“上上個(gè)世紀(jì)的思想，上個(gè)世紀(jì)的技術(shù)，這個(gè)世紀(jì)的市場(chǎng)”。

202*年4月2日，“天兵科技”旗下的“天龍二號(hào)”液體火箭首發(fā)成功，在此之前20年的時(shí)間，包括SpaceX的獵鷹一號(hào)在內(nèi)，已經(jīng)有*款液體火箭首發(fā)折戟，天龍二號(hào)終結(jié)了民營(yíng)航天液體火箭首發(fā)即失敗的魔咒。

天龍二號(hào)之所以能平步上青云，必然借力了“天火11”發(fā)動(dòng)機(jī)的東風(fēng)，這款推力110噸的發(fā)動(dòng)機(jī)是國內(nèi)尺寸最大的*D打印金屬發(fā)動(dòng)機(jī)，*D金屬打印制成的零部件占到了總零部件的*0%以上，包括燃?xì)獍l(fā)生器、推力室等核心部件。

相較于傳統(tǒng)減材制造工藝，降低了*0%的成本，制造周期也壓縮到了原來的五分之一，而且部件精密度高，銜接咬合緊密，發(fā)動(dòng)機(jī)推質(zhì)比達(dá)到100以上，短周期、低成本、高質(zhì)量，這些都是商業(yè)航天從可能到現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)。

而這已經(jīng)不是*D打印第一次讓航天人驚喜，2020年馬斯克給出的獵鷹*單次商業(yè)報(bào)價(jià)就已經(jīng)低到了6*00萬美元的白菜價(jià)，要知道1*年之前，波音的德爾塔4重型運(yùn)載火箭的發(fā)射單價(jià)高達(dá)4億美元。

獵鷹的成功離不開Relativity Space自己開發(fā)的Stargate*D打印機(jī)，成功把Aeon1發(fā)動(dòng)機(jī)的零件從幾千個(gè)簡(jiǎn)化到百余個(gè)，制造周期從六個(gè)月壓縮到1個(gè)月，*D打印的工業(yè)化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳統(tǒng)航天手工作坊式制造的降維打擊。

不過*D打印并不是回到未來的技術(shù)，早在1**2年法國人Blanther提出用層疊成型的方法制作地圖沙盤，這一年可以看作增材制造技術(shù)元年，1*7*年東京大學(xué)的中川威雄發(fā)明疊層模型造型法，并且制造出了實(shí)用的注塑模等工具，1**4年美國人查爾斯·胡爾開啟了*D打印的商業(yè)化進(jìn)程，從此*D打印產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程開始狂飆。

《三體》的歌者文明用二向箔把地球從三維變成了二維，*D打印是讓模型從二維上升到三維。

我們熟知的打印是二維的，打印某個(gè)圖案，激光排版后覆蓋一層油墨，平面打印就算是完成了，可是如果按照?qǐng)D案要求，持續(xù)覆蓋多層油墨直到凸起，得到的就是立體圖案，把平面圖案換成立體模件，油墨換成特種材料，就可以簡(jiǎn)單理解為*D打印。

*D打印更準(zhǔn)確的叫法是增材制造，材料逐層累加形成所需要的形狀，傳統(tǒng)是依賴刨、磨、鉆等工具的將多余材料去除的減材制造，增材制造的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的一次成型，還能減少原料浪費(fèi)，更關(guān)鍵的是數(shù)字技術(shù)擺脫了對(duì)模具的依賴，縮短了設(shè)計(jì)驗(yàn)證周期。

模具被稱為工業(yè)之母，開模不僅成本高昂，精度要求高，樂高積木的精度來自丹麥先進(jìn)的精密機(jī)械加工，如果模具不符合產(chǎn)品要求就會(huì)完全失去經(jīng)濟(jì)價(jià)值，沉沒成本高昂，傳統(tǒng)模具制造需要經(jīng)歷從設(shè)計(jì)、加工到調(diào)整共計(jì)1*道程序，但是*D打印設(shè)計(jì)生產(chǎn)靈活，貼合模具多品種、小批量地生產(chǎn)特征，我們每天都喝的百事可樂，它包裝的模具使用傳統(tǒng)方法加工需要6周，成本1萬美元，*D打印只需要12個(gè)小時(shí)，成本**0美元。

