西安交大盧秉恒院士：3D打印如何突破高端制造的瓶頸

?       什么是3D打印技術(shù)？

?       3D打印有哪些優(yōu)勢？

?       3D打印究竟可以解決哪些制造業(yè)難題？

?       如何用3D打印技術(shù)為中國制造業(yè)培養(yǎng)新的競爭優(yōu)勢？

?       當(dāng)3D打印技術(shù)與生命科學(xué)結(jié)合后，會(huì)為人類創(chuàng)造怎樣樣的奇跡？

?       3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的太空制造嗎？

　　2月13日晚，中國工程院院士，西安交通大學(xué)教授、國家增材制造創(chuàng)新中心主任盧秉恒做客央視財(cái)經(jīng)頻道《中國經(jīng)濟(jì)大講堂》，為我們深度解讀3D打印如何突破高端制造的瓶頸？

 制造技術(shù)按照在制造過程中材料質(zhì)量的增加或減少，可分為三種技術(shù)。

　　什么是3D打印

　　1、等材制造技術(shù)

　　就是經(jīng)常說的鑄造、鍛壓、焊接等方法，在制造過程中間基本上是按照砂型或者模具來進(jìn)行成型的，質(zhì)量在制造過程中并不發(fā)生變化。

　　2、減材制造

　　減材制造也稱為機(jī)械加工，是把毛坯材料按照?qǐng)D紙來切削成小的零件。

　　3、增材制造

　　3D打印在制造過程中是將材料一點(diǎn)一點(diǎn)加起來的，因此3D打印也叫增材制造。

　　3D打印技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代初，其原理是將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出的三維模型分解成一系列平面切片，通過激光電子束、粒子束等能源將材料固化熔融，而一層層累加，最終形成三維結(jié)構(gòu)的物體。這種新型的制造技術(shù)可以不受環(huán)境和場地的限制，制造出任意結(jié)構(gòu)復(fù)雜精益的產(chǎn)品，幫助人們實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品制造

　　3D打印的優(yōu)勢

　　1、讓高端制造省錢又省力

 　　像航空航天、交通運(yùn)輸、高鐵汽車，都需要把裝備做到輕量化。用切削加工來去實(shí)現(xiàn)的話，95%至97%的材料被加工掉了，而3D打印就是哪些地方需要材料，就把材料加在哪里，是材料節(jié)約型的制造。

　　2、制造復(fù)雜精密設(shè)備手到擒來

　　3D打印技術(shù)可以進(jìn)行任意復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)制造。

　　3、讓產(chǎn)品開發(fā)簡單快捷

　　3D打印適應(yīng)各種個(gè)性化定制制造需求，不需要專門的工裝卡具模具，現(xiàn)在火箭整個(gè)殼體，火箭的連接環(huán)、燃料儲(chǔ)箱、捆綁支架，都已經(jīng)用3D打印制造，也包括飛機(jī)的機(jī)翼、導(dǎo)彈的殼體。天問號(hào)有幾百個(gè)零件也是3D打印成功的。

　　4、“萬物”皆可打印

　　3D打印技術(shù)可以適用各種材料，包括非金屬材料、金屬材料、陶瓷、復(fù)合材料等，越來越多的材料被研究用于3D打印，滿足各種工程的需要。金屬材料經(jīng)過3D打印，打印出來的零件的強(qiáng)度、韌性遠(yuǎn)高于鑄件，幾乎和鍛件差不多，有些性能甚至領(lǐng)先于鍛件。

　　3D打印補(bǔ)短板

　　中國制造業(yè)的短板，我們都進(jìn)行過充分的分析，首先中國制造業(yè)的產(chǎn)品基本上是低價(jià)位的或者中低價(jià)位的，占據(jù)價(jià)值鏈的中低端。高端的復(fù)雜的競爭不過國外，往往是生產(chǎn)能力很強(qiáng)，但是新產(chǎn)品開發(fā)的太慢太少。而一半以上產(chǎn)品的價(jià)值是由創(chuàng)新設(shè)計(jì)所決定的，有了3D打印技術(shù)，就可以大大加快自主創(chuàng)新進(jìn)程。

　　1、加快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)

　　用傳統(tǒng)的制造難以實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)，在運(yùn)用3D打印技術(shù)后，可以加快實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。

　　2、加速高端裝備的開發(fā)迭代

　　3D打印技術(shù)為制造個(gè)性化、復(fù)雜的產(chǎn)品，提供了一個(gè)非常好的工具。在這個(gè)工具支撐下，高端裝備的開發(fā)和迭代的速度就會(huì)大大加快。所以它成為一個(gè)高端制造業(yè)的競爭的“神器”。

　　3、提高戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)競爭力

　　我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)在興起，它在國民經(jīng)濟(jì)占的GDP比重也越來越高。3D打印也就是增材制造，可以使制造業(yè)更新?lián)Q代更加具有競爭力。

　　4、為個(gè)性化定制提供解決方案

　　3D打印為中以3D打印為代表的數(shù)字化增材制造技術(shù)被提升到國家戰(zhàn)略層面，2015年增材制造被列入中國制造2025需要加快研發(fā)的前沿技術(shù)裝備行列。2016年國家啟動(dòng)實(shí)施了增材制造和激光制造重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)，旨在打造3D打印技術(shù)的創(chuàng)新體系，支撐我國高端制造業(yè)發(fā)展。

