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大批傳統(tǒng)制造企業(yè)紛紛進(jìn)入3D打印領(lǐng)域：從概念走向應(yīng)用
文章導(dǎo)讀：
近日，中國(guó)科學(xué)院科研人員在瑞士利用歐洲失重飛機(jī)，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(yàn)，為我國(guó)空間站、深空探索等任務(wù)中實(shí)現(xiàn)“太空3D打印”拓寬了技術(shù)路線。這是團(tuán)隊(duì)成員完成飛行任務(wù)后合影留念。 （新華社發(fā)）
北京三帝科技股份有限公司旗下北京隆源成型自主研發(fā)的激光金屬鋪粉3D打印機(jī)。 本報(bào)記者 沈 慧攝
英國(guó)紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)近日宣布，研究人員通過(guò)干細(xì)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(gè)人工角膜。無(wú)獨(dú)有偶，荷蘭埃因霍溫市也宣稱(chēng)，正著手運(yùn)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(lái)發(fā)展的春天
“隨著HP（惠普）、GE（美國(guó)通用電氣）、西門(mén)子、霍尼韋爾等一大批傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)進(jìn)入3D打印領(lǐng)域，未來(lái)幾年，3D打印的優(yōu)勢(shì)將集中爆發(fā)。不過(guò)，表面的喧囂并不能掩蓋我國(guó)缺乏核心技術(shù)、核心產(chǎn)品、核心服務(wù)的事實(shí)?！敝袊?guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟執(zhí)行理事長(zhǎng)羅軍表示。
速度和成本是關(guān)鍵
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(shì)。專(zhuān)家表示，“沒(méi)有速度就沒(méi)有生命力”3D打?。ㄔ霾闹圃旒夹g(shù)），是CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))模型直接驅(qū)動(dòng)的、可以完成任意復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造方法總稱(chēng)?！耙郧罢?D打印，那是陽(yáng)春白雪，是生產(chǎn)系統(tǒng)的配角。”“中國(guó)3D打印第一人”、清華大學(xué)教授顏永年說(shuō)，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。
這與華中科技大學(xué)教授張海鷗的看法不謀而合?！?D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(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，并帶來(lái)新的產(chǎn)業(yè)革命?！睆埡ｚt表示。
現(xiàn)實(shí)的確令人振奮。以我國(guó)C919大型客機(jī)機(jī)頭工程樣件研制所需的鈦合金主風(fēng)擋窗框?yàn)槔绻麖臍W洲訂購(gòu)至少需要兩年才能拿到零件，而4個(gè)框，每個(gè)框的鍛造模具費(fèi)需要50萬(wàn)美元。采用3D打印技術(shù)后，從制造零件到裝上飛機(jī)，北京航空航天大學(xué)王華明團(tuán)隊(duì)僅用了55天，并且零件費(fèi)用還不到模具費(fèi)的五分之一。
憑借著對(duì)原材料靈活疊加利用的優(yōu)勢(shì)，3D打印被《經(jīng)濟(jì)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(rèn)為，它將從源頭顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)。對(duì)此，顏永年并不贊同，“3D打印不會(huì)取代傳統(tǒng)的技術(shù)，而是一種結(jié)合，是對(duì)傳統(tǒng)行業(yè)傳統(tǒng)技術(shù)的提升”。
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(shì)。如果幾十個(gè)小時(shí)甚至幾天才能打印一個(gè)零件，那么3D打印也就僅能用于科研?！耙?yàn)闆](méi)有速度就沒(méi)有生命力，誰(shuí)會(huì)要慢吞吞的東西？”顏永年說(shuō)。
當(dāng)然，降低成本也是3D打印亟待解決的另一道難題?！氨热绗F(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(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力?！鳖佊滥暾f(shuō)。
應(yīng)用是發(fā)展動(dòng)力
人們對(duì)于3D打印的認(rèn)識(shí)已經(jīng)從概念階段向應(yīng)用階段轉(zhuǎn)變。未來(lái)，3D打印的發(fā)展趨勢(shì)是速度更快、精度更高、成本更低、應(yīng)用更廣、操作更簡(jiǎn)便
當(dāng)3D打印技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，該何去何從？應(yīng)用，這是業(yè)界給出的答案?！?D打印的主體市場(chǎng)是航空航天，這是一個(gè)永不衰敗的市場(chǎng)，放棄了它就意味著沒(méi)有抓住重點(diǎn)?！鳖佊滥暾f(shuō)。
GE航空集團(tuán)非常著名的Leap發(fā)動(dòng)機(jī)配套燃油噴嘴，便是3D打印應(yīng)用的一個(gè)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(gè)零部件整合為一個(gè)部件，設(shè)計(jì)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。
