3D打印技術(shù)加速制造業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型發(fā)展

張楠

近年來(lái)，促進(jìn)數(shù)字技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合發(fā)展、賦能傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)已成為廣泛共識(shí)。制造業(yè)是實(shí)體經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是立國(guó)之本、強(qiáng)國(guó)之基、興國(guó)之器。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，中國(guó)已成為當(dāng)之無(wú)愧的制造大國(guó)。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代到來(lái)，3D打印技術(shù)不斷實(shí)現(xiàn)突破，為制造業(yè)更好更快發(fā)展注入了新的動(dòng)能，不斷推動(dòng)制造業(yè)向數(shù)字化方向轉(zhuǎn)型升級(jí)。

那么，如何構(gòu)建3D打印行業(yè)生態(tài)、解鎖數(shù)字化制造新動(dòng)能。北京工業(yè)大學(xué)3D打印工程中心主任、北京市數(shù)字化醫(yī)療3D打印工程技術(shù)研究中心主任陳建民教授接受了采訪，就3D打印技術(shù)對(duì)制造業(yè)數(shù)字轉(zhuǎn)型升級(jí)的促進(jìn)作用，及未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行了解讀。

3D打印助推中國(guó)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

在中國(guó)乃至全球，制造業(yè)正在面臨一場(chǎng)數(shù)字化浪潮，傳統(tǒng)制造逐漸被數(shù)字制造、增材制造取代的趨勢(shì)已經(jīng)顯現(xiàn)。在這個(gè)浪潮下，3D打印技術(shù)又在推動(dòng)中國(guó)制造企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中發(fā)揮什么樣的作用呢？陳建民認(rèn)為，隨著我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)有傳統(tǒng)制造業(yè)正在通過(guò)數(shù)字化技術(shù)向智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)。3D打印在產(chǎn)業(yè)鏈過(guò)程中從前期建模、使用材料到工藝應(yīng)用實(shí)現(xiàn)全過(guò)程數(shù)字化，對(duì)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用發(fā)揮了積極的促進(jìn)作用。

同時(shí)，數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了3D打印的技術(shù)突破。陳建民用3D打印技術(shù)在牙齒修復(fù)和治療領(lǐng)域的應(yīng)用來(lái)說(shuō)明3D打印技術(shù)的數(shù)字化趨勢(shì)。陳建民介紹：“目前，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)，使許多以前無(wú)法用3D打印實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用變得可能。例如：在牙科治療中，牙齒種植以前主要是通過(guò)硅膠倒模的方式來(lái)獲取牙齒物理模型，現(xiàn)在制作牙齒模型所需要的三維數(shù)據(jù)可通過(guò)數(shù)字化掃描口腔來(lái)收集。結(jié)合了3D打印的數(shù)字化口腔技術(shù)為牙科行業(yè)帶來(lái)了精度高、成本低、效率高等優(yōu)勢(shì)。”

中國(guó)是全世界最大的制造中心，中國(guó)企業(yè)在傳統(tǒng)制造領(lǐng)域具有無(wú)可比擬的競(jìng)爭(zhēng)力，傳統(tǒng)制造雖然無(wú)法單純被3D打印完全替代，但是3D打印可以作為補(bǔ)充性技術(shù)，幫助傳統(tǒng)制造業(yè)擴(kuò)展更多應(yīng)用，找到更多的應(yīng)用場(chǎng)景，讓中國(guó)的制造企業(yè)在更好的環(huán)境下找到更多的優(yōu)勢(shì)。

陳建民表示：“以在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的金屬3D打印技術(shù)為例，主要采用激光掃描金屬粉末層層疊加成為精準(zhǔn)金屬零件，用于航空、航天等精密制造領(lǐng)域。隨著金屬噴射、電弧增材等先進(jìn)技術(shù)的普及，將大大降低金屬3D打印的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，隨著材料技術(shù)、激光技術(shù)的發(fā)展，其成本不斷降低、精度不斷提高。在不久的將來(lái)，金屬3D打印技術(shù)將得到很大突破，并在工業(yè)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)用，從而更好更快推動(dòng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展。”

3D打印技術(shù)目前仍處于發(fā)展階段，而數(shù)字化制造是一個(gè)龐大的增量市場(chǎng)。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和區(qū)塊鏈等技術(shù)的不斷成熟和完善，這些技術(shù)如果能和3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)深度融合發(fā)展，應(yīng)用于更多終端產(chǎn)品，對(duì)加速推進(jìn)中國(guó)數(shù)字化制造進(jìn)程具有重要意義，和深遠(yuǎn)影響。