模具市場(chǎng)的潛力不止于此，新能源汽車的迅速崛起，車型迭代快，模具復(fù)雜度高，模具需求穩(wěn)定，過去五年我國模具市場(chǎng)穩(wěn)定在*000億元上下，并且新能源多是國產(chǎn)品牌，模具訂單會(huì)大量沉淀在國內(nèi)，以寶馬、奔馳為代表的傳統(tǒng)汽車已經(jīng)廣泛采用了*D打印來開模，只要國內(nèi)*D打印供應(yīng)商技術(shù)到位，不愁拿不到訂單。

在軍工生產(chǎn)中，*D打印也在快速普及，尤其是我國空軍機(jī)隊(duì)迅速迭代，大批“7爺”需要迭代更新殲16甚至殲20，無人機(jī)機(jī)隊(duì)也在迅速擴(kuò)充，外貿(mào)動(dòng)力強(qiáng)勁，沙特、阿聯(lián)酋等中東國家已經(jīng)訂購了超過*00架翼龍無人機(jī)，翼龍包括電機(jī)冷卻管在內(nèi)的*個(gè)核心零部件是*D打印的手筆，輕量化、高原材料利用率以及靈活的生產(chǎn)計(jì)劃，完美適應(yīng)了昂貴同時(shí)數(shù)量有限的航空零部件生產(chǎn)特點(diǎn)，中信證券預(yù)計(jì)到2040年，軍工生產(chǎn)的市場(chǎng)規(guī)模大概在1.2萬億左右。

不只是工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品更是增長(zhǎng)潛力巨大，口腔醫(yī)療花費(fèi)驚人，種一顆牙的開銷高達(dá)*萬，以至于我國6*——74歲的老人里，缺牙率達(dá)到*6%，種植的假牙要緊密貼合人體軟硬組織，對(duì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的精度要求高，導(dǎo)致成本居高不下，*D打印可以結(jié)合患者口腔結(jié)構(gòu)生成數(shù)字模型，快速定制高精密義齒，可以大幅度降低種牙的成本，2021年全球口腔醫(yī)療市場(chǎng)1427億美元，而*D打印的滲透率不到2%，隨著*D打印產(chǎn)業(yè)化程度提高，Stratview 預(yù)計(jì) 2026 年全球口腔增材市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 *6 億美元。

增材制造便宜好用又靈活，美國人為了降低生產(chǎn)成本也把眼光投向了中國的*D打印，2022年6月美國北卡羅來納州的三家火箭公司將核心零部件交由中國*D打印制造，202*年*月全球*D打印龍頭企業(yè)*DSystems因?yàn)槲兄袊庸ざ孤睹舾袛?shù)據(jù)，被處以4*4萬美元的罰款，在生產(chǎn)價(jià)格上，同規(guī)格產(chǎn)品，美國*D打印打印零部件價(jià)格為1美元/克，中國則是1人民幣。

我們是世界工廠，但是擁有性價(jià)比最高的全工業(yè)體系，并不意味著全產(chǎn)業(yè)鏈條的技術(shù)自主，曾經(jīng)我國的*D打印也面臨被卡脖子的風(fēng)險(xiǎn)。

增材制造已經(jīng)是工業(yè)強(qiáng)國都希望搶占的科技高地，早在201*年11月，特朗普時(shí)期第一批出口限制清單的備忘錄里就看到了*D打印，同時(shí)期美國科學(xué)技術(shù)委員會(huì)發(fā)布的《先進(jìn)制造業(yè)美國領(lǐng)導(dǎo)力戰(zhàn)略》中就明確指出，增材制造是確保美國制造業(yè)先進(jìn)地位的的戰(zhàn)略技術(shù),歐盟也不落人后，第七框架計(jì)劃為60個(gè)*D打印項(xiàng)目提供了共計(jì)2.2*億歐元的資金支持。

