盧秉恒：讓3D打印更智能

趙龍

“3D打印在制造類型中屬于增材制造，與等材制造和減材制造相比，增材制造僅僅有 30多年的發展歷史，作為一個全新的技術發展潛力巨大。”近日舉行的“3D打印研究院考察團 -百人行”活動上，盧秉恒院士在以“增材制造技術的國內外進展及產業發展趨勢”為題的報告中如是說。

3D打印改變制造業

作為智能制造的重要技術，3D打印是典型的信息化和制造相結合，產品的“每一個點”都是由計算機控制的。曾經有包括資深專家在內的很多人，對 3D打印技術是否適用于航空航天領域存有疑問。一個零件存在著上億個“打印點”，任何一個點打印不好，機器在使用時都會出現問題。其實，正是因為智能化的 3D打印是微觀的制造、微觀的控制，計算機可以控制到每一個“點”上，所以 3D打印零件的材料強度非常好，殘品率低于鑄造。在航空航天領域，傳統鍛造的材料利用率不足 3%～10%，采用 3D打印技術能節約大量貴重材料，并提高零件表面的耐磨性，甚至是抗擠壓性。

據盧院士介紹，在飛機發動機研發領域，如果比原來的發動機燃油效率提高 15%，就可以認為是新一代的發動機。美國某飛機發動機噴嘴過去是 20多個零件的裝配體，相應要求每一個零件都要做到嚴謹和精密加工。現在，該公司采用 3D打印技術生產，使整個發動機噴嘴成為一個零件，徹底淘汰了舊的生產工藝。經測試，發現該款發動機的燃油效率提高了 15%以上。這就相當于研發出了新一代飛機發動機。通常研發一款新的發動機要花費幾十億甚至上百億美元才能做到。

3D打印技術的發展同時帶動了材料科學的創新。盧院士介紹了美國正在研發的某型火箭發動機的零件，可以承受 3315℃高溫。“以前最好的材料能耐 2000℃，如果到3000℃以上，什么東西也都熔化了。但是 3D打印的某些材料可以耐到 3000℃，甚至 5000℃。”盧院士認為，用這種概念可以創造出很多新的材料，獲得更高的強度。

盧院士特別指出，在發展 3D打印裝備的同時，還要注重開發具體的應用技術，比如航空航天和汽車等重點領域，把各個工程領域的應用做好才能取得最大的效益。

從“物聯網”到“務聯網”

3D打印帶來的不僅是工藝和材料上的創新，更是生產模式的創新。眾籌、眾創和眾包等都是基于互聯網的崛起而迅速發展的新興市場模式。盧院士在接受采訪時談到，制造業的服務化趨勢凸顯，但工業 4.0中的“務聯網”這一理念還沒有得到充分的重視。

“務聯網”作為一個新概念，是由歐盟首先提出的。IBM的“智慧的地球（Smarter Planet）”發展戰略與“務聯網”異曲同工。這一戰略得到美國政府的高度重視，其核心是：無處不在的智能對象，被無處不達的網絡與人連接在一起，再被無所不能的超級計算機調度和控制。互聯網已經不單純是一個技術平臺，更是一個提供業務服務的平臺。人們對互聯網的使用也從最初的信息共享，基于網絡的應用系統，發展到基于云計算的大規模服務。越來越多的服務通過互聯網來提供。

3D打印促進了“務聯網”的發展，使人們的創新精神得到鼓勵。隸屬于企業內的設計師以往對于工作之外的創新力不從心。今后，創新設計成果可以放在網絡云端，產業化制造并進行銷售。設計師不再僅僅屬于某個企業，萬眾創新的時代從此開啟。消費者在網上選擇自己喜歡的產品后，或在自己家里或委托其他服務方 3D打印出產品。眾籌、眾包及個性化、定制式設計制造是制造業正在發展的一個新模式。“我們可以通過網絡平臺來實現各種各樣的需求，形成大的訂單。”

