造技術(shù)有限公司，并出任董事長(cháng)，為此，他把家從北京搬到了昆山陽(yáng)澄湖邊。
相比創(chuàng )辦企業(yè)，顏永年在學(xué)術(shù)上的成就已有定論，正是他在清華大學(xué)任教時(shí)把3D打印的概念和早期技術(shù)引入國內。在顏永年看來(lái)，制造科學(xué)如果脫離了產(chǎn)業(yè)化，含金量就大打折扣，因此退休五年后，他仍打算實(shí)現在校任教時(shí)未能完成的心愿——辦一家完全市場(chǎng)化的公司，將研究成果產(chǎn)業(yè)化，3D打印就是那項昭示未來(lái)的研究成果。
3D打印，是增材制造的俗稱(chēng)，其核心是數字化、智能化制造與材料科學(xué)的結合。與傳統上對原材料進(jìn)行切削的減材制造方法正相反，3D打印的過(guò)程好比用磚頭砌墻，逐層增加材料，最終形成物件。
以3D打印為代表的數字化制造技術(shù)，被《經(jīng)濟學(xué)人》雜志認為是引發(fā)第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵因素，“其將改寫(xiě)制造業(yè)的生產(chǎn)方式，進(jìn)而改變產(chǎn)業(yè)鏈的運作模式”。
首先，數字化制造技術(shù)將大大減少直接從事生產(chǎn)的操作工人，勞動(dòng)力所占生產(chǎn)成本比例隨之下降。此外，數字化制造的個(gè)性化、快捷性和低成本能夠更快地適應本地市場(chǎng)需求的變化，包括滿(mǎn)足小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。這些都促使發(fā)達國家鼓勵廠(chǎng)商把部分制造業(yè)遷回本國，對中國這樣的傳統制造業(yè)大國無(wú)疑敲響了警鐘。
不過(guò)，中國在3D打印方面的理論研究和嘗試并不算晚。富庶而開(kāi)放的江浙一帶已有不少企業(yè)在運用這項技術(shù)，僅昆山一地，就有20余家企業(yè)利用3D打印為周邊發(fā)達的產(chǎn)業(yè)集群提供設計打樣服務(wù)。
而距昆山1.4萬(wàn)多公里的美國紐約，有著(zhù)3D云打印之稱(chēng)的Shapeways正忙著(zhù)搬家，將其運營(yíng)重心從荷蘭移至紐約。Shapeways在皇后區占地2.5萬(wàn)平方米的工廠(chǎng)取名為“未來(lái)工廠(chǎng)”，這是全世界規模最大的3D打印工廠(chǎng)。2012年10月18日，在工廠(chǎng)開(kāi)業(yè)儀式上，紐約市長(cháng)邁克爾·布隆伯格(Michael Bloomberg)手中那把剪彩的剪刀，就是3D打印制造。隔河相望的曼哈頓區，聚集了眾多年輕的3D打印企業(yè)。中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員王飛躍觀(guān)察，即使在2008年金融危機后，這些企業(yè)仍保持快速發(fā)展。
自從工廠(chǎng)出現以來(lái)，產(chǎn)品與消費者之間的距離從未如此接近過(guò)。3D打印給消費者帶來(lái)了在大規模生產(chǎn)和個(gè)性化制造之間進(jìn)行選擇的自由。如果你想要一個(gè)與自己相貌一樣的玩偶，用3D打印機制作，成本可能只要100元；如果委托工廠(chǎng)，也許要花1萬(wàn)元。
業(yè)內人士將2012年的3D打印機視為像1977年個(gè)人計算機和1990年網(wǎng)頁(yè)瀏覽器一樣，是一個(gè)嶄新的市場(chǎng)從萌芽期進(jìn)入成長(cháng)期的轉折點(diǎn)。雖然3D打印技術(shù)目前尚未顛覆傳統制造業(yè)——傳統制造業(yè)的規模效應依然占據優(yōu)勢，但前者正慢慢搶走市場(chǎng)份額。
工信部已經(jīng)嗅出了危機的味道。2012年12月14日，工信部副部長(cháng)蘇波在增材制造技術(shù)國際論壇上透露，中國將提速3D打印技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。這一信息標志著(zhù)3D打印正式納入了中國工業(yè)主管部門(mén)的視野。
革新的號角
