英國科學(xué)家打印出了“終結(jié)者機械手臂”；日本年度預(yù)算申請支持3D打印金屬產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)；3D打印讓法國病人重獲鼻子……。如果你與人聊天談?wù)?D打印，請注意及時儲備談資，因為網(wǎng)上有關(guān)此話題的更新，以小時為單位。
近日，主題為“我國3D打印技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢”的西苑沙龍在京舉行。國內(nèi)外著名大學(xué)、研究機構(gòu)及產(chǎn)業(yè)界的院士、專家、學(xué)者與企業(yè)家代表，各陳所學(xué)，互動交流。
一幅針對3D發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用需求的立體圖景被還原出來。
解讀3D打印身份
3D打印“材料疊加”的核心制造思想起源于美國。一個名叫Carlo Baese的人，在其研究專利提出，用光敏聚合物制造塑料件。這是很早以前的事了，早到1902年。
你聽說過“增材制造”嗎？
就像你可能不知阿爾茨海默病就是老年癡呆一樣，3D打印其實是一個通俗、形象的概念，在學(xué)術(shù)界一般被稱為増材制造、堆積制造、增量制造或快速原型制造。現(xiàn)在，這一技術(shù)是指基于離散材料逐層堆積的成形原理，依據(jù)產(chǎn)品三維CAD模型，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將特制材料逐層堆積固化，制造出實體產(chǎn)品的數(shù)字化制造技術(shù)。
這是一項融合了計算機軟件、材料、機械、控制、網(wǎng)絡(luò)信息等多學(xué)科知識的綜合性系統(tǒng)性的技術(shù)。從原理上來講，整個過程一般包括五個環(huán)節(jié)：一是產(chǎn)品三維建模，二是層片數(shù)據(jù)生成與傳輸，三是能束逐層掃描材料，四是材料熔化，五是材料逐層疊加。
根據(jù)采用工藝裝備和材料的不同，3D打印技術(shù)大致可以分為粉末材料高能束燒結(jié)或熔化成形、絲狀材料熔融沉積（FDM）、液態(tài)樹脂固化成形、液體噴墨打印成形幾類。
3D打印的三大“舞臺”
“如果真的是（有用），那我的”郭“字倒過來寫。”制造業(yè)大佬、鴻海董事長郭臺銘在今年6月底如是評價3D打印技術(shù)。當(dāng)然此言本質(zhì)上并不是否定該技術(shù)，其企業(yè)30年前就在使用3D打印機，只是至今這項技術(shù)都無法幫助其大量生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品—現(xiàn)代汽車或家電都是在流水線上誕生，目前我們還不能指望打印機取代流水線。
3D打印當(dāng)然有著大顯身手的舞臺，首先是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的快速制造，理論上只要能設(shè)計出三維結(jié)構(gòu)模型，我們就可以在無需刀具、模具及復(fù)雜工藝條件下快速地將設(shè)計變?yōu)閷嵨?；二是個性化定制，3D打印非常適合個性化定制生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)以及產(chǎn)品定型之前的驗證性產(chǎn)品制造；三是3D打印技術(shù)目前主要適用于高附加值產(chǎn)品制造、個性化產(chǎn)品以及產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)前的研發(fā)與設(shè)計驗證等環(huán)節(jié)的制造。
應(yīng)用領(lǐng)域擴大 從高端走向普及
上世紀(jì)90年代是3D打印技術(shù)蓬勃發(fā)展時期，至少有十幾種新工藝和新系統(tǒng)設(shè)備先后面世，但其大紅大紫還是在奧巴馬提出振興制造業(yè)的戰(zhàn)略之后。
這一速度的發(fā)展之快，受關(guān)注之高，從頻頻見諸媒體就可感受到。它的發(fā)展也是體現(xiàn)在這一行業(yè)的各個環(huán)節(jié)和層面。
首先是從快速原型、工藝輔助等間接制造向零部件直接制造轉(zhuǎn)變。近年來，利用粉末材料的3D打印技術(shù)成為零部件直接制造領(lǐng)域的研究熱點和前沿。其中，利用小功率激光器和粉床工藝的選擇性激光熔化技術(shù)（SLM技術(shù)）設(shè)備才出現(xiàn)兩三年，但已經(jīng)在鈦合金、鎳基高溫合金等特種合金零件的快速制造方面顯示出了強大的技術(shù)優(yōu)勢。美國AeroMet公司使用LENS技術(shù)制造的次承力結(jié)構(gòu)件在F-18戰(zhàn)斗機上實現(xiàn)了裝機應(yīng)用。
