近日，中國科學(xué)院科研人員在瑞士利用歐洲失重飛機，成功完成了微重力環(huán)境下陶瓷材料立體光刻成形技術(shù)試驗，為我國空間站、深空探索等任務(wù)中實現(xiàn)“太空3D打印”拓寬了技術(shù)路線。這是團隊成員完成飛行任務(wù)后合影留念。 (新華社發(fā))

大批傳統(tǒng)制造企業(yè)紛紛進入3D打印領(lǐng)域——3D打印從概念走向應(yīng)用

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英國紐卡斯爾大學(xué)近日宣布，研究人員通過干細胞中提取研發(fā)的“生物墨水”，利用3D打印技術(shù)打印出了世界首個人工角膜。無獨有偶，荷蘭埃因霍溫市也宣稱，正著手運用3D打印技術(shù)建造5棟混凝土房屋，建成后將成為全球首批可正式用于居住的3D打印房屋——3D打印再次迎來發(fā)展的春天

“隨著HP(惠普)、GE(美國通用電氣)、西門子、霍尼韋爾等一大批傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)進入3D打印領(lǐng)域，未來幾年，3D打印的優(yōu)勢將集中爆發(fā)。不過，表面的喧囂并不能掩蓋我國缺乏核心技術(shù)、核心產(chǎn)品、核心服務(wù)的事實。”中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長羅軍表示。

速度和成本是關(guān)鍵

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3D打印是否具有持久的生命力主要取決于兩方面，一是成型速度，二是成本。今后，批量化制造將成為3D打印發(fā)展的新趨勢。專家表示，“沒有速度就沒有生命力”

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3D打印(增材制造技術(shù))，是CAD(計算機輔助設(shè)計)模型直接驅(qū)動的、可以完成任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造方法總稱。“以前談3D打印，那是陽春白雪，是生產(chǎn)系統(tǒng)的配角。”“中國3D打印第一人”、清華大學(xué)教授顏永年說，3D打印發(fā)展到今天，已經(jīng)慢慢介入到傳統(tǒng)制造業(yè)領(lǐng)域。

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這與華中科技大學(xué)教授張海鷗的看法不謀而合。“3D打印，現(xiàn)如今已不再是單純的打印模型和樣件，更多是直接制造功能性產(chǎn)品，它必將與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)展開激烈競爭，并帶來新的產(chǎn)業(yè)革命。”張海鷗表示。

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現(xiàn)實的確令人振奮。以我國C919大型客機機頭工程樣件研制所需的鈦合金主風(fēng)擋窗框為例，如果從歐洲訂購至少需要兩年才能拿到零件，而4個框，每個框的鍛造模具費需要50萬美元。采用3D打印技術(shù)后，從制造零件到裝上飛機，北京航空航天大學(xué)王華明團隊僅用了55天，并且零件費用還不到模具費的五分之一。

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憑借著對原材料靈活疊加利用的優(yōu)勢，3D打印被《經(jīng)濟學(xué)人》多次推上封面，并被寄予“掀起第三次工業(yè)革命”的重任。有學(xué)者認為，它將從源頭顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)。對此，顏永年并不贊同，“3D打印不會取代傳統(tǒng)的技術(shù)，而是一種結(jié)合，是對傳統(tǒng)行業(yè)傳統(tǒng)技術(shù)的提升”。

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天下武功唯快不破。顏永年表示，3D打印是否具有持久的生命力主要取決于兩方面：一是成型速度，二是成本。今后，批量化制造將成為3D打印發(fā)展的新趨勢。如果幾十個小時甚至幾天才能打印一個零件，那么3D打印也就僅能用于科研。“因為沒有速度就沒有生命力，誰會要慢吞吞的東西?”顏永年說。

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當然，降低成本也是3D打印亟待解決的另一道難題。“比如現(xiàn)在采用的材料中，合金粉末比鋼材還貴，這導(dǎo)致其成本比傳統(tǒng)制造業(yè)還高，那就沒有競爭力。”顏永年說。

3D打印批量化應(yīng)用

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應(yīng)用是發(fā)展動力

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人們對于3D打印的認識已經(jīng)從概念階段向應(yīng)用階段轉(zhuǎn)變。未來，3D打印的發(fā)展趨勢是速度更快、精度更高、成本更低、應(yīng)用更廣、操作更簡便

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當3D打印技術(shù)走出實驗室，該何去何從?應(yīng)用，這是業(yè)界給出的答案。“3D打印的主體市場是航空航天，這是一個永不衰敗的市場，放棄了它就意味著沒有抓住重點。”顏永年說。

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GE航空集團非常著名的Leap發(fā)動機配套燃油噴嘴，便是3D打印應(yīng)用的一個典型案例。這一燃油噴嘴利用3D打印技術(shù)加工制作，把20個零部件整合為一個部件，設(shè)計之后重量降低了25%，耐用性增加了5倍，燃油效率提高了百分之十幾。

