3D打印技术能否推动制造业转型发展

　　2012年12月9－10日，亚洲制造业协会主办的第六届亚洲制造业论坛年会在北京成功举行，全国政协副主席张梅颖、全国政协副主席厉无畏、工业和信息化部副部长苏波、国务院国资委副秘书长郭建新、工信部政策法规司司长郭福华、工信部原材料司副司长潘爱华、中国3D打印技术产业联盟理事长王华明、英国增材制造联盟主席格瑞汉姆·卓曼等400多位嘉宾和来自世界各地的知名企业家出席。

　　本次年会围绕“全球经济复苏与制造业转型发展”展开深入讨论，并开辟了“3D打印技术”、“海洋工程装备”、“机器人与智能装备”、“新材料与智能材料”、“连线美国国会资深议员”、“中欧对话”等专题论坛。现将年会嘉宾的主要观点选登如下，供各位会员企业参考：

　　中国3D打印技术产业联盟理事长、北京航空航天大学教授王华明：

　　今年，美国总统奥巴马宣布了重振美国制造业计划－成立国家制造创新网络，成立了国家增材制造创新研究院，联邦政府投资3000万美元，企业投资4500万美元，主要由联邦政府负责管理和组建，是一个产学研结合的机构，美国的做法引起了全世界的广泛关注。增材制造从分类上来说，是两大类，一类就是原型制造，快速成型，成型出来一个模样，再把它翻成一个金属零件，这个零件从80年代中期开始，现在扩展到更多领域。另外一个是做高性能的金属零件直接制造，这个从90年代初开始，难度比较大。快速原型制造的方法，应该说这是大家都知道的3D打印，这应该是1986年MIT发明的方法，叫3D打印。第二类，就是高性能金属结构件的直接制造，主要用高功率的激光束或者是高功率的电子束对粉末丝材进行熔化，往上堆积，应该说这是它的一个主要方法。到现在为止，大家见到的都是做小的居多，做大的难度还会非常大，这可能是增材制造发展的方向，也是一个难点。高性能难加工的金属大型复杂结构件激光直接制造，就是用高功率的激光或者是高功率的电子束对材料进行熔化，展现出一个毛坯。利用增材制造技术，不再需要模具等，有很多优点。从这个意义上来说，确实是一种带有变革性的，短流程、低成本的数字化制造技术。到现在为止像钛合金这种技术还没有取得突破，关键在于热应力太大，凝固会收缩，体积收缩就带来非常大的应力。最终结果就是热应力太大，要做大零件就非常困难。第二个难题是冶金过程复杂，焊接过程是很难控制的过程，所以带来的结果是力学性能不行，性能不行的结果就是关键结构件没法用。增材制造不是要取代传统制造，每一种技术都有各自的优势。

　　英国增材制造产业联盟主席格瑞汉姆·卓曼：

　　增材制造能够减少对于工具、模具等的需求，它生产的规模是非常小的，生产量可能只是一件，它能够简化供应链，能够减少在初始投资的规模。增材制造的生产能够使得非常复杂的几何图形很快实现，可以生产部件，将它作为一个组装好的不需要再进行进一步的组装，可以将几何形状进一步优化，而且能够在内部和外部进行更好的改进，而且，还可以做客户化的定制产品，增材产品的生产。在医药行业比如说做这些塑料、整形等等，都是根据客户的需求来定制的。增材能够有新的业务和供应链模式，能够减少运输，而且生产和消费者离得也非常近。材料是当前最大的挑战，尤其是在早年，有一些材料会出问题，有一些材料悬挂太久它会断掉。现在我们知道怎么样选择更好的材料，理解材料的特性，材料特性被看作非常重要的一点，尤其是如果我们想把这些材料用于航空业的话，就更重要的。

　　中国3D打印技术产业联盟首席顾问、清华大学教授颜永年：

　　3D打印技术按材料分，可以分成三个方面。第一，非金属和非生物材料，这个材料既不是生物材料，也不是金属材料。第二是金属材料，第三部分就是生物材料。从制造科学的角度来讲，具有生物相容性材料，把这些材料进行3D打印，我们可以说就是生物材料的3D打印，是生命体的人工制造。可以把生物制造分成三个大的方面，第一个方面是生物质，就是利用生物的过程酿酒，我们吃的酱豆腐等等，都是生物过程，它也是生物制造的一部分。仿生制造，就是模仿自然界的很多现象或 是结构来制造。第三是生物体制造，生物体制造又分三个层次，假体的制造，细胞三维间接组装制造和细胞三维的直接制造。现在还有很多学者把生物制造还限定在生物质制造，我觉得很遗憾，生物制造应该跳出生物质的范围，它应该更扩大。第二是仿生制造，这是生物制造重要的组成内容之一，研究生物体和生命系统的行为、结构、机构等等，提出新的创造性的构想和原理。仿生制造应该可以说是最重要的科学原理之一。第三个层次，就是生物体，或者我们叫生命体，具有生命的物体人工制造。生命这个词实际上我们不是探讨它本身哲学上的和生物学上的意义，具有生命的结构体。人类在探索自然之谜的同时一直在关注我们人类自己，我们从没有放弃对人体结构的剖析，企图修复损伤的组织，是否有一天人体的器官人工制造成为可能。生物制造是一个很新的学科，涉及到生物学、制造科学特别是3D打印，从宽泛的定义，包括了生物质制造、仿生制造和组织器官的制造，涉及到生物学、医学、制造科学和技术均可视为生物制造。生物制造从生物质制造发展到仿生制造到生命体的制造，包括组织器官这种广义的生物制造，是学科交叉、融合发展，以及健康产业在国民经济中比重增加的直接结果。上世纪80年代出现的组织工程由于和3D打印的结合，拓宽延伸到不同的领域里去，它是细胞生物学、材料科学和制造科学的最新交叉融合。