接下來是多學(xué)科交叉融合發(fā)展，3D打印應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。3D打印與生物學(xué)科、信息學(xué)科、材料學(xué)科交叉融合為3D打印技術(shù)提供了更為廣闊的發(fā)展空間。3D打印技術(shù)與生物工程的結(jié)合已成功應(yīng)用于人體器官的再制造。三是3D打印裝備向產(chǎn)品化、系列化和專業(yè)化方向發(fā)展。制件成形精度和效率提高是產(chǎn)品化、系列化和專業(yè)化發(fā)展的目標(biāo)。
第四是形成了相對完整的3D打印制造產(chǎn)業(yè)鏈，并形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場銷售。歐美國家已經(jīng)形成了包含材料制備、相關(guān)軟件、工藝、裝備、管理、創(chuàng)意服務(wù)和應(yīng)用等相對完整的產(chǎn)業(yè)鏈。據(jù)《Wohlers Report 2010》統(tǒng)計，3D打印應(yīng)用領(lǐng)域包括消費產(chǎn)品/電子產(chǎn)品行業(yè)、汽車行業(yè)、醫(yī)療/牙科行業(yè)以及航空航天、建筑等行業(yè)。據(jù)預(yù)測，到2025年，3D打印技術(shù)潛在的經(jīng)濟影響將達(dá)到2300—2500億美元。
與我們生活最相關(guān)的是，3D打印裝備從高端型走向普及型。低端3D打印裝備銷量的急劇增加促使了3D打印裝備總銷量的快速增長，也說明了3D打印制造裝備從高端型向普及型快速轉(zhuǎn)變。現(xiàn)在在淘寶網(wǎng)上，最便宜幾千元就可以買到一部3D打印機。如果你迫不及待想試試打印出自己設(shè)計的模型，可以考慮購買一臺。
我國與國外基本同步
我國自上世紀(jì)90年代初，便在國家自然科學(xué)基金委和國家科技部的支持下開始研究該項技術(shù)，相比較其他制造領(lǐng)域，我國3D打印技術(shù)與國外基本上同步啟動、同步發(fā)展。
特別是在科技部多個五年計劃的持續(xù)支持下，華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等一批科研院所開展了幾乎所有主流的3D打印技術(shù)研究，研發(fā)出一批3D打印裝備，建立了兩個國家重點實驗室、1個國家工程中心，以及若干生產(chǎn)力促進中心，在航空、汽車、生物、電子等行業(yè)進行應(yīng)用驗證，為持續(xù)研究與應(yīng)用推廣打下了良好的基礎(chǔ)。
另外，神龍汽車、長安福特、奇瑞汽車、廣西玉柴機器有限公司、東風(fēng)汽車公司等一批企業(yè)則利用3D打印技術(shù)于多種零部件和產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)和生產(chǎn)應(yīng)用中。
未來5年，我國可重點圍繞高端工業(yè)產(chǎn)品和大眾個性化消費產(chǎn)品兩大類對象，加強3D打印有關(guān)的基礎(chǔ)理論與成形微觀機理、設(shè)計方法、關(guān)鍵工藝技術(shù)研究，高性能高精度高效率工藝裝備研制，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定。專家視點
盧秉恒 中國工程院院士、西安交通大學(xué)機械學(xué)院院長、教授：
我國的3D打印技術(shù)進步很快，但仍然落后于歐美，而落后的原因并不是研發(fā)時間晚了幾年。國內(nèi)企業(yè)在研發(fā)上投入少、底子薄、資金少，制約了研發(fā)投入。此外，政府的支持力度也不夠。
國內(nèi)3D打印技術(shù)雖然科研水平已位居世界前列，但在工藝裝備、工程應(yīng)用方面還有很大的發(fā)展空間。為此，我國3D打印技術(shù)需要制定技術(shù)發(fā)展路線圖，規(guī)劃基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)化、工程應(yīng)用的發(fā)展路線，從而使其真正產(chǎn)業(yè)化。
宋天虎 中國機械工業(yè)聯(lián)合會副會長、教授級高工：
3D打印存在五個問題有待解決。
第一個，怎么檢測。要作為產(chǎn)業(yè)，沒有一個通用的檢測方法可能不行；第二個，性能的穩(wěn)定性也需要檢測；第三個，尺寸精度也有待提高；第四個，組織結(jié)構(gòu)需要研究；第五個，效率問題。#p#分頁標(biāo)題#e#