拓寬應(yīng)用場(chǎng)景萬(wàn)物皆可打印未來(lái)可期

“3D打印”又稱三維增材快速制造，是以數(shù)字建模等數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用金屬、陶瓷、塑料、橡膠、尼龍、樹(shù)脂等多種材料，通過(guò)逐層增加材料打印出三維實(shí)物產(chǎn)品。目前，3D打印技術(shù)數(shù)字化應(yīng)用飛速發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)景不斷豐富，已用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、模具制造、工程施工、汽車船舶等精密部件，航空、航天、航海等“三航”領(lǐng)域、教育文化，影視傳媒、文化創(chuàng)意等領(lǐng)域，也應(yīng)用到了牙科、骨科、腫瘤科等醫(yī)療領(lǐng)域。

陳建民對(duì)3D打印技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望：“據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，市場(chǎng)上3D打印技術(shù)有三四十種之多，每種材料所使用的技術(shù)都不同，各有千秋，因此看3D打印技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。目前3D打印技術(shù)應(yīng)用主要應(yīng)用在個(gè)性化場(chǎng)景，如航空航天航海‘三航領(lǐng)域的復(fù)雜精密構(gòu)建的應(yīng)用，在醫(yī)療領(lǐng)域的人體骨骼、關(guān)節(jié)和牙齒的應(yīng)用，在影視道具、文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的個(gè)性化應(yīng)用。通過(guò)軟件建模形成數(shù)字化三維模型，再根據(jù)需求選擇不同的材料和技術(shù)，未來(lái)我們?cè)诩依锞湍艽蛴∽约核枰挠闷贰ｋS著3D打印技術(shù)的不斷完善，萬(wàn)物皆可打印未來(lái)可期。”

北京工業(yè)大學(xué)3D打印工程中心主任、北京市數(shù)字化醫(yī)療3D打印工程技術(shù)研究中心主任陳建民

3D打印技術(shù)可大幅降低生產(chǎn)成本，提高原材料和能源的使用效率，減少對(duì)環(huán)境的影響。隨著信息技術(shù)和新材料、新能源等科技的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，人工智能、數(shù)字制造使得3D打印現(xiàn)代制造技術(shù)不斷突破，市場(chǎng)需求逐步成熟，3D打印產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化、市場(chǎng)化發(fā)展勢(shì)在必行，將開(kāi)啟“萬(wàn)物皆可打印、開(kāi)發(fā)成本降低、打印質(zhì)量穩(wěn)定”的嶄新篇章。

產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同推進(jìn)3D打印技術(shù)成果轉(zhuǎn)化

在北京工業(yè)大學(xué)3D打印技術(shù)研究中心，通過(guò)3D打印技術(shù)生產(chǎn)的精準(zhǔn)化、個(gè)體化的脊柱側(cè)彎矯形器，惟妙惟肖、栩栩如生的文化創(chuàng)意工藝品和科幻電影道具，通過(guò)足部3D掃描取樣、足部壓力分布分析和計(jì)算輔助設(shè)計(jì)技術(shù)生產(chǎn)的3D打印矯形鞋墊，在這里3D打印技術(shù)已不再是一項(xiàng)冰冷的技術(shù)，映入眼簾的是一件件基于不同應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)實(shí)在在的產(chǎn)品，讓人們真正理解了什么是產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展。

陳建民表示：“作為不同于傳統(tǒng)材料加工原理的重要制造技術(shù)，3D打印技術(shù)是一項(xiàng)跨學(xué)科的綜合性和復(fù)雜性較高的技術(shù)，涉及學(xué)科多、技術(shù)要求高、產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，資源整合難度大。為此，在北京市科委、北京市教委和校領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，北京工業(yè)大學(xué)3D打印技術(shù)研究中心整合了北京工業(yè)大學(xué)激光工程研究院、機(jī)電學(xué)院、材料學(xué)院、電控學(xué)院、生命學(xué)院等單位的研究團(tuán)隊(duì)。從真正意義上實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，才能更好地促進(jìn)3D打印技術(shù)的不斷創(chuàng)新和突破。”FACA78B4-8B88-49D4-8BD7-6A1C1AC86160

陳建民認(rèn)為，除了跨學(xué)科創(chuàng)新協(xié)同機(jī)制的建立，與市場(chǎng)的結(jié)合也能更好地推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展。為此，研究中心也在積極地與國(guó)內(nèi)3D打印相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)秀企業(yè)合作，重點(diǎn)突破3D打印材料、工藝與裝備、工具軟件關(guān)鍵技術(shù)，建立國(guó)內(nèi)首創(chuàng)和世界一流的“3D打印協(xié)同創(chuàng)新中心與服務(wù)平臺(tái)”，進(jìn)行技術(shù)、機(jī)制體制和商業(yè)模式創(chuàng)新，把科研成果推向市場(chǎng)，讓3D打印技術(shù)更好地服務(wù)社會(huì)大眾。