　　亚洲制造业协会首席执行官、中国3D打印技术产业联盟副理事长兼秘书长罗军：3D打印技术最核心之处就是对传统的生产方式和生产工艺的一次重大变革，传统的生产方式不能生产或者很难生产出来的产品，通过3D打印技术（增材制造）就很容易生产出来，材料的利用率一般保持在95％左右。但是，3D打印技术作为一项新兴技术并不可能完全代替传统的生产制造方式，而传统制造方式也不会被淘汰。小型的金属零部件不可能产业化，产业化的东西还要靠传统的方式成本更低、效率更高。至于3D打印技术是否能够推动第三次工业革命，我们认为目前还不好判断，因为我们对3D打印技术的认识和运用还处于起步阶段。而第三次工业革命，其实早就从互联网革命开始了，只是大家对互联网的认识和运用还处于一个较低的水平，相信在未来二三十年，当互联网产业发展到一定高度以后，人们会对互联网推动第三次工业革命将会有非常清晰的认识。当前，我们应大力推动3D打印技术与传统制造业的结合，使技术与市场尽快联动起来，任何一项新兴技术只有在实践中得到广泛应用，也就是产业化之后，才能使这个技术快速成熟起来。科研机构和企业只是若干个点，没有一个平台让他们形成一个面来深化对话交流，并让社会所熟知，更缺乏与市场的结合，这就是我们发起成立中国3D打印技术产业联盟的目的所在。

　　　中国3D打印技术产业联盟副理事长、南京紫金立德电子有限公司总经理连宁：3D打印技术是比较成熟的技术，我们用的工程塑料薄膜，技术已经掌握了。3D打印技术是在个性化制造、小批量、多品种，以及高难度、形状复杂的零部件制造方面，有它独到的优势。但是随着我们装备技术的发展和材料技术的不断进步，在未来，3D打印技术必将对整个社会结构、经济组织结构、人们的生活方式、工作方式产生根本性的推动。3D打印技术未来的发展，很重要的就是要在应用材料上要有大的突破，能不能做出生物医学的薄膜材料，或者其他集中需求的薄膜材料，用这种比较成熟的技术，3D打印机将来的应用前景应该更加宽广。80年代初期，一台微型计算机在我们国家至少是四万多块钱，但是80年代末、90年代初我们已经有相当多老百姓家庭有了微型计算机，只不过不是笔记本。现在再看看，计算机早就进入家庭。未来一体化的打印机不一定就不能遍及千家万户，但是80%以上的家庭肯定都有这样的机器，因为他可以把个性化、自己想要的东西在很短时间内打印出来。

　　中国3D打印技术产业联盟理事、北京隆源自动成型系统有限公司总经理冯涛：3D打印，从技术上来说是革命性的，任何革命性的技术肯定要带来生产方式的变革。3D打印是一个通俗的提法，和以前MIT申请专利不是一个概念，现在的3D打印只是为了通俗易懂，所以叫三维打印。从学术上，从美国标准来说，它叫增材制造，但是增材制造的范围应该更广。比如我们所说的增材制造可能是离散型的，一点一滴的这么去做出来的。现在有的比如说飞机的涡轮盘，外头的叶片是焊上去的，一个个叶片是分开做的，中间的盘体也是传统办法做的，怎么给它组成一个涡轮盘，怎么把这个叶片给精确的焊上去，这个也是广义的增材制造。3D打印的提法在某种角度上叫“增材制造”，更科学、范围更广一些。随着新产品开发的量越来越多，这个市场会扩大，我们在航空领域，像一些直升机的发动机，现在已经在用这种方法进行生产。

　　　中国3D打印技术产业联盟理事、无锡飞而康快速制造有限公司副总经理王安琪：有关3D打印技术，尤其是金属材料这块，之前我认为技术问题可能解决得不是很好，所以说在材料性能、数据积累上，全世界都属于非常匮乏的状态。尤其是这种技术大家用得比较广的是钛合金等贵重材料，这些材料的数据积累相对较多。像铝合金之类，跟它们相比算是比较便宜的材料，所以第一是数据积累不多。第二，到目前为止，我知道的数据来看，它通过3D打印出来的结构，因为它的熔融效应，跟传统的铸造效果是不一样的。你如果通过导热效应我觉得结构设计更重要，而不是说晶体结构会对这个产生多大的影响。适用在发动机燃烧匣上的东西，很小，我们只是当一个样品在做，直径可以做到250毫米，对一些小型的机器我们认为是够的。剩下一些领域，包括滤网结构、流道结构、叶片结构等等，其实这个技术还有一个用得非常广的地方是在生物材料上，尤其是在像比如说固定骨头使用的螺钉，颅骨修复、人工假体等等，第一它可以非常真实的根据你的CT数据把你的骨头重建出来，而且它的细微结构可以完全模仿骨骼的结构。第二，它可以通过细胞在材料表面附着机理的研究进行细胞表面工程化，从而控制表面空隙率、空隙流向、结构等等，这样可以选择性的细胞附着，这是很多传统工艺达不到的。