顛覆性技術(shù)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(gè)名字，增材制造。到底什么是3D打印，最早是什么時(shí)候提出來(lái)的?3D打印給制造業(yè)、給人們的生活帶來(lái)了哪些變化。

　　3D打印是啥技術(shù)

　　盧秉恒院士在第十八屆中國科協(xié)年會(huì )暨特邀報告會(huì )上說(shuō)，3D打印的核心就是把原來(lái)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(shù)可以分為三類(lèi)。一種是等材制造，鑄、鍛、焊在制造過(guò)程中重量基本不變，已經(jīng)有3000年歷史了。一種是減材制造，車(chē)銑刨磨機床通過(guò)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(guò)程中材料一點(diǎn)一點(diǎn)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(shù)中，3D打印排第九，這是2013年的預測。而且預測今后將會(huì )形成萬(wàn)億美元的產(chǎn)值。這樣一來(lái)，3D不僅從概念上的三足鼎立，可能走上價(jià)值鏈的三分天下。

　　3D打印帶來(lái)的改變

　　3D打印對產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是顛覆性的技術(shù)，使原來(lái)開(kāi)發(fā)的周期和費用降為原來(lái)的1/2以下，而且各個(gè)領(lǐng)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(lái)，將會(huì )使飛機的重量大為減輕，甚至變?yōu)樵瓉?lái)的2/3就夠了。而且在制造中，逐漸從研發(fā)實(shí)驗中驗證的一體化打印，走向我們向飛機發(fā)動(dòng)機這樣復雜的產(chǎn)品能不能一體化地打印。3D打印帶來(lái)的很多裝備和產(chǎn)品再設計，因為由這個(gè)制造的理念，擺脫了以前加工方法給設計者帶來(lái)的約束，給創(chuàng )新設計帶來(lái)非常巨大的空間。剛才講的那個(gè)例子，包括兩萬(wàn)多個(gè)零件的汽車(chē)，也可能變成幾十個(gè)件，這樣一來(lái)，大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，節約了成本，也可能提高制造的速度。

　　為小朋友科學(xué)興趣打開(kāi)一扇窗

　　在全國科普日上，陜西科技館帶來(lái)的3D打印筆一經(jīng)展出，就有著(zhù)頗高的人氣。前來(lái)體驗的小朋友將自己喜歡的模型親手打印出來(lái)，有漂亮的花蝴蝶、有眼鏡、還有自行車(chē)。操作非常的簡(jiǎn)單，將耗材絲插入導入口，接通電源預熱，按下進(jìn)絲按鈕，直到筆尖吐出熔融狀態(tài)的耗材時(shí)，就可以在紙上發(fā)揮自己的創(chuàng )意開(kāi)始制作了。所需要的耗材絲也是無(wú)毒無(wú)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(zhù)孩子來(lái)體驗的家長(cháng)表示，很早就知道3D打印技術(shù)，想象中都是大型機器在操作，讓孩子實(shí)際操作有困難，3D打印筆不僅讓孩子們感受到它的操作樂(lè )趣，還開(kāi)啟了他們對科學(xué)的興趣。

　　3D打印在醫療中的使用

　　其實(shí)，3D打印已經(jīng)應用到很多領(lǐng)域，比如用于醫療中。對于頜面缺失、顱骨缺失的患者來(lái)說(shuō)，能夠將缺失部位完美復原，將是最大的心愿。通過(guò)專(zhuān)業(yè)系統，采用數字化軟件設計和3D打印技術(shù)智造出完全符合每個(gè)病人生理解剖曲率的個(gè)性化骨骼?；颊咧恍杼峁〤T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(jìn)行復原，用3D打印技術(shù)將患者缺損部位打印出來(lái)，精確度僅僅只相差0.02毫米，可以針對不同患者的需求進(jìn)行私人定制。

　　由西安郵電大學(xué)獲悉，自動(dòng)化學(xué)院創(chuàng )客空間研發(fā)的3D打印心臟立體精準模型技術(shù)的成功，也為滿(mǎn)足相關(guān)醫學(xué)臨床要求提供了堅實(shí)的技術(shù)保障。3D打印心臟立體精準模型技術(shù)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(shù)規劃、預演和風(fēng)險規避，緩解病患家庭負擔，有著(zhù)重要的社會(huì )意義。

　　3D打印開(kāi)辟新的生產(chǎn)方式

　　盧秉恒舉例說(shuō)明3D打印所帶來(lái)的革命性改變：2014年，GE公司研發(fā)的飛機發(fā)動(dòng)機噴嘴，把20個(gè)零件做成了一個(gè)零件，材料成本大幅度減少，還節省燃油15%，這等于一代發(fā)動(dòng)機的概念。而每開(kāi)發(fā)一代發(fā)動(dòng)機要上億歐元，如今一個(gè)噴嘴就解決了。3D打印同時(shí)開(kāi)辟了一個(gè)新的生產(chǎn)模式，就是把批量化制造可能變成個(gè)性化定制，而且制造成本和周期都可能提升不多。同時(shí)，他為廣大的創(chuàng )新設計帶來(lái)了非常好的驗證手段，因此我們今后的創(chuàng )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(jìn)行驗證，這樣一來(lái)我們就可以有很多創(chuàng )新的東西不斷涌現，用網(wǎng)絡(luò )化平臺，用3D打印去支撐萬(wàn)眾創(chuàng )新和萬(wàn)家創(chuàng )業(yè)，是個(gè)非常好的工具。同時(shí)，也開(kāi)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(lái)冶煉出超高強度、超高耐溫、超高韌性、超高抗蝕的一些優(yōu)異的合金材料。同時(shí)，我們也可以進(jìn)一步通過(guò)細胞打印、器官再創(chuàng )以及基因再創(chuàng )，用3D打印的辦法支撐生命科學(xué)的高速發(fā)展。

　　設想未來(lái)將出現5D打印

　　3D打印的趨勢正在從專(zhuān)業(yè)化走向社會(huì )化，從產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的工具，走向批量生產(chǎn)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?，F在甚至在設想，今后可能把制造業(yè)的一部分搬到太空中去，因為在太空中進(jìn)行3D打印有很多的優(yōu)勢優(yōu)點(diǎn)。

　　協(xié)同創(chuàng )新推廣先進(jìn)制造技術(shù)

　　怎么樣推廣這些先進(jìn)制造技術(shù)，盧秉恒說(shuō)，我們中國制造2025正在進(jìn)行加緊推進(jìn)，但是我們要認清有哪些優(yōu)勢、有哪些劣勢，我們要必須通過(guò)全社會(huì )的協(xié)同創(chuàng )新，才能做到中國制造2025規劃的宏偉藍圖。首先，要做好協(xié)同，例如我們科技研發(fā)的計劃，怎么樣很快地推新工業(yè)應用，這就是一個(gè)牽引的問(wèn)題。像高端數控機床做出來(lái)以后，還有一些問(wèn)題，可靠性還不夠高，但是如果不給它機會(huì )，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(jīng)費的來(lái)源最后就走向政府、項目和企業(yè)委托各拿1/3，既體現了先進(jìn)的水平、國家的意志，又體現了市場(chǎng)的需求。而美國是利用它的網(wǎng)絡(luò )的發(fā)達、信息技術(shù)的發(fā)達，來(lái)做制造創(chuàng )新網(wǎng)絡(luò )。我們中國應該是二者兼而有之，既有用網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行推廣擴大，又要有自己的核心研發(fā)力量。