打印材料和打印設(shè)備是*D打印最核心的內(nèi)容，增材制造，相當(dāng)于材料層疊并且迅速熔融燒結(jié)，對(duì)精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性要求很高，一般采用激光融化，常見的有選擇性激光燒結(jié)、選擇性激光融化等技術(shù)，成材種類多、產(chǎn)品用途廣，但是材料仍然是依靠粘合劑固定，無法制作關(guān)鍵的承重結(jié)構(gòu)，使用時(shí)間過長(zhǎng)后存在變形風(fēng)險(xiǎn)。

之后的選擇性激光融化技術(shù)直接對(duì)金屬粉末進(jìn)行高溫熔結(jié)，采用的激光束功率更高，成型的金屬部件致密度接近100%，抗拉性能甚至優(yōu)于鑄造部件，為了能夠打印尺寸更大的零部件，更新的定向能量積淀技術(shù)也出現(xiàn)了，不依賴惰性氣體壓力室，使得*D打印可以隨時(shí)進(jìn)行，設(shè)計(jì)自由度也更加靈活。

打印設(shè)備研發(fā)有門檻，但是我國起步并不晚，1**6年*D打印巨頭Systems的技術(shù)總監(jiān)就是中國留學(xué)生徐小曙博士，1**2年西安交大的盧秉恒教授首創(chuàng)了紫外光快速成型設(shè)備，但是美國產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程快，EOS等美國企業(yè)在專利壁壘的保護(hù)下，迅速對(duì)打印設(shè)備形成了壟斷，拿走了*D打印市場(chǎng)超過一半的份額。

主流技術(shù)的專利申請(qǐng)時(shí)間集中在1***年以前，按照20到*0年不等的專利保護(hù)時(shí)間，意味著*D打印設(shè)備的專利壁壘近些年會(huì)被正式打破，從2002年開始，22*項(xiàng)*D打印的專利到期，比如隨著FDM（燒融成型法）技術(shù)的解禁，F(xiàn)DM打印機(jī)打印機(jī)的價(jià)格降到了原來的十分之一。

并且涌現(xiàn)了大量新廠家，華曙高科、鉑力特等中資企業(yè)已經(jīng)抓緊入場(chǎng)，產(chǎn)業(yè)鏈條已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，憑借人類歷史上最大的工業(yè)國家所提供的市場(chǎng)，頭部企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)盈利，楚江新材憑借國際先進(jìn)的等離子制粉技術(shù)，打破國外壟斷，利潤(rùn)從2014年的0.*億飆升到201*年的4.0*億。

現(xiàn)在的主要問題回到了上游的原材料，增材制造對(duì)原材料性能要求高，全球化合物的種類有上億種，能夠用于增材制造的只有千余種，主要是金屬以及高分子粉末或者樹脂，在技術(shù)壁壘層面，金屬材料最難攻克，也是單價(jià)最高的大類原材料，2021年金屬粉末市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了4.7億美元，廣泛應(yīng)用于航天、醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)，使用數(shù)量最多的材料是高分子粉末，而光敏樹脂憑借留灰率低等優(yōu)點(diǎn)，在消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品的制造商有很大的應(yīng)用空間。

我國目前也是以非金屬材料為主，國產(chǎn)替代進(jìn)程比較順利，金屬材料方面，鉑力特現(xiàn)有年產(chǎn)能*00噸，并且有計(jì)劃擴(kuò)產(chǎn)近一倍，而非金屬材料則有華曙高科提供*00噸的年產(chǎn)能，威拉里的產(chǎn)量高達(dá)1000噸。