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不僅是航空航天，大型結(jié)構(gòu)件和精密件制造等方面，也存在大量3D打印需求。顏永年表示，3D打印“所見即所得”的特性，非常適用于制造微米級—毫米級的內(nèi)流道復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這種內(nèi)流道采用傳統(tǒng)加工方式是做不出來的。

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而對于生物制造，這一3D打印最前沿的領(lǐng)域，顏永年認為，基于3D打印技術(shù)的細胞三維受控組裝工藝，是生物制造中最為核心的技術(shù)，其目標為具有新陳代謝特征生命體的成形和制造。前不久，國內(nèi)科學(xué)家們就使用3D打印技術(shù)構(gòu)建生物支架，通過取用孩子耳朵上的軟骨細胞，為5名天生具有耳朵缺陷的小孩安裝了新的耳朵。

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“3D打印是一項基礎(chǔ)技術(shù)，與其他技術(shù)融合發(fā)展后，可以在很多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。”羅軍認為，人們對于3D打印的認識已經(jīng)從概念階段向應(yīng)用階段轉(zhuǎn)變，這說明3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展指日可待。未來，3D打印的發(fā)展趨勢是速度更快、精度更高、成本更低、應(yīng)用更廣、操作更簡便，其發(fā)展方向是終端產(chǎn)品生產(chǎn)、智能化、批量化等。

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自主是努力方向

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從技術(shù)工藝、材料、軟件、應(yīng)用等幾個指標來看，我國3D打印整體上與國際的差距還非常明顯。要想發(fā)展壯大，3D打印設(shè)備的核心零部件國產(chǎn)化率必須提高

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作為一項前沿、顛覆性技術(shù)，3D打印近年來大放異彩，不少國家紛紛布局并將其上升為國家戰(zhàn)略。這源于樂觀的前景。根據(jù)國際數(shù)據(jù)公司(IDC)的最新展望報告，全球3D打印技術(shù)相關(guān)支出在2018年預(yù)計達到120億美元，到2021年，全球3D打印行業(yè)支出有望達到200億美元，5年復(fù)合增長率達到20.5%。

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理想很美好，現(xiàn)實卻有點骨感。“目前，從技術(shù)工藝、材料、軟件、應(yīng)用等幾個指標來看，我國3D打印整體上與國際的差距還非常明顯。”羅軍拿應(yīng)用這一指標舉例，美國占比接近一半，主要集中在軍工領(lǐng)域;歐洲占比約為四成，主要集中在民用領(lǐng)域;我國占比不到一成。

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究其原因，羅軍分析，一是成本偏高，二是認識不夠，三是部分打印機的穩(wěn)定性、精度、產(chǎn)品強度不能滿足生產(chǎn)要求。“盡管目前應(yīng)用在3D打印領(lǐng)域的材料已達1000多種，但是與傳統(tǒng)制造業(yè)相比，還遠遠不夠。尤其部分尼龍材料、陶瓷材料、光敏樹脂材料和鈦合金等冶金粉末材料基本依賴進口，這嚴重影響了我國3D打印產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。”羅軍說。

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在顏永年看來，中國3D打印發(fā)展壯大，打印設(shè)備的核心零部件國產(chǎn)化率還需提高。“雖然沒有必要所有零部件全都自己造，但若完全依賴進口，缺少相應(yīng)配套能力，這是一件危險的事情。”他以激光振鏡舉例，我國進口一臺設(shè)備需要30多萬美元，而且需要提前付全款，半年后才能交貨。

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差距不可小覷，但也并非完全不可逾越。近年來科技部、工業(yè)和信息化部先后出臺相關(guān)政策，對3D打印發(fā)展給予了很多政策支持。其中，由顏永年領(lǐng)銜創(chuàng)辦的永年激光科技有限公司，設(shè)計出LCD系統(tǒng)集成，首次提出將激光選區(qū)熔化、激光熔覆LCD設(shè)備和大功率激光器、大數(shù)據(jù)、工業(yè)機器人等集成在同一平臺上實現(xiàn)“互聯(lián)互通”。據(jù)悉，這一設(shè)計采用先進數(shù)控系統(tǒng)，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。

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未來，中國3D打印將何去何從?羅軍建議從3個方面入手：一是政府積極扶持，鼓勵企業(yè)搭建更多開放式應(yīng)用服務(wù)平臺，促進3D打印與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度融合。二是鼓勵企業(yè)與國際頂尖的科研機構(gòu)開展國際合作，創(chuàng)建國際化研發(fā)中心、聯(lián)合實驗室、研究院。三是鼓勵科研院校、職業(yè)院校深化校企合作，開設(shè)3D打印學(xué)院(專業(yè))，培養(yǎng)更多3D打印應(yīng)用型人才。“國內(nèi)3D打印行業(yè)還需進一步抱團發(fā)展，形成合力。”羅軍強調(diào)。(記者 沈 慧)