美國3D打印設備巨頭3D Systems(DDD.NYSE)的創(chuàng )始人，查爾斯·胡爾(Charles W. Hull)比顏永年小1歲，他至今仍管理著(zhù)公司，擔任執行副主席一職，還是公司的首席技術(shù)官。
1982年，在一家紫外線(xiàn)設備生產(chǎn)企業(yè)任職的胡爾，嘗試把光學(xué)技術(shù)應用于快速成型領(lǐng)域。他將一種液態(tài)光敏樹(shù)脂倒入大容器中，在容器里放置一個(gè)升降平臺，容器上方的紫外激光器根據計算機指令照射液面，所到之處，材料會(huì )發(fā)生光聚合反應，迅速從液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)，當一層打印完成后，未被照射的地方仍保持液態(tài)，此時(shí)在液面以下0.05毫米-0.15毫米的升降平臺會(huì )下降一層，激光器開(kāi)始打印第二層。這個(gè)過(guò)程不斷重復，直到整個(gè)物件制造完畢。這項立體光刻(SLA)技術(shù)就是最早的3D打印。
胡爾于1986年申請了專(zhuān)利，并成立3D Systems公司。“30年前發(fā)明這項技術(shù)時(shí)，我們覺(jué)得這對制造業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)機會(huì )。”胡爾的合伙人、3D Systems公司總裁亞伯拉罕·雷切特勒(Abraham Reichental)對《財經(jīng)》記者說(shuō)，“現在，客戶(hù)比我們還要積極，推動(dòng)我們進(jìn)行適用性研究。五年前，大部分客戶(hù)購買(mǎi)設備用于設計；從兩年前開(kāi)始，有一半的客戶(hù)用在了直接制造上。”
3D打印不需要模具，可以直接進(jìn)行樣品原型制造，因而大大縮短了從圖紙到實(shí)物的時(shí)間。任何形狀復雜的零件，都可以被分解為一系列二維制造的疊加。
這種快速制造的理念還衍生出多種不同的技術(shù)類(lèi)型，除了SLA，常見(jiàn)的有熔融沉積造型(FDM)、選擇性激光燒結(SLS)、三維打印(3DP)等，其基本工作原理都是逐層增加材料，最終形成物件，因此，這些技術(shù)都被通俗地稱(chēng)作3D打印。
許多種“耗材”都可使用3D打�。荷匙�、人造橡膠(26075,-435.00,-1.64%)、塑料(10930,50.00,0.46%)、金屬，甚至生物材料；3D打印的應用范圍已經(jīng)滲入生物醫療、航空、汽車(chē)、工業(yè)設計等多個(gè)行業(yè)，且仍在不斷拓寬。“就連美國海軍都購買(mǎi)了90臺機器用于航空領(lǐng)域的研發(fā)。”雷切特勒說(shuō)。
全世界的實(shí)驗室里，正在實(shí)踐一些更具雄心的想法：澳大利亞的研究人員加快了制造金屬零件的速度，試制出打印汽車(chē)金屬零部件的設備；意大利的一個(gè)研究團隊正開(kāi)發(fā)用于特種建筑的3D打印機，計劃使用月球塵埃為材料，在月球上快速建造人類(lèi)基地。
除了省去制造模具的成本以外，相比傳統制造工藝，3D打印對材料的利用率也驚人。美國F-22猛禽戰斗機大量使用鈦合金結構件，如使用傳統的整體鍛造方法，最大的鈦合金整體加強框材料利用率不到4.9%，使用3D打印利用率接近100%。
3D打印技術(shù)通過(guò)對金屬材料的燒結或熔化，直接生成出金屬零部件的發(fā)展趨勢，讓傳統制造業(yè)感受到巨大壓力。“如果在金屬材料上得到廣泛應用，3D打印就可能引領(lǐng)新一輪工業(yè)革命。”華中科技大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院教授張海鷗預測說(shuō)。
傳統制造業(yè)的國際分工格局，正逐漸被新技術(shù)帶來(lái)的分散化生產(chǎn)以及消費者多元化的需求打破。特別是2008年金融危機之后，那些走向產(chǎn)業(yè)空心化的國家深刻認識到制造業(yè)對于國民經(jīng)濟的重要性，遂寄望于新技術(shù)將制造業(yè)拉回。
