“目前３Ｄ打印已經(jīng)實現(xiàn)了多個方面的突破。人造耳朵可幫助我國６７萬兒童擺脫耳朵不完全帶來的困擾。人造骨骼、人造肌肉組織甚至是人造細胞都將在不久的將來得到應(yīng)用?！眹蚁冗M成形制造教育部重點實驗室副主任、清華大學(xué)機械工程系副主任林峰日前在中國科協(xié)科學(xué)技術(shù)傳播中心及北京市科協(xié)共同主辦、中關(guān)村天合科技成果轉(zhuǎn)化促進中心承辦的“產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)大講堂”３Ｄ打印及增材制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用專場做主題報告時透露。
突破傳統(tǒng)制造“天花板” 讓設(shè)計想象走進現(xiàn)實
林峰介紹說，作為一項新技術(shù)，３Ｄ打印技術(shù)將傳統(tǒng)制造中的“切削”工藝變?yōu)椤岸逊e”工藝，可以在產(chǎn)品內(nèi)部不同位置放置不同的材料，該技術(shù)不僅具有數(shù)字制造、降維制造、堆積制造、直接制造和快速制造的技術(shù)特征，并在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的造型方面還具有獨特優(yōu)勢。人造耳朵就是３Ｄ打印領(lǐng)域一個典型案例。
“通過計算機構(gòu)建健康外耳的模型，并通過鏡像得到目標(biāo)外耳的模型，然后通過３Ｄ打印機，用特殊的材料打印出外耳，進而移植到患者耳部。這種技術(shù)不僅能保證再造耳與健康外耳形狀對稱，還能使患者免去傳統(tǒng)手術(shù)造成的疤痕之痛?！绷址逭f。
不僅如此，３Ｄ打印還能完成在現(xiàn)實生活中許多運用傳統(tǒng)加工技術(shù)難以完成的結(jié)構(gòu)造型，且制造過程中不會出現(xiàn)材料浪費的現(xiàn)象。對此，受邀參加此次產(chǎn)業(yè)技術(shù)大講堂的全國３Ｄ大賽組委會副主任兼秘書長、３Ｄ動力集團總裁魯君尚深有感觸：“此前設(shè)計師在設(shè)計零件時，要考慮工藝性。一些設(shè)計科班出身的畢業(yè)生步入工作崗位后，之所以常被車間的師傅笑話，原因在于其設(shè)計作品雖然很好，但卻不具備可制造性，也就是說他沒考慮工藝性。而３Ｄ打印不僅釋放了設(shè)計師的靈感，也讓更多不懂制造的人加入到了制造的行列?！?/br>
能做一些傳統(tǒng)工藝難以做到的“奇形怪狀”的結(jié)構(gòu)只是３Ｄ打印應(yīng)用的“冰山一角”。目前，３Ｄ打印技術(shù)已在航空航天等領(lǐng)域得到了初步應(yīng)用。２０１６年２月，工業(yè)和信息化部、財政部等印發(fā)《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進計劃（２０１５－２０１６年），明確將增材制造作為航空航天制造等高端裝備制造及修復(fù)的重要技術(shù)手段。
航天一院總體設(shè)計部箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計室副主任（高級工程師）王婧超在此次大講堂討論環(huán)節(jié)中介紹說，火箭結(jié)構(gòu)這類飛行器、運行器的重量很大，如果能在不影響其功能的前提下減輕其重量，將對增加有效載荷起到很大的貢獻，可實現(xiàn)運載更多的東西進入太空?；谶@樣的考慮，長征五號在研制過程中首次全面采用了先進的數(shù)字化設(shè)計，開創(chuàng)了火箭型號數(shù)字化研制的先河，其主承力構(gòu)件鈦合金芯級捆綁支座就是３Ｄ打印出來的，它的強度不但不比用傳統(tǒng)方法制造出來的高強鋼支座低，反而更高，而且重量減輕３０％，加工速度也更快。
根植行業(yè)細分領(lǐng)域 技術(shù)瓶頸待突破
“航空航天領(lǐng)域的３Ｄ打印應(yīng)用正熱火朝天，但很多技術(shù)在實際應(yīng)用中仍是摸著石頭過河。有的零件可以用３Ｄ打印，但零件所處的溫度和運動條件一旦變了，就不一定行了。”王婧超坦言。
除了核心技術(shù)有待突破外，３Ｄ打印材料短缺也是制約該技術(shù)發(fā)展的重要瓶頸之一。據(jù)了解，目前增材制造的材料僅１００多種，而傳統(tǒng)減材制造、等材制造的材料有數(shù)萬種。其次，材料的性能還不夠穩(wěn)定，且材料的通用性比較差、成本高企，這些制約著３Ｄ打印在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的進一步發(fā)展。