　　1、3D打印讓我國大型飛機(jī)承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趕超國外

　　中國制造正在從跟蹤仿制走向自主可控，現(xiàn)在很多方面都做到了。我國3D打印技術(shù)在大型飛機(jī)承載件上的應(yīng)用已經(jīng)走在了國際前列。

　　2、自主研發(fā)核心技術(shù)避免“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)

　　在增材制造一些核心器件上，尤其是核心軟件方面，我們都作了開發(fā)，所以就避免了現(xiàn)在中國制造業(yè)的短板。

　　3、從小到大不斷突破制造極限

　　3D打印制造的大型設(shè)備，我們做的尺寸的大小和我們應(yīng)用的程度，跟國外幾乎不相上下，有些我們還超過了國外。

　　4、增減結(jié)合讓產(chǎn)品更優(yōu)質(zhì)

　　我們的創(chuàng)新，是把增材和減材在一臺(tái)設(shè)備上完成了，它的機(jī)體是五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，把一個(gè)打印頭和切削頭同時(shí)都集成一起，軟件也是我們自己開發(fā)的，這樣制造出來的零件，就是能夠達(dá)到我們工業(yè)切削加工所需要的精度和光潔度。

　　5、3D打印讓制造業(yè)迎來新時(shí)代

　　3D打印形成批量化的制造，尤其是多品種小批量產(chǎn)品制造的時(shí)代已經(jīng)到來。

　　6、增材制造是創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)器

　　為了促進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，我們也建立了制造業(yè)的創(chuàng)新中心，它的主要任務(wù)就是完成4級(jí)到7級(jí)成熟度之間的技術(shù)研發(fā)。由用戶定義，我們應(yīng)該開發(fā)哪些技術(shù)，用戶急需哪些技術(shù)，這樣來使我們的開發(fā)更能夠順利的推向產(chǎn)業(yè)化

　　3D打印與生命科實(shí)現(xiàn)生物3D打印新技術(shù)的突破和應(yīng)用，成為科學(xué)家們的追求。

　　1、3D打印從創(chuàng)新到創(chuàng)生

　　3D打印也支持我們一些科技的革命，就是我們可以通過細(xì)胞打印，通過器官再創(chuàng)和基因改造，來打印出我們?nèi)梭w的器官，來服務(wù)我們?nèi)说慕】?。那么我們?cè)趺礃影?/span>3D打印技術(shù)用于精準(zhǔn)醫(yī)療呢？例如我們有一個(gè)病人受了外傷了，我們就把他的CT的數(shù)據(jù)，用一個(gè)軟件叫反求物軟件，把它破損那一塊兒，給它重新設(shè)計(jì)出來，通到我們的3D打印機(jī)中去，我們就可以把這塊骨頭修補(bǔ)出來。

　　2、3D打印讓人造器官不再是夢(mèng)

　　以色列它已經(jīng)研究了能夠跳動(dòng)的心臟。更大的難題是怎么樣使我們?nèi)嗽斓倪@些器官，雖然它能活了，但是它還沒有真正的活起來，真正的活起來必須和我們心臟的血管有效地聯(lián)系起來，必須和我們?nèi)梭w的神經(jīng)聯(lián)系起來，必須你這些神經(jīng)還都能夠受我們大腦中樞神經(jīng)的指揮。所以就是血管化的問題和神經(jīng)化的問題，是我們做人造的活性器官可能最大的一個(gè)障礙。當(dāng)然了也有材料方面的問題，也有一個(gè)器官的多種細(xì)胞的生長問題，生長或者控制這些規(guī)律，所以這些都需要交叉學(xué)科的研究。我認(rèn)為在不久的將來，這些東西都可以實(shí)現(xiàn)。太空中的3D打印實(shí)現(xiàn)生物3D打印新技術(shù)的突破和應(yīng)用，成為科學(xué)家們的追求。

　　1、3D打印從創(chuàng)新到創(chuàng)生

　　3D打印也支持我們一些科技的革命，就是我們可以通過細(xì)胞打印，通過器官再創(chuàng)和基因改造，來打印出我們?nèi)梭w的器官，來服務(wù)我們?nèi)说慕】?。那么我們?cè)趺礃影?/span>3D打印技術(shù)用于精準(zhǔn)醫(yī)療呢？例如我們有一個(gè)病人受了外傷了，我們就把他的CT的數(shù)據(jù)，用一個(gè)軟件叫反求物軟件，把它破損那一塊兒，給它重新設(shè)計(jì)出來，通到我們的3D打印機(jī)中去，我們就可以把這塊骨頭修補(bǔ)出來。

　　2、3D打印讓人造器官不再是夢(mèng)

　　以色列它已經(jīng)研究了能夠跳動(dòng)的心臟。更大的難題是怎么樣使我們?nèi)嗽斓倪@些器官，雖然它能活了，但是它還沒有真正的活起來，真正的活起來必須和我們心臟的血管有效地聯(lián)系起來，必須和我們?nèi)梭w的神經(jīng)聯(lián)系起來，必須你這些神經(jīng)還都能夠受我們大腦中樞神經(jīng)的指揮。所以就是血管化的問題和神經(jīng)化的問題，是我們做人造的活性器官可能最大的一個(gè)障礙。當(dāng)然了也有材料方面的問題，也有一個(gè)器官的多種細(xì)胞的生長問題，生長或者控制這些規(guī)律，所以這些都需要交叉學(xué)科的研究。我認(rèn)為在不久的將來，這些東西都可以實(shí)現(xiàn)。