一項顛覆性的制造技術正在進入普通人的生活——
3D打印
第三次工業(yè)革命的重大標志(關注)
今年4月，英國《經(jīng)濟學人》刊文認為，3D打印技術將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起，推動第三次工業(yè)革命的實現(xiàn)。
傳統(tǒng)制造技術是“減材制造技術”，3D打印則是“增材制造技術”，它具有制造成本低、生產(chǎn)周期短等明顯優(yōu)勢，被譽為“第三次工業(yè)革命最具標志性的生產(chǎn)工具”。
3D打印技術的發(fā)展前景如何？中國能否抓住這一技術變革帶來的機遇，在工業(yè)制造上趕超發(fā)達國家？記者對此進行了調(diào)查采訪。
3D打印最大優(yōu)勢在于拓展設計人員的想象空間
只需在電腦中繪制一個三維鼠標圖，按下“確定”鍵，一個實實在在的鼠標外殼就可“打印”出來
按照傳統(tǒng)的制造方法，制造一個普通的鼠標外殼，大約需要七八道工序：繪制草圖、制作泥模、雕刻鼠標原型、生產(chǎn)出模具、用壓力將熔融的塑料注進模具，再冷卻成型……
如果借助3D打印，你只需要在電腦中繪制一個三維鼠標圖，按下“確定”鍵，稍等一會兒，一個實實在在的鼠標外殼就可“打印”出來。
從復雜的工業(yè)零件到日常生活中的鍋碗瓢盆，只要有三維數(shù)據(jù)和相應的材料，無需借助模具或刀具，就可以被“打印”出來。
3D打印技術為何如此神奇？
據(jù)專家介紹，3D打印參照的是打印機技術原理，分層加工：將計算機設計出的物體分解成若干層平面數(shù)據(jù)，然后把金屬、陶瓷等粉末材料按平面數(shù)據(jù)燒結(jié)，形成一個平面形狀，再通過層層累積疊加，生成一個立體物體。
與傳統(tǒng)的去除材料加工技術不同，3D打印將多維制造變?yōu)楹唵蔚挠上轮辽系亩S疊加，從而大大降低了設計與制造的復雜度。同時，3D打印還可以制造傳統(tǒng)方式無法加工的奇異結(jié)構(gòu)，尤其適合動力裝備、航空航天、汽車等高端產(chǎn)品上關鍵零部件的制造。
華中科技大學快速制造中心是我國最早研發(fā)3D打印技術的單位之一，該中心主任史玉升認為，3D打印技術最大的優(yōu)勢在于能拓展設計人員的想象空間：“只要能在計算機上設計成三維圖形的東西，無論是造型各異的服裝、精美的工藝品，還是個性化的車子，如果材料問題解決了，都可以打印。”
史玉升甚至這樣暢想：將來的某一天，準備出國的人在出門前覺得所穿鞋子太大眾化了，可以自己設計并“打印”出一雙獨一無二的鞋子；然后開著早已“打印”好的個性化的轎車奔向機場；登上飛機得知，這是一架“打印”出來的飛機……
加工成本低、生產(chǎn)周期短、節(jié)省材料
大到飛行器、賽車，小到服裝、手機殼都可3D打印。美國小型家用3D打印機“每4公里有一臺”。中國正開發(fā)一款1萬元左右的3D打印機，將向?qū)W校推廣
與傳統(tǒng)的制造技術相比，3D打印具有加工成本低、生產(chǎn)周期短、節(jié)省材料等明顯優(yōu)勢，從航空、動力裝備到醫(yī)療、體育、影視等諸多領域，均可大顯身手。
事實上，在美英等國，3D打印技術已有較為廣泛的應用。
大到飛行器、賽車，小到服裝、手機殼，制造廠家借著3D打印的東風，煥發(fā)出新的生命力。由于3D打印制品能實現(xiàn)產(chǎn)品的自然無縫連接，從而達到傳統(tǒng)制造方法遠不可即的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性和連接強度，已成為國外研究空間飛行器的關鍵技術。據(jù)悉，美國國家航空航天局正在研究一項被稱為“未來3D打印宇宙飛船”的技術，希望通過3D打印，制造出“廉價的機器人宇宙飛船”。
在美國，價格低、操作簡便的小型家用3D打印機已到了“每4公里范圍內(nèi)有一臺”的普及程度，其購買量不斷攀升。
在我國，華中科技大學、西安交通大學、清華大學等高校和科研機構(gòu)也相繼研發(fā)出多種系列的3D打印機，部分技術已達到世界領先水平。
史玉升介紹，一些鑄造企業(yè)應用他們研發(fā)的選擇性激光燒結(jié)3D打印機，將復雜鑄件的交貨期由傳統(tǒng)的3個月縮短到10天左右；某發(fā)動機制造商采用他們的設備，把大型六缸柴油發(fā)動機缸蓋砂芯的研制周期，由過去的5個月縮短至1周。
目前，他們正在開發(fā)一款1萬塊錢左右的3D打印機，將來向?qū)W校推廣。“3D打印技術可以讓孩子們迅速將自己的創(chuàng)新設計變成實物，有助于提高中小學生的創(chuàng)新、設計和動手能力。”
“金屬3D打印技術開辟了骨科植入技術的新紀元，使多孔生物學固定表面制造瓶頸迎刃而解。”上海交通大學[微博]李祥教授說，他們正致力于將此技術運用到臨床醫(yī)學治療中。北京航空制造所基于3D打印技術研發(fā)了國內(nèi)第一臺電子束熔絲沉積成型設備，大幅提升了材料的利用率，減少了銑切量，縮短了制造周期。
有專家認為，3D打印作為一項顛覆性的制造技術，誰能夠最大程度地研發(fā)、應用，就意味著掌握了制造業(yè)乃至工業(yè)發(fā)展的主動權。
中國被認為有望成為最大3D打印業(yè)國家
目前3D打印技術尚不具備取代傳統(tǒng)制造業(yè)的條件，在大批量制造等方面，高效低成本的傳統(tǒng)減材制造法更勝一籌
《國際增材制造行業(yè)發(fā)展報告》顯示，3D打印技術2011年全球直接產(chǎn)值為17.14億美元，年增長達29.1%。隨著我國3D打印技術的不斷突破和全球市場份額的增加，美國得克薩斯州大學Davidl·bourell教授預言：中國有望成為最大的增材制造業(yè)國家。
不過，讓夢想照進現(xiàn)實的3D打印技術，目前還有一些短板。
“由于增材制造的材料研發(fā)難度大，導致3D打印制造成本較高；金屬材料成形的制造效率不高，每小時大約只有100到3000克。”西安交通大學盧秉恒院士指出，目前增材制造技術在我國主要應用于產(chǎn)品研發(fā)，還面臨制造精度不高等實際問題。
據(jù)了解，增材制造技術在我國重工業(yè)零部件制造方面得到一定應用，但尚未進入大規(guī)模工業(yè)化，其工藝與裝備都有待進一步開發(fā)。
華中科技大學王運贛教授則認為：未來傳統(tǒng)的減材制造法依然是主流，增材制造法是補充手段。他希望大家能理性看待3D打印，與長期使用的減材制造法進行比較，以便更好地發(fā)揮增材制造法的優(yōu)勢，克服增材制造的缺陷。
就目前的形勢來看，3D打印技術尚不具備取代傳統(tǒng)制造業(yè)的條件；在大批量制造等方面，高效低成本的傳統(tǒng)減材制造法更勝一籌。
難以形成規(guī)模經(jīng)濟，是3D打印的軟肋。如何邁過這道坎兒，是目前科技界和工業(yè)界的待解難題。