據(jù)魯君尚介紹，以目前在３Ｄ打印工業(yè)應(yīng)用中使用最多的鈦合金材料為例，其１千克的價格為２０００－３０００元左右。這意味著做一個２０多千克的零件要花５、６萬元，而傳統(tǒng)鑄造業(yè)只需幾百元就能搞定，這使得３Ｄ打印在“高精尖”以外的其他工業(yè)領(lǐng)域難以推廣開來。同時，材料的豐富性問題也是其團隊在實踐中遇到的困難。不少材料難以做到工業(yè)需求的抗疲勞和高溫耐久等特性，很多應(yīng)用施展不開。
此外，業(yè)內(nèi)對３Ｄ打印材料的投入還不夠，材料市場尚未形成充分競爭。不少３Ｄ打印巨頭又做設(shè)備又做材料，材料與設(shè)備捆綁式銷售，相對封閉的系統(tǒng)導(dǎo)致成本難以降下來。
對此，參加此次大講堂討論的天使百人會合伙人周洛宏表示十分關(guān)注。他說：“設(shè)備核心部件有沒有突破，３Ｄ打印材料是不是高質(zhì)量、低成本，制造工藝有沒有創(chuàng)新等因素依舊是投資人最為關(guān)注的話題。”
周洛宏進一步解釋說，目前３Ｄ打印在經(jīng)歷了前幾年的市場追捧后漸趨冷卻，甚至進入“寒冬”。據(jù)了解，２０１３－２０１５年，３Ｄ打印一度成為學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界爭相關(guān)注的焦點，吸引了一大批跨界資本聞風(fēng)而至，紛紛涉足項目、設(shè)備和應(yīng)用投資。然而，短暫的繁榮表象的背后，３Ｄ打印卻遭遇了裝備及核心器件、成形材料、工藝及軟件等產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱、關(guān)鍵核心技術(shù)有待突破等一系列“成長的煩惱”，以至于在剛剛過去的２０１６年一年中，資本追逐一度冷卻，出現(xiàn)了“叫好不叫座”的現(xiàn)象。究其原因，一是產(chǎn)品精度不盡如人意。影響產(chǎn)品精度的因素有很多，比如打印機本身的精度，打印過程中工藝參數(shù)的設(shè)定等。二是打印成本太高。目前，國內(nèi)３Ｄ打印技術(shù)并不成熟，３Ｄ打印設(shè)備的核心部件、材料等仍然受制于國外，導(dǎo)致采購成本大幅提高。三是目前跨界資本紛紛涉足３Ｄ打印領(lǐng)域，導(dǎo)致市場上的３Ｄ打印設(shè)備、項目和市場應(yīng)用魚龍混雜。
“現(xiàn)階段，３Ｄ打印主要解決的是生產(chǎn)發(fā)展中的剛性需求問題，那種利用３Ｄ打印制造一切的做法，我認(rèn)為并不明智。未來３Ｄ打印的方向必然是按照行業(yè)細分領(lǐng)域深入發(fā)展，只要扎根設(shè)備、設(shè)計、材料、工藝等任何一個分支，將其做大做強，都會贏得市場?！濒斁姓f。
產(chǎn)業(yè)前景廣闊 可與傳統(tǒng)制造互為補充
有鑒于國內(nèi)３Ｄ打印產(chǎn)業(yè)面臨的種種瓶頸，此前出臺的《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》明確提出，“十三五”期間，我國將從突破鈦合金、高強合金鋼、高溫合金、耐高溫高強度工程塑料等增材制造專用材料；搭建增材制造工藝技術(shù)研發(fā)平臺，提升工藝技術(shù)水平；研制推廣使用激光、電子束、離子束及其他能源驅(qū)動的主流增材制造工藝裝備；加快研制高功率光纖激光器、掃描振鏡、動態(tài)聚焦鏡及高性能電子槍等配套核心器件和嵌入式軟件系統(tǒng)，建立增材制造標(biāo)準(zhǔn)體系等方面著手推動３Ｄ打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
林峰表示，３Ｄ打印技術(shù)未來有著廣闊的發(fā)展空間，例如一是應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的功能部件直接制造，尤其是高性能金屬零件的制造。二是應(yīng)用于生物材料和活細胞的三維打印。這樣一來就可在患者用藥前，先把感染細胞抽出來培養(yǎng)，然后打印出來，用打印出的感染細胞試藥，實現(xiàn)個性化治療。三是應(yīng)用于藝術(shù)創(chuàng)造的三維打印，比如服飾、建筑等。四是實現(xiàn)個人家庭桌邊三維打印。
“盡管發(fā)展空間廣闊，但是，３Ｄ打印并不能夠替代傳統(tǒng)制造，其發(fā)展方向應(yīng)該是與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，互為補充。”林峰認(rèn)為，３Ｄ打印與傳統(tǒng)鑄造技術(shù)的結(jié)合，能補足３Ｄ打印韌性不足、易斷裂的缺陷。但在重型、大型裝備制造方面，３Ｄ打印能推動大項目更有效率的進行?！保ū緢笥浾?李洋）
轉(zhuǎn)自：中國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報
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