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(jiàn)即所得”的特性，非常適用于制造微米級(jí)—毫米級(jí)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(lái)的。
而對(duì)于生物制造，這一3D打印最前沿的領(lǐng)域，顏永年認(rèn)為，基于3D打印技術(shù)的細(xì)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(biāo)為具有新陳代謝特征生命體的成形和制造。前不久，國(guó)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(guò)取用孩子耳朵上的軟骨細(xì)胞，為5名天生具有耳朵缺陷的小孩安裝了新的耳朵。
“3D打印是一項(xiàng)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?！绷_軍認(rèn)為，人們對(duì)于3D打印的認(rèn)識(shí)已經(jīng)從概念階段向應(yīng)用階段轉(zhuǎn)變，這說(shuō)明3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展指日可待。未來(lái)，3D打印的發(fā)展趨勢(shì)是速度更快、精度更高、成本更低、應(yīng)用更廣、操作更簡(jiǎn)便，其發(fā)展方向是終端產(chǎn)品生產(chǎn)、智能化、批量化等。
自主是努力方向
從技術(shù)工藝、材料、軟件、應(yīng)用等幾個(gè)指標(biāo)來(lái)看，我國(guó)3D打印整體上與國(guó)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(guó)產(chǎn)化率必須提高
作為一項(xiàng)前沿、顛覆性技術(shù)，3D打印近年來(lái)大放異彩，不少?lài)?guó)家紛紛布局并將其上升為國(guó)家戰(zhàn)略。這源于樂(lè)觀的前景。根據(jù)國(guó)際數(shù)據(jù)公司（IDC）的最新展望報(bào)告，全球3D打印技術(shù)相關(guān)支出在2018年預(yù)計(jì)達(dá)到120億美元，到2021年，全球3D打印行業(yè)支出有望達(dá)到200億美元，5年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到20.5%。
理想很美好，現(xiàn)實(shí)卻有點(diǎn)骨感。“目前，從技術(shù)工藝、材料、軟件、應(yīng)用等幾個(gè)指標(biāo)來(lái)看，我國(guó)3D打印整體上與國(guó)際的差距還非常明顯。”羅軍拿應(yīng)用這一指標(biāo)舉例，美國(guó)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(guó)占比不到一成。
究其原因，羅軍分析，一是成本偏高，二是認(rèn)識(shí)不夠，三是部分打印機(jī)的穩(wěn)定性、精度、產(chǎn)品強(qiáng)度不能滿足生產(chǎn)要求?！氨M管目前應(yīng)用在3D打印領(lǐng)域的材料已達(dá)1000多種，但是與傳統(tǒng)制造業(yè)相比，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。尤其部分尼龍材料、陶瓷材料、光敏樹(shù)脂材料和鈦合金等冶金粉末材料基本依賴(lài)進(jìn)口，這嚴(yán)重影響了我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展?！绷_軍說(shuō)。
在顏永年看來(lái)，中國(guó)3D打印發(fā)展壯大，打印設(shè)備的核心零部件國(guó)產(chǎn)化率還需提高。“雖然沒(méi)有必要所有零部件全都自己造，但若完全依賴(lài)進(jìn)口，缺少相應(yīng)配套能力，這是一件危險(xiǎn)的事情。”他以激光振鏡舉例，我國(guó)進(jìn)口一臺(tái)設(shè)備需要30多萬(wàn)美元，而且需要提前付全款，半年后才能交貨。
差距不可小覷，但也并非完全不可逾越。近年來(lái)科技部、工業(yè)和信息化部先后出臺(tái)相關(guān)政策，對(duì)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(jì)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(jī)器人等集成在同一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)互通”。據(jù)悉，這一設(shè)計(jì)采用先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。
未來(lái)，中國(guó)3D打印將何去何從？羅軍建議從3個(gè)方面入手：一是政府積極扶持，鼓勵(lì)企業(yè)搭建更多開(kāi)放式應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，促進(jìn)3D打印與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度融合。二是鼓勵(lì)企業(yè)與國(guó)際頂尖的科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展國(guó)際合作，創(chuàng)建國(guó)際化研發(fā)中心、聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室、研究院。三是鼓勵(lì)科研院校、職業(yè)院校深化校企合作，開(kāi)設(shè)3D打印學(xué)院（專(zhuān)業(yè)），培養(yǎng)更多3D打印應(yīng)用型人才。“國(guó)內(nèi)3D打印行業(yè)還需進(jìn)一步抱團(tuán)發(fā)展，形成合力?！绷_軍強(qiáng)調(diào)。
