顛覆性技術(shù)3D打印 從五大方向改造世界

　　3D打印是啥技術(shù)

　　盧秉恒院士在第十八屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)暨特邀報(bào)告會(huì)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(shù)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(jīng)有3000年歷史了。一種是減材制造，車銑刨磨機(jī)床通過材料的切削去除，達(dá)到設(shè)計(jì)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(diǎn)一點(diǎn)地累加，形成需要的形狀，才30年的歷史。麥肯錫預(yù)測(cè)，12項(xiàng)顛覆性技術(shù)中，3D打印排第九，這是2013年的預(yù)測(cè)。而且預(yù)測(cè)今后將會(huì)形成萬億美元的產(chǎn)值。這樣一來，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打印帶來的改變

　　3D打印對(duì)產(chǎn)品開發(fā)是顛覆性的技術(shù)，使原來開發(fā)的周期和費(fèi)用降為原來的1/2以下，而且各個(gè)領(lǐng)域都有很好的應(yīng)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(jié)構(gòu)集成為一體，這樣一來，將會(huì)使飛機(jī)的重量大為減輕，甚至變?yōu)樵瓉淼?/3就夠了。而且在制造中，逐漸從研發(fā)實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證的一體化打印，走向我們向飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)這樣復(fù)雜的產(chǎn)品能不能一體化地打印。3D打印帶來的很多裝備和產(chǎn)品再設(shè)計(jì)，因?yàn)橛蛇@個(gè)制造的理念，擺脫了以前加工方法給設(shè)計(jì)者帶來的約束，給創(chuàng)新設(shè)計(jì)帶來非常巨大的空間。剛才講的那個(gè)例子，包括兩萬多個(gè)零件的汽車，也可能變成幾十個(gè)件，這樣一來，大大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)流程，節(jié)約了成本，也可能提高制造的速度。

　　為小朋友科學(xué)興趣打開一扇窗

　　在全國(guó)科普日上，陜西科技館帶來的3D打印筆一經(jīng)展出，就有著頗高的人氣。前來體驗(yàn)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(jiǎn)單，將耗材絲插入導(dǎo)入口，接通電源預(yù)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(jù)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(yàn)的家長(zhǎng)表示，很早就知道3D打印技術(shù)，想象中都是大型機(jī)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趣，還開啟了他們對(duì)科學(xué)的興趣。

　　3D打印在醫(yī)療中的使用

　　其實(shí)，3D打印已經(jīng)應(yīng)用到很多領(lǐng)域，比如用于醫(yī)療中。對(duì)于頜面缺失、顱骨缺失的患者來說，能夠?qū)⑷笔Р课煌昝缽?fù)原，將是最大的心愿。通過專業(yè)系統(tǒng)，采用數(shù)字化軟件設(shè)計(jì)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。患者只需提供CT片數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中，就可以對(duì)患者的缺失部位進(jìn)行復(fù)原，用3D打印技術(shù)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(duì)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(zhǔn)模型技術(shù)的成功，也為滿足相關(guān)醫(yī)學(xué)臨床要求提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。3D打印心臟立體精準(zhǔn)模型技術(shù)能夠準(zhǔn)確重現(xiàn)心臟所有腔室、瓣膜、腱索、乳突肌等重要解剖結(jié)構(gòu)，可有效輔助心臟手術(shù)規(guī)劃、預(yù)演和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避，緩解病患家庭負(fù)擔(dān)，有著重要的社會(huì)意義。

　　3D打印開辟新的生產(chǎn)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(fā)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jié)省燃油15%，這等于一代發(fā)動(dòng)機(jī)的概念。而每開發(fā)一代發(fā)動(dòng)機(jī)要上億歐元，如今一個(gè)噴嘴就解決了。3D打印同時(shí)開辟了一個(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(shè)計(jì)帶來了非常好的驗(yàn)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(shè)計(jì)新的服裝，可以設(shè)計(jì)新的飛機(jī)結(jié)構(gòu)，用自己的3D打印機(jī)在家里就可以進(jìn)行驗(yàn)證，這樣一來我們就可以有很多創(chuàng)新的東西不斷涌現(xiàn)，用網(wǎng)絡(luò)化平臺(tái)，用3D打印去支撐萬眾創(chuàng)新和萬家創(chuàng)業(yè)，是個(gè)非常好的工具。同時(shí)，也開辟了科研的新手段，就是用3D打印做材料基因組計(jì)劃的驗(yàn)證平臺(tái)，不需要那么復(fù)雜的熔煉設(shè)備，不需要消耗那么多能源，用一缸材料粉，就可以達(dá)到幾千攝氏度的高溫來冶煉出超高強(qiáng)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)一步通過細(xì)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(shè)想未來將出現(xiàn)5D打印

　　3D打印的趨勢(shì)正在從專業(yè)化走向社會(huì)化，從產(chǎn)品開發(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。現(xiàn)在甚至在設(shè)想，今后可能把制造業(yè)的一部分搬到太空中去，因?yàn)樵谔罩羞M(jìn)行3D打印有很多的優(yōu)勢(shì)優(yōu)點(diǎn)。

　　協(xié)同創(chuàng)新推廣先進(jìn)制造技術(shù)

　　現(xiàn)在3D打印正在處于技術(shù)發(fā)展的井噴期、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的起步期，很多企業(yè)都在跑馬圈地。怎么樣推廣這些先進(jìn)制造技術(shù)，盧秉恒說，我們中國(guó)制造2025正在進(jìn)行加緊推進(jìn)，但是我們要認(rèn)清有哪些優(yōu)勢(shì)、有哪些劣勢(shì)，我們要必須通過全社會(huì)的協(xié)同創(chuàng)新，才能做到中國(guó)制造2025規(guī)劃的宏偉藍(lán)圖。首先，要做好協(xié)同，例如我們科技研發(fā)的計(jì)劃，怎么樣很快地推新工業(yè)應(yīng)用，這就是一個(gè)牽引的問題。像高端數(shù)控機(jī)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(jī)會(huì)，總是找不到應(yīng)用方面去。像德國(guó)弗朗霍夫研究院方式非常好，經(jīng)費(fèi)的來源最后就走向政府、項(xiàng)目和企業(yè)委托各拿1/3，既體現(xiàn)了先進(jìn)的水平、國(guó)家的意志，又體現(xiàn)了市場(chǎng)的需求。而美國(guó)是利用它的網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá)、信息技術(shù)的發(fā)達(dá)，來做制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)。我們中國(guó)應(yīng)該是二者兼而有之，既有用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推廣擴(kuò)大，又要有自己的核心研發(fā)力量。