未來的增材制造要向著成形過程的仿真，過程監(jiān)控與問題智能處理方向的發(fā)展很有必要，國外也在這方面開始著手了。
楊海成 中國航天科技集團總工程師、北京神舟航天軟件技術(shù)有限公司董事長：
3D打印制造應(yīng)該是一個典型的數(shù)字化制造技術(shù)，當(dāng)然包括材料，當(dāng)然也包括裝備，也包括工藝，但是的的確確為什么國外叫3D打印，因為突出了數(shù)字制造的體系和概念。以3D打印制造技術(shù)為代表的數(shù)字化制造技術(shù)將對產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝、制造裝備及生產(chǎn)線、材料制備、相關(guān)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、制造企業(yè)形態(tài)乃至整個傳統(tǒng)制造體系產(chǎn)生全面、深刻的變革。王華明 北京航空航天大學(xué)材料加工工程及自動化系教授：
增材制造技術(shù)最近很“熱”，需要科學(xué)地、理性地對待。增材制造只是制造技術(shù)大家庭一個成員而已，實際上裝備制造不可能依賴一種技術(shù)。制造技術(shù)體系完整，減材制造不是說傳統(tǒng)制造，其實傳統(tǒng)制造技術(shù)非常地多。增材制造與減材制造并不是對立的事情，增材制造產(chǎn)品需要后續(xù)少量的減材加工。增材制造不可能顛覆或取代減材制造。
史玉升 華中科大材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長、教授：
我們認(rèn)為3D打印存在以下瓶頸問題。粉末材料，材料已經(jīng)成為增材制造的主要瓶頸問題，如何制備這樣的材料有很多困難。第二，裝備的精度和效率。第三是，成本，現(xiàn)在裝備一買幾百萬，上千萬，成本太高了。再者是成形工藝，除了本身的增材制造成形工藝，也要考慮和傳統(tǒng)的工藝相結(jié)合，結(jié)合后將發(fā)揮傳統(tǒng)和增材制造的優(yōu)點。表面質(zhì)量、微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能控制都是3D打印技術(shù)亟待解決的關(guān)鍵問題，特別是標(biāo)準(zhǔn)制定。
張正文 英國?？巳卮髮W(xué)教授、重慶大學(xué)特聘教授：
3D打印是個交叉學(xué)科，也就是設(shè)備難以提高的原因可能跟工藝有關(guān)系，但工藝提高可能跟材料有關(guān)系。怎么利用我們國家的市場優(yōu)勢，主導(dǎo)國際工藝鏈的形成過程，爭取在國際產(chǎn)業(yè)鏈形成過程中，我國占據(jù)高附加值的部分。第三，軟件，比如多孔結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計軟件，將來的軟件是不是跟它的一樣？這幾個方面都得需要去加強。
孟光 上海航天局副局長：
應(yīng)該處理好五個關(guān)系。第一個傳統(tǒng)設(shè)計制造與3D打印制造的關(guān)系。第二個，大規(guī)模制造與個性化制造的關(guān)系。將來僅僅是單件小批量，還是停留在很小的層面。第三個，政府和市場的關(guān)系。如果這個問題現(xiàn)在不考慮清楚，將來會帶來另外的問題，完全靠市場拉動是很困難的，包括現(xiàn)在電動汽車的模式。第四個，裝備和產(chǎn)品，硬件和軟件的關(guān)系。我覺得在關(guān)心3D打印制造裝備的同時，應(yīng)該關(guān)心滿足3D打印需求的材料的制備裝備，包括鈦合金的粉末，均勻性、一致性各方面的要求，這種裝備的制造。另外要關(guān)心軟件。第五個，制造模式、商業(yè)模式與產(chǎn)業(yè)模式的關(guān)系?！∵B寧 南京紫金立德電子公司總經(jīng)理：
3D打印技術(shù)現(xiàn)在在我國層面上，在高層規(guī)劃過程中間，很重要的一點是要加強正確的宣傳和引導(dǎo)?，F(xiàn)在有些媒體的一些報道、宣傳已經(jīng)過頭了，甚至于可以講是胡說八道，還是應(yīng)該抱著科學(xué)合理冷靜的觀點來看待3D打印技術(shù)，然后要促進技術(shù)人員到研發(fā)人員，更多更好地了解、認(rèn)識3D打印技術(shù)，讓他們更快地接受3D打印技術(shù)，來促進他們思想觀念的轉(zhuǎn)變以至引起導(dǎo)致他們工作方式方法的改變。
姚山 大連理工大學(xué)材料工程系教授：