如果未來(lái)在以3D打印為代表的數字化制造技術(shù)上失去話(huà)語(yǔ)權，中國制造業(yè)將遭遇殘酷的打擊：傳統的制造手段和生產(chǎn)模式將被取代；人力成本低廉等比較優(yōu)勢必然喪失；中國企業(yè)躑躅于產(chǎn)業(yè)鏈低端的現實(shí)將進(jìn)一步惡化。
而中國是否能抓住這一輪技術(shù)創(chuàng )新的機遇，很大程度上是在逼問(wèn)中國是否有能力改革現有的創(chuàng )新體系。
顏永年決心最后一搏。74歲的他，在2012年創(chuàng )立了昆山永年先進(jìn)制造技術(shù)有限公司，并出任董事長(cháng)，為此，他把家從北京搬到了昆山陽(yáng)澄湖邊。
相比創(chuàng )辦企業(yè)，顏永年在學(xué)術(shù)上的成就已有定論，正是他在清華大學(xué)任教時(shí)把3D打印的概念和早期技術(shù)引入國內。在顏永年看來(lái)，制造科學(xué)如果脫離了產(chǎn)業(yè)化，含金量就大打折扣，因此退休五年后，他仍打算實(shí)現在校任教時(shí)未能完成的心愿——辦一家完全市場(chǎng)化的公司，將研究成果產(chǎn)業(yè)化，3D打印就是那項昭示未來(lái)的研究成果。
3D打印，是增材制造的俗稱(chēng)，其核心是數字化、智能化制造與材料科學(xué)的結合。與傳統上對原材料進(jìn)行切削的減材制造方法正相反，3D打印的過(guò)程好比用磚頭砌墻，逐層增加材料，最終形成物件。
以3D打印為代表的數字化制造技術(shù)，被《經(jīng)濟學(xué)人》雜志認為是引發(fā)第三次工業(yè)革命的關(guān)鍵因素，“其將改寫(xiě)制造業(yè)的生產(chǎn)方式，進(jìn)而改變產(chǎn)業(yè)鏈的運作模式”。
首先，數字化制造技術(shù)將大大減少直接從事生產(chǎn)的操作工人，勞動(dòng)力所占生產(chǎn)成本比例隨之下降。此外，數字化制造的個(gè)性化、快捷性和低成本能夠更快地適應本地市場(chǎng)需求的變化，包括滿(mǎn)足小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。這些都促使發(fā)達國家鼓勵廠(chǎng)商把部分制造業(yè)遷回本國，對中國這樣的傳統制造業(yè)大國無(wú)疑敲響了警鐘。
不過(guò)，中國在3D打印方面的理論研究和嘗試并不算晚。富庶而開(kāi)放的江浙一帶已有不少企業(yè)在運用這項技術(shù)，僅昆山一地，就有20余家企業(yè)利用3D打印為周邊發(fā)達的產(chǎn)業(yè)集群提供設計打樣服務(wù)。
而距昆山1.4萬(wàn)多公里的美國紐約，有著(zhù)3D云打印之稱(chēng)的Shapeways正忙著(zhù)搬家，將其運營(yíng)重心從荷蘭移至紐約。Shapeways在皇后區占地2.5萬(wàn)平方米的工廠(chǎng)取名為“未來(lái)工廠(chǎng)”，這是全世界規模最大的3D打印工廠(chǎng)。2012年10月18日，在工廠(chǎng)開(kāi)業(yè)儀式上，紐約市長(cháng)邁克爾·布隆伯格(Michael Bloomberg)手中那把剪彩的剪刀，就是3D打印制造。隔河相望的曼哈頓區，聚集了眾多年輕的3D打印企業(yè)。中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員王飛躍觀(guān)察，即使在2008年金融危機后，這些企業(yè)仍保持快速發(fā)展。
自從工廠(chǎng)出現以來(lái)，產(chǎn)品與消費者之間的距離從未如此接近過(guò)。3D打印給消費者帶來(lái)了在大規模生產(chǎn)和個(gè)性化制造之間進(jìn)行選擇的自由。如果你想要一個(gè)與自己相貌一樣的玩偶，用3D打印機制作，成本可能只要100元；如果委托工廠(chǎng)，也許要花1萬(wàn)元。
業(yè)內人士將2012年的3D打印機視為像1977年個(gè)人計算機和1990年網(wǎng)頁(yè)瀏覽器一樣，是一個(gè)嶄新的市場(chǎng)從萌芽期進(jìn)入成長(cháng)期的轉折點(diǎn)。雖然3D打印技術(shù)目前尚未顛覆傳統制造業(yè)——傳統制造業(yè)的規模效應依然占據優(yōu)勢，但前者正慢慢搶走市場(chǎng)份額。