現在 3D打印可能把個人創業變得非常簡單。這對現有的產業模式、社會生產模式都會帶來非常大的沖擊，如同電商對商鋪所帶來的沖擊一樣猛烈。這一切都是網絡技術興起帶來的變革。新模式的誕生驗證了管理大師德魯克20多年前的預見，組織更像一個個 NGO和社區，而不是公司。不要想當然地認為公司制就是人類最好的生產方式，公司制不過是人類社會近 150年來選擇的一種生產方式。

同時，“務聯網”也為制造業提供了服務生態環境，加速了制造業的服務化。制造企業可通過服務聯網提供的外部資源，輕松發展各種深度服務。這也讓 3D打印有了更多的用武之地。在服務聯網中，以前很難聯系到一起的服務有可能得以連接，通過相互配合共同向外提供服務。這種現象將促進不同產業的聚合，將使 3D打印為消費者提供更多更直接的服務。

3D打印的 10個發展趨勢

在此次活動的主題報告中，盧院士特別指出了 3D打印的 10個發展趨勢。

（1）3D打印走向 5個any，可以在任何領域，在任何場所，用任何材料，打印出任何形狀、任何數量的產品。

（2）3D適合個性化制造，將開創以個性化制造生產為主的時代。

（3）3D打印從控形制造走向控形控性制造，逐點瞬態熱歷程及其歷史效應將被深入研究。

（4）3D打印的裝備走向智能化，把控形控性研究的優化工藝固化在軟件中。

（5）基于用 3D打印工藝的產品和裝備再設計是 3D打印取得效益的重要途徑。

（6）3D打印從增量走向增材，是實現節約型制造的最佳途徑。

（7）3D打印從宏觀結構走向微觀結構，與微納科技融合。

（8）3D打印正在由3D發展到4D乃至5D打印，組織支架制造及細胞打印正在成為人體器官再創的主要途徑。

（9）3D打印將帶來重大的科技創新，在多領域成為科技創新的平臺。

（10）未來 3D打印（增材制造）與等材制造和減材制造將從技術概念上的三分天下走向價值分享的三分天下。

3D打印逐漸走向智能化

3D打印的歷史只有 30多年，如今無論是從技術、材料、設備和應用都實現了大幅突破。3D打印裝備在逐漸走向智能化，能感知，能反饋。通過軟件與傳感器的精確控制，為提高產品的性能質量、延長產品壽命提供可靠的保障。盧院士指出，現在 3D打印在工業領域和生活領域的應用相對還是較少的，全世界只有 30億美金左右的產值，與數萬億美元的制造市場相比差距甚遠。但是，3D打印就像剛剛發出的一個小芽，這個小芽以后會長成為參天大樹，會形成茂密森林。現在 3D打印還處于技術的發展期，產業的萌芽期，還有很大的發展空間。

“每一個科研工作者，應該是各種各樣的夢想家，要有各種各樣的夢，才能激發我們創造的熱情。 ”盧院士認為，3D打印目前雖然還存在著一些問題，還需要更多的行業標準以及投資支持。但這些都是發展中的問題，工程技術人員、科學家們正在努力探索，問題必將逐一得到解決。不過，企業涉足 3D打印領域暫時還不要太“任性”，畢竟這個市場才剛剛發展起來。

本次活動由 e創客網總編江彥發起，并與北京 3D打印研究院共同組織。在聆聽了盧院士的報告后，與會者還參觀了北京3D打印研究院。研究院建筑面積約為3500平方米，擁有上百臺系列化三維掃描和 3D打印設備，是目前國內規模最大、設備最齊全的 3D打印中心。北京 3D打印研究院由北京城市學院和西安交大快速制造國家工程研究中心共同組建，院長盧秉恒為 3D打印領域唯一中國工程院院士。

記者手記

3D打印對于制造業而言已經不是一個新概念，快速成型技術一直貫穿應用于產品的研發流程。筆者的理解是，這輪 3D打印技術來襲，目標是制造。3D打印已經從研發開始轉向產業化應用，與信息網絡技術深度融合后，必將給傳統制造業帶來變革性影響。新一輪科技革命和產業變革正在興起。“3D打印研究院考察團 -百人行”活動為行業人士提供了交流機會，并對 3D打印技術、應用及發展前景進行了深入的探討。endprint