今非昔比，201*年美國人在討論是否限制*D打印出口，2020年中國商務(wù)部將*D打印列入禁止出口名單。

從專利來源看，截止到2021年，*D打印行業(yè)全球2*%的專利屬于中國，從201*年開始中國在*D打印領(lǐng)域的專利申請(qǐng)量超過了美國，2020年中國專利申請(qǐng)1**72件，美國則下降到了6**2件，美國的優(yōu)勢(shì)在于存量，長(zhǎng)期的科研積累的家底不可忽視，全球*D打印專利申請(qǐng)數(shù)量前十的單位中惠普和通用電氣位列榜首和探花，西安交通大學(xué)和華中科技大學(xué)在一眾企業(yè)中躋身而出，成為中國*D打印的技術(shù)領(lǐng)頭羊。

核心科技是買不來的，芯片產(chǎn)業(yè)的教訓(xùn)刻骨銘心，我國的*D打印能夠挺直腰板離不開盧秉恒，中國工程院院士，西安交大教授，中國*D打印之父。

“我想考北大，搞航天，今天回顧一下幸虧學(xué)機(jī)械制造”，那時(shí)候的大學(xué)生就是儲(chǔ)備干部，但是盧秉恒教授大學(xué)畢業(yè)后去工廠當(dāng)了五年的車床工人和六年的技術(shù)主任，就是這在工廠的十一年，讓盧秉恒教授對(duì)模具、機(jī)械和制造工藝產(chǎn)生了不一樣的體悟，不再是理論派，而是實(shí)干家。

博士畢業(yè)后出國學(xué)習(xí)交流，參觀汽車企業(yè)時(shí)，流水線上無數(shù)個(gè)機(jī)械臂沒有讓盧教授印象深刻，一臺(tái)*D打印設(shè)備卻引發(fā)了莫大的興趣，憑借著在工廠和高校搞了幾十年機(jī)械的敏銳直覺，盧教授認(rèn)為*D打印所代表的增材制造是對(duì)延續(xù)了上千年減材制造工藝的顛覆，中國必須要有自己的*D打印。

1**6年我國的外匯儲(chǔ)備只有20.*6億美元，而當(dāng)時(shí)引進(jìn)一個(gè)*D打印的激光器就要十幾萬美元，核心技術(shù)也買不來，盧秉恒教授牽頭從“0”開始，一步步探索科技原理，最終在1**7年制造出了中國自己的*D打印原型機(jī)。

二十年前，盧教授還在追趕國外的腳步，二十年后已經(jīng)開始引領(lǐng)增材制造的科技前沿，盧教授已經(jīng)不滿足*D打印，4D打印加入時(shí)間維度，也就是利用智能材料，打印出可以隨著時(shí)間變化的零部件，對(duì)于電流或者磁場(chǎng)等外界環(huán)境的變化會(huì)做出反應(yīng)，讓零部件變成活的；甚至于提出了*D打印的概念，打印出的部件不只是形狀變化，功能也會(huì)改變，典型的例子是人造器官，讓人造心臟、人造骨骼等可以和人這個(gè)有機(jī)體共生，成為人的一部分，盧教授好像不只是院士，更是一個(gè)魔術(shù)師。

中國人距離填飽肚子不過二十年，倉廩足而知榮辱，衣食足而知禮節(jié)，在過去我們沒有更多的精力去投入到科研當(dāng)中，所以過去的兩個(gè)世紀(jì)，能夠看到了科技突破幾乎都是外國人的名字，我們一直在追趕，現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展有錢給科學(xué)家了，2022年我國科研投入突破了*萬億，基礎(chǔ)科學(xué)、尖端技術(shù)乃至于產(chǎn)業(yè)化都需要時(shí)間才能看出成果。

從織毛衣到大飛機(jī)，中國的*D打印就是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的例子，起步階段抓住機(jī)會(huì)，并沒有落后太多，院士牽頭吃透科技原理，就等待著合適的市場(chǎng)需求爆發(fā)，甚至于*D打印設(shè)備禁止出口，輪到我們卡外國人的脖子了，我們也可以去做高端產(chǎn)業(yè)，去做高端品牌，吉印通202*一直在發(fā)生。