工信部已經(jīng)嗅出了危機的味道。2012年12月14日，工信部副部長(cháng)蘇波在增材制造技術(shù)國際論壇上透露，中國將提速3D打印技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。這一信息標志著(zhù)3D打印正式納入了中國工業(yè)主管部門(mén)的視野。
革新的號角
美國3D打印設備巨頭3D Systems(DDD.NYSE)的創(chuàng )始人，查爾斯·胡爾(Charles W. Hull)比顏永年小1歲，他至今仍管理著(zhù)公司，擔任執行副主席一職，還是公司的首席技術(shù)官。
1982年，在一家紫外線(xiàn)設備生產(chǎn)企業(yè)任職的胡爾，嘗試把光學(xué)技術(shù)應用于快速成型領(lǐng)域。他將一種液態(tài)光敏樹(shù)脂倒入大容器中，在容器里放置一個(gè)升降平臺，容器上方的紫外激光器根據計算機指令照射液面，所到之處，材料會(huì )發(fā)生光聚合反應，迅速從液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)，當一層打印完成后，未被照射的地方仍保持液態(tài)，此時(shí)在液面以下0.05毫米-0.15毫米的升降平臺會(huì )下降一層，激光器開(kāi)始打印第二層。這個(gè)過(guò)程不斷重復，直到整個(gè)物件制造完畢。這項立體光刻(SLA)技術(shù)就是最早的3D打印。
胡爾于1986年申請了專(zhuān)利，并成立3D Systems公司。“30年前發(fā)明這項技術(shù)時(shí)，我們覺(jué)得這對制造業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)機會(huì )。”胡爾的合伙人、3D Systems公司總裁亞伯拉罕·雷切特勒(Abraham Reichental)對《財經(jīng)》記者說(shuō)，“現在，客戶(hù)比我們還要積極，推動(dòng)我們進(jìn)行適用性研究。五年前，大部分客戶(hù)購買(mǎi)設備用于設計；從兩年前開(kāi)始，有一半的客戶(hù)用在了直接制造上。”
3D打印不需要模具，可以直接進(jìn)行樣品原型制造，因而大大縮短了從圖紙到實(shí)物的時(shí)間。任何形狀復雜的零件，都可以被分解為一系列二維制造的疊加。
這種快速制造的理念還衍生出多種不同的技術(shù)類(lèi)型，除了SLA，常見(jiàn)的有熔融沉積造型(FDM)、選擇性激光燒結(SLS)、三維打印(3DP)等，其基本工作原理都是逐層增加材料，最終形成物件，因此，這些技術(shù)都被通俗地稱(chēng)作3D打印。
許多種“耗材”都可使用3D打�。荷匙�、人造橡膠(26075,-435.00,-1.64%)、塑料(10930,50.00,0.46%)、金屬，甚至生物材料；3D打印的應用范圍已經(jīng)滲入生物醫療、航空、汽車(chē)、工業(yè)設計等多個(gè)行業(yè)，且仍在不斷拓寬。“就連美國海軍都購買(mǎi)了90臺機器用于航空領(lǐng)域的研發(fā)。”雷切特勒說(shuō)。
全世界的實(shí)驗室里，正在實(shí)踐一些更具雄心的想法：澳大利亞的研究人員加快了制造金屬零件的速度，試制出打印汽車(chē)金屬零部件的設備；意大利的一個(gè)研究團隊正開(kāi)發(fā)用于特種建筑的3D打印機，計劃使用月球塵埃為材料，在月球上快速建造人類(lèi)基地。
除了省去制造模具的成本以外，相比傳統制造工藝，3D打印對材料的利用率也驚人。美國F-22猛禽戰斗機大量使用鈦合金結構件，如使用傳統的整體鍛造方法，最大的鈦合金整體加強框材料利用率不到4.9%，使用3D打印利用率接近100%。
3D打印技術(shù)通過(guò)對金屬材料的燒結或熔化，直接生成出金屬零部件的發(fā)展趨勢，讓傳統制造業(yè)感受到巨大壓力。“如果在金屬材料上得到廣泛應用，3D打印就可能引領(lǐng)新一輪工業(yè)革命。”華中科技大學(xué)機械科學(xué)與工程學(xué)院教授張海鷗預測說(shuō)。
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