3D打印應(yīng)該能對鑄造這個典型的基礎(chǔ)行業(yè)產(chǎn)生非常大的影響，而且通過先進鑄造技術(shù)的研發(fā)，對其他行業(yè)，比如模具加以推動?，F(xiàn)在的玻璃模具很多都源于鑄件，毛坯都是鑄件，為了做出鑄件首先要先做一個獲得砂型的鑄造模具，有了3D打印就可以不再做這個模具，直接打印鑄型，然后通過精加工就可以制得玻璃模具。3D打印現(xiàn)在社會上炒得過熱、過高，但實際上落地需要和各種技術(shù)相結(jié)合，例如最基礎(chǔ)的鑄造，幾千年的鑄造和二十年的3D打印結(jié)合起來做，可能做得很好。
李冬茹 機械聯(lián)合會副秘書長、研究員：
當(dāng)然從工業(yè)領(lǐng)域來，對3D打印或者增材制造有幾個疑慮，第一個疑慮，通過這種工藝生產(chǎn)出來的東西，比如某一個零件，它跟傳統(tǒng)制造的零件，特別是內(nèi)在力學(xué)上有什么樣的相同和不同，感覺拿出來的實驗數(shù)據(jù)不足，不足以讓產(chǎn)業(yè)界放心。第二個，效率問題、精度問題、成本問題，工業(yè)界應(yīng)用很多的問題是成本問題。比如精度問題，一開始做汽車模具的時候，效率比起來雖然可以根據(jù)新產(chǎn)品開發(fā)做模具，但是當(dāng)時高速加工技術(shù)的發(fā)展，很快就把剛剛冒頭的汽車模具形勢壓下去了，不斷地在發(fā)展。現(xiàn)在在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，確實都存在這個問題?，F(xiàn)在大家看到主要的研究還是在學(xué)校為主，怎么能在一兩個行業(yè)，在工業(yè)領(lǐng)域有所突破，使它更快速的發(fā)展，這是很核心的問題。
馮濤 北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司總經(jīng)理：
對企業(yè)來說，做基礎(chǔ)裝備來說，和國際上相比，如果科研做開發(fā)，說是創(chuàng)新還是補課，從國家的現(xiàn)狀來說，更多的還是補課的問題，如果基礎(chǔ)達(dá)不到，很多創(chuàng)新可能做不到。補課方面，我們和國際相比，幾個方面都是落后的，比如精度，明顯地和國外的有較大差距。趙吉賓 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所裝備制造技術(shù)研究室主任、研究員：
大家多說在美國、歐美非常地?zé)?，或者產(chǎn)業(yè)做得比較少，我們國家雖然炒的比較熱，但真正的需求并不是很旺盛。歐美人比較注重自己動手，動手能力比較強。像歐美的家庭里有一個小的工作作坊，小車間，都喜歡自己動手做一些東西，但中國人的家庭里很少。還有文化理念的問題。
黃田 天津大學(xué)機械學(xué)院院長、教授：
我有兩個建議：第一個，在技術(shù)層面，特別是高精尖的，它的性能、內(nèi)在質(zhì)量，國家應(yīng)該投入錢來做這方面的研究。第二個，這個東西肯定不是萬能的，從其他方面來講，它肯定是制造，制造技術(shù)是多樣性的東西，這種3D打印技術(shù)對于某一些構(gòu)件要分分類，特別突出的需要去攻克哪些問題，也并不是什么都能替代。所以這個東西在什么場合，對什么類型的產(chǎn)品適用，針對不同的問題可能有不同的答案。
劉繼紅 北京航空航天大學(xué)機械工程及自動化學(xué)院教授：
我主要提兩個問題： 第一個，令我也一直困惑的是我們到底是否準(zhǔn)確地把握住了美國重新提出3D打印的真實意圖？第二個，3D打印到底定位是在哪里？補課還是超越，如果僅僅是補課，我想我們已經(jīng)補了或者跟了二十多年，如果是超越，我們到底在哪幾個方向超越，這實際上牽扯到我們在發(fā)展方向上，五年、十年甚至二十年的發(fā)展目標(biāo)是什么。
邵新宇 華中科技大學(xué)常務(wù)副校長、教授：
不管現(xiàn)在認(rèn)不認(rèn)可3D打印，是否代表第三次工業(yè)革命或者就是第三次工業(yè)革命的核心技術(shù)，我們不去爭論它，但至少要高度重視。因為它所帶來的一種關(guān)鍵技術(shù)乃至于將來產(chǎn)業(yè)變化核心是越來越明顯的，或者潛力是無限的，因此，要高度重視。#p#分頁標(biāo)題#e#
從國家戰(zhàn)略規(guī)劃層面來看，的確要重視這塊，相關(guān)資源整合起來，比如相關(guān)的基金委在關(guān)注，科技部在關(guān)注，工信部也會談到這塊。要把相關(guān)的資源整合起來，尤其是政府層面。
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