顛覆性技術3D打印 從五大方向改造世界

提到3D打印，大家都知道，它還有一個名字，增材制造。到底什么是3D打印，最早是什么時候提出來的？3D打印給制造業、給人們的生活帶來了哪些變化。

　　3D打印是啥技術

　　盧秉恒院士在第十八屆中國科協年會暨特邀報告會上說，3D打印的核心就是把原來的減材制造、等材制造變成材料增加型制造。從制造方式上看，制造技術可以分為三類。一種是等材制造，鑄、鍛、焊在制造過程中重量基本不變，已經有3000年歷史了。一種是減材制造，車銑刨磨機床通過材料的切削去除，達到設計形狀，已有300年的歷史。還有一種是增材制造，在制造過程中材料一點一點地累加，形成需要的形狀，才30年的歷史。麥肯錫預測，12項顛覆性技術中，3D打印排第九，這是2013年的預測。而且預測今后將會形成萬億美元的產值。這樣一來，3D不僅從概念上的三足鼎立，可能走上價值鏈的三分天下。

　　3D打印帶來的改變

　　3D打印對產品開發是顛覆性的技術，使原來開發的周期和費用降為原來的1/2以下，而且各個領域都有很好的應用。3D打印由于是把減材變成增材，在航空航天、很多大型柔性件，加工切削要95%的材料，如果用3D打印去做，材料的利用率提高到80%以上，而且可以把很多的結構集成為一體，這樣一來，將會使飛機的重量大為減輕，甚至變為原來的2/3就夠了。而且在制造中，逐漸從研發實驗中驗證的一體化打印，走向我們向飛機發動機這樣復雜的產品能不能一體化地打印。3D打印帶來的很多裝備和產品再設計，因為由這個制造的理念，擺脫了以前加工方法給設計者帶來的約束，給創新設計帶來非常巨大的空間。剛才講的那個例子，包括兩萬多個零件的汽車，也可能變成幾十個件，這樣一來，大大簡化了生產流程，節約了成本，也可能提高制造的速度。

　　為小朋友科學興趣打開一扇窗

　　在全國科普日上，陜西科技館帶來的3D打印筆一經展出，就有著頗高的人氣。前來體驗的小朋友將自己喜歡的模型親手打印出來，有漂亮的花蝴蝶、有眼鏡、還有自行車。操作非常的簡單，將耗材絲插入導入口，接通電源預熱，按下進絲按鈕，直到筆尖吐出熔融狀態的耗材時，就可以在紙上發揮自己的創意開始制作了。所需要的耗材絲也是無毒無味，小朋友都可以放心使用。根據孩子操作程度，打印一只蝴蝶或一副眼鏡最多需要10分鐘。帶著孩子來體驗的家長表示，很早就知道3D打印技術，想象中都是大型機器在操作，讓孩子實際操作有困難，3D打印筆不僅讓孩子們感受到它的操作樂趣，還開啟了他們對科學的興趣。

　　3D打印在醫療中的使用

　　其實，3D打印已經應用到很多領域，比如用于醫療中。對于頜面缺失、顱骨缺失的患者來說，能夠將缺失部位完美復原，將是最大的心愿。通過專業系統，采用數字化軟件設計和3D打印技術智造出完全符合每個病人生理解剖曲率的個性化骨骼。患者只需提供CT片數據，然后將數據輸入系統中，就可以對患者的缺失部位進行復原，用3D打印技術將患者缺損部位打印出來，精確度僅僅只相差0.02毫米，可以針對不同患者的需求進行私人定制。

　　由西安郵電大學獲悉，自動化學院創客空間研發的3D打印心臟立體精準模型技術的成功，也為滿足相關醫學臨床要求提供了堅實的技術保障。3D打印心臟立體精準模型技術能夠準確重現心臟所有腔室、瓣膜、腱索、乳突肌等重要解剖結構，可有效輔助心臟手術規劃、預演和風險規避，緩解病患家庭負擔，有著重要的社會意義。

　　3D打印開辟新的生產方式

　　盧秉恒舉例說明3D打印所帶來的革命性改變：2014年，GE公司研發的飛機發動機噴嘴，把20個零件做成了一個零件，材料成本大幅度減少，還節省燃油15%，這等于一代發動機的概念。而每開發一代發動機要上億歐元，如今一個噴嘴就解決了。3D打印同時開辟了一個新的生產模式，就是把批量化制造可能變成個性化定制，而且制造成本和周期都可能提升不多。同時，他為廣大的創新設計帶來了非常好的驗證手段，因此我們今后的創新工作者不再受單位工作職位的約束，它可以設計新的服裝，可以設計新的飛機結構，用自己的3D打印機在家里就可以進行驗證，這樣一來我們就可以有很多創新的東西不斷涌現，用網絡化平臺，用3D打印去支撐萬眾創新和萬家創業，是個非常好的工具。同時，也開辟了科研的新手段，就是用3D打印做材料基因組計劃的驗證平臺，不需要那么復雜的熔煉設備，不需要消耗那么多能源，用一缸材料粉，就可以達到幾千攝氏度的高溫來冶煉出超高強度、超高耐溫、超高韌性、超高抗蝕的一些優異的合金材料。同時，我們也可以進一步通過細胞打印、器官再創以及基因再創，用3D打印的辦法支撐生命科學的高速發展。

　　設想未來將出現5D打印

　　3D打印的趨勢正在從專業化走向社會化，從產品開發的工具，走向批量生產制造的手段，有可能在航空航天方面首先獲得突破。另外，從控形的制造走向控形控性，從3D打印走向4D打印，智能材料，打印之后還能改變形狀。5D打印，改變以后還可以賦予它生命，人體的活性器官可以用3D打印的辦法快速的定制。現在甚至在設想，今后可能把制造業的一部分搬到太空中去，因為在太空中進行3D打印有很多的優勢優點。

　　協同創新推廣先進制造技術

　　現在3D打印正在處于技術發展的井噴期、產業發展的起步期，很多企業都在跑馬圈地。怎么樣推廣這些先進制造技術，盧秉恒說，我們中國制造2025正在進行加緊推進，但是我們要認清有哪些優勢、有哪些劣勢，我們要必須通過全社會的協同創新，才能做到中國制造2025規劃的宏偉藍圖。首先，要做好協同，例如我們科技研發的計劃，怎么樣很快地推新工業應用，這就是一個牽引的問題。像高端數控機床做出來以后，還有一些問題，可靠性還不夠高，但是如果不給它機會，總是找不到應用方面去。像德國弗朗霍夫研究院方式非常好，經費的來源最后就走向政府、項目和企業委托各拿1/3，既體現了先進的水平、國家的意志，又體現了市場的需求。而美國是利用它的網絡的發達、信息技術的發達，來做制造創新網絡。我們中國應該是二者兼而有之，既有用網絡進行推廣擴大，又要有自己的核心研發力量。