颠覆性技术3D打印 从五大方向改造世界

【编者按】提到3D打印，大家都知道，它还有一个名字，增材制造。到底什么是3D打印，最早是什么时候提出来的？3D打印给制造业、给人们的生活带来了哪些变化。

3D打印是啥技术

卢秉恒院士在第十八届中国科协年会暨特邀报告会上说，3D打印的核心就是把原来的减材制造、等材制造变成材料增加型制造。从制造方式上看，制造技术可以分为三类。一种是等材制造，铸、锻、焊在制造过程中重量基本不变，已经有3000年历史了。一种是减材制造，车铣刨磨机床通过材料的切削去除，达到设计形状，已有300年的历史。还有一种是增材制造，在制造过程中材料一点一点地累加，形成需要的形状，才30年的历史。麦肯锡预测，12项颠覆性技术中，3D打印排第九，这是2013年的预测。而且预测今后将会形成万亿美元的产值。这样一来，3D不仅从概念上的三足鼎立，可能走上价值链的三分天下。

3D打印带来的改变

3D打印对产品开发是颠覆性的技术，使原来开发的周期和费用降为原来的1/2以下，而且各个领域都有很好的应用。3D打印由于是把减材变成增材，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，而且可以把很多的结构集成为一体，这样一来，将会使飞机的重量大为减轻，甚至变为原来的2/3就够了。而且在制造中，逐渐从研发实验中验证的一体化打印，走向我们向飞机发动机这样复杂的产品能不能一体化地打印。3D打印带来的很多装备和产品再设计，因为由这个制造的理念，摆脱了以前加工方法给设计者带来的约束，给创新设计带来非常巨大的空间。刚才讲的那个例子，包括两万多个零件的汽车，也可能变成几十个件，这样一来，大大简化了生产流程，节约了成本，也可能提高制造的速度。

为小朋友科学兴趣打开一扇窗

在全国科普日上，陕西科技馆带来的3D打印笔一经展出，就有着颇高的人气。前来体验的小朋友将自己喜欢的模型亲手打印出来，有漂亮的花蝴蝶、有眼镜、还有自行车。操作非常的简单，将耗材丝插入导入口，接通电源预热，按下进丝按钮，直到笔尖吐出熔融状态的耗材时，就可以在纸上发挥自己的创意开始制作了。所需要的耗材丝也是无毒无味，小朋友都可以放心使用。根据孩子操作程度，打印一只蝴蝶或一副眼镜最多需要10分钟。带着孩子来体验的家长表示，很早就知道3D打印技术，想象中都是大型机器在操作，让孩子实际操作有困难，3D打印笔不仅让孩子们感受到它的操作乐趣，还开启了他们对科学的兴趣。

3D打印在医疗中的使用

其实，3D打印已经应用到很多领域，比如用于医疗中。对于颌面缺失、颅骨缺失的患者来说，能够将缺失部位完美复原，将是最大的心愿。通过专业系统，采用数字化软件设计和3D打印技术智造出完全符合每个病人生理解剖曲率的个性化骨骼。患者只需提供CT片数据，然后将数据输入系统中，就可以对患者的缺失部位进行复原，用3D打印技术将患者缺损部位打印出来，精确度仅仅只相差0.02毫米，可以针对不同患者的需求进行私人定制。

由西安邮电大学获悉，自动化学院创客空间研发的3D打印心脏立体精准模型技术的成功，也为满足相关医学临床要求提供了坚实的技术保障。3D打印心脏立体精准模型技术能够准确重现心脏所有腔室、瓣膜、腱索、乳突肌等重要解剖结构，可有效辅助心脏手术规划、预演和风险规避，缓解病患家庭负担，有着重要的社会意义。

3D打印开辟新的生产方式

卢秉恒举例说明3D打印所带来的革命性改变：2014年，GE公司研发的飞机发动机喷嘴，把20个零件做成了一个零件，材料成本大幅度减少，还节省燃油15%，这等于一代发动机的概念。而每开发一代发动机要上亿欧元，如今一个喷嘴就解决了。3D打印同时开辟了一个新的生产模式，就是把批量化制造可能变成个性化定制，而且制造成本和周期都可能提升不多。同时，他为广大的创新设计带来了非常好的验证手段，因此我们今后的创新工作者不再受单位工作职位的约束，它可以设计新的服装，可以设计新的飞机结构，用自己的3D打印机在家里就可以进行验证，这样一来我们就可以有很多创新的东西不断涌现，用网络化平台，用3D打印去支撑万众创新和万家创业，是个非常好的工具。同时，也开辟了科研的新手段，就是用3D打印做材料基因组计划的验证平台，不需要那么复杂的熔炼设备，不需要消耗那么多能源，用一缸材料粉，就可以达到几千摄氏度的高温来冶炼出超高强度、超高耐温、超高韧性、超高抗蚀的一些优异的合金材料。同时，我们也可以进一步通过细胞打印、器官再创以及基因再创，用3D打印的办法支撑生命科学的高速发展。

设想未来将出现5D打印

3D打印的趋势正在从专业化走向社会化，从产品开发的工具，走向批量生产制造的手段，有可能在航空航天方面首先获得突破。另外，从控形的制造走向控形控性，从3D打印走向4D打印，智能材料，打印之后还能改变形状。5D打印，改变以后还可以赋予它生命，人体的活性器官可以用3D打印的办法快速的定制。现在甚至在设想，今后可能把制造业的一部分搬到太空中去，因为在太空中进行3D打印有很多的优势优点。

协同创新推广先进制造技术

现在3D打印正在处于技术发展的井喷期、产业发展的起步期，很多企业都在跑马圈地。怎么样推广这些先进制造技术，卢秉恒说，我们中国制造2025正在进行加紧推进，但是我们要认清有哪些优势、有哪些劣势，我们要必须通过全社会的协同创新，才能做到中国制造2025规划的宏伟蓝图。首先，要做好协同，例如我们科技研发的计划，怎么样很快地推新工业应用，这就是一个牵引的问题。像高端数控机床做出来以后，还有一些问题，可靠性还不够高，但是如果不给它机会，总是找不到应用方面去。像德国弗朗霍夫研究院方式非常好，经费的来源最后就走向政府、项目和企业委托各拿1/3，既体现了先进的水平、国家的意志，又体现了市场的需求。而美国是利用它的网络的发达、信息技术的发达，来做制造创新网络。我们中国应该是二者兼而有之，既有用网络进行推广扩大，又要有自己的核心研发力量。

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。