3D打印技術(shù)是一項(xiàng)跨學(xué)科的綜合性和復(fù)雜性較高的技術(shù)

3D打印技術(shù)為人類健康謀福祉

技術(shù)進(jìn)步的根本是為人類謀福祉。我們的生活每天都在發(fā)生變化，高科技的融入，豐富了我們的生活，也給我們帶來(lái)了很多的便利，幸福指數(shù)也在逐年提升。尤其是3D打印應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，使得病患的痛苦得到極大地減少，不斷創(chuàng)造著生命的奇跡，在讓更多的病患享受到個(gè)性化診療服務(wù)的同時(shí)，為他們帶去重獲健康的希望。

基于研究中心在數(shù)字化醫(yī)療領(lǐng)域的成果，其于2016年獲得北京市數(shù)字化醫(yī)療3D打印工程技術(shù)研究中心授牌。中心與醫(yī)療單位進(jìn)行合作，開(kāi)展了頜面腫瘤靶標(biāo)治療規(guī)劃與3D打印服務(wù)，研制了治療規(guī)劃、導(dǎo)板設(shè)計(jì)、3D打印與療效評(píng)價(jià)工具軟件，突破了導(dǎo)板設(shè)計(jì)與高效成型及質(zhì)量檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了面曝光快速3D打印設(shè)備和導(dǎo)板檢測(cè)設(shè)備，申報(bào)了專利和軟件著作，形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

那么，3D打印技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域都有哪些數(shù)字化應(yīng)用呢？基于中心的研究工作，陳建民表示：“醫(yī)生在手術(shù)中往往會(huì)借助CT、超聲、核磁等相關(guān)儀器設(shè)備開(kāi)展造影來(lái)進(jìn)行病患的病灶、病理的正確判斷。如果通過(guò)3D打印技術(shù)把傳統(tǒng)的平面影像變成立體的三維模型，對(duì)醫(yī)生的精準(zhǔn)診療將起到極大的促進(jìn)作用，目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到許多醫(yī)院的臨床應(yīng)用階段。醫(yī)生在面對(duì)不同病人，使用3D打印技術(shù)可以為其提供更多便利，滿足其在診療中的特殊性、個(gè)性化工具需求，來(lái)提高手術(shù)效率。例如：研究中心開(kāi)發(fā)的數(shù)字化醫(yī)療3D打印醫(yī)療模板導(dǎo)向技術(shù)的成功應(yīng)用，助力實(shí)現(xiàn)不同病患的個(gè)性化精準(zhǔn)醫(yī)療服務(wù)，大大提高了診療的準(zhǔn)確度和手術(shù)的精準(zhǔn)度。同時(shí)，3D打印技術(shù)在人體骨骼、關(guān)節(jié)的打印也是醫(yī)療領(lǐng)域的重點(diǎn)應(yīng)用之一，它可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)每個(gè)人不同的體型體態(tài)的個(gè)體差異來(lái)實(shí)現(xiàn)定制化打印。當(dāng)然，也對(duì)其所使用的材料、形狀和性能也提出了較高要求，這就更需要廣大科研人員不斷加強(qiáng)科技攻關(guān)，為技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步不懈努力。”

在采訪中，陳建民介紹了研究中心在北京市科委支持下研發(fā)的腫瘤手術(shù)導(dǎo)板3D打印技術(shù)：“該項(xiàng)技術(shù)可以根據(jù)病患體內(nèi)的腫瘤形狀、大小設(shè)計(jì)出植入粒子3D打印導(dǎo)板，并計(jì)算出需要植入粒子數(shù)量和分布規(guī)律，通過(guò)導(dǎo)板把粒子按照電腦設(shè)計(jì)精確地植入腫瘤體，在完成腫瘤消殺地同時(shí)，人體其他組織也不會(huì)受到影響，引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。未來(lái)該項(xiàng)技術(shù)還將得到進(jìn)一步推廣。”將3D打印技術(shù)用在放射性粒子植入術(shù)中在國(guó)內(nèi)尚屬首次，這是臨床治療的新突破，也為人類健康帶來(lái)了福音。

陳建民深入系統(tǒng)地解讀了3D打印技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域、技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展前景，為我們描繪了一幅3D打印技術(shù)大發(fā)展、大繁榮的美好藍(lán)圖。在國(guó)家大力發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，加快推進(jìn)數(shù)字產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的今天，集成了當(dāng)代諸多學(xué)科先進(jìn)成果的3D打印技術(shù)，它是實(shí)現(xiàn)制造業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的加速器，其持續(xù)推廣應(yīng)用和高質(zhì)量發(fā)展將為推動(dòng)社會(huì)的巨大進(jìn)步持續(xù)做出貢獻(xiàn)。FACA78B4-8B88-49D4-8BD7-6A1C1AC86160