楊永強教授：金屬增材制造將走向何方？

來源：3D打印商情

楊永強

華南理工大學教授，博士生導師

1談金屬增材制造的趨勢
楊永強教授：在所有增材制造技術里，金屬增材制造應該是目前發(fā)展最快，也是應用前景最好的技術之一。目前，它有幾個發(fā)展趨勢：一是，零件尺寸越做越大�，F(xiàn)在增材制造出來的零件大部分尺寸較小、效率偏低，滿足不了工業(yè)發(fā)展的要求以及市場對于大型零部件的需求；二是，成型效率和制造精度進一步提升。供應商、市場在這方面的要求也比較高；三是，比較完善的檢測系統(tǒng)和制造標準的出臺�，F(xiàn)在國內很多設備制造商，以及國外比較有名的一些制造商在中國銷售設備，但是，現(xiàn)在我們制造產品的標準以及檢測的體系還沒完全建立起來。很多人說國外的設備做的好，國內設備不好，這只是一個先入為主的觀念，沒有什么依據，這也體現(xiàn)了制訂標準的重要性；四是，應用端開發(fā)持續(xù)加快。無論是金屬增材制造還是3D打印，全球的應用、市場份額都不是很高，尤其在國內，盡管現(xiàn)在炒的火熱，但真正的市場營收、經濟效益并不明顯，甚至可以說比較少，主要的原因就在于應用端還沒有充分開發(fā)，在很多應用領域，人們還不太了解和認識金屬增材制造和3d打印技術，不知道它能做什么，能做到什么程度？因此，應用端是整個行業(yè)亟待開發(fā)的。

2談金屬增材制造工業(yè)應用
楊永強教授：金屬增材制造的工業(yè)化應用領域，主要有三個：

第一個是航空航天。航空航天領域很多零部件都比較復雜，成本較高，3D打印與增材制造因為它的技術特點，特別適合在這一應用領域大展拳腳。國外像GE公司，以及國內很多航空航天的企業(yè)也都非常重視在這一領域的發(fā)展。

第二個是生物醫(yī)療。3D打印在生物醫(yī)療領域的應用非常受矚目，且已經普及——從模型，到一類器械、二類三類器械都已經有成功案例，尤其是三類器械如植入體，這方面的應用受到了國家、地方還有整個行業(yè)的高度重視。所以說生物醫(yī)療是3D打印未來發(fā)展非常大的一個市場領域。不過，這一領域尚需解決一個約束的瓶頸——先獲取醫(yī)療許可。

第三個是工業(yè)模具領域。在3D打印還叫“快速成型”的時候，就有很多預測說模具行業(yè)是3D打印最大的應用領域。工業(yè)模具行業(yè)有著每年數(shù)千億的市場，可謂巨大。但3D打印在模具上的應用還遠遠沒有達到它該獲得的市場份額，還僅處于起步階段，主要原因在于它的競爭對手CNC技術比較成熟，很多工業(yè)模具用CNC機床就可以做出來，對比之下3D打印還沒有太大的優(yōu)勢，但隨著工業(yè)的發(fā)展、技術的提高，3D打印適合于各種形狀復雜、曲面、可打印內部結構的優(yōu)勢會凸顯。隨著以功能需要為導向的3D打印越來越被認可，當3D打印達到最佳的性價比時，未來在工業(yè)模具領域會有非常大的發(fā)展空間。

3談增材制造相關扶持政策
楊永強教授：在我國，從國家有關部委，到地方政府，都對3D打印產業(yè)給予很多政策和項目的支持。分兩個層面說吧：一、國家層面，基于產業(yè)發(fā)展的出發(fā)點，近年來，工信部、科技部、發(fā)改委等十二個部委發(fā)布了兩份制造產業(yè)的發(fā)展規(guī)劃——分別是《增材制造產業(yè)發(fā)展推進計劃（2015-2016）》與《增材制造產業(yè)發(fā)展行動計劃(2017-2020)》，在這兩個發(fā)展規(guī)劃里，都把金屬增材制造裝備、3D打印材料列為首要的發(fā)展對象之一，這也可以看出，增材制造技術在中國制造里的重要地位；二、地方層面，比如說，2014-2018年，廣東省連續(xù)4年推出了專門的激光和增材的重大專項，支持了很多項目；2018-19年又參照國家的科技部的重點研發(fā)計劃，也投入大筆資金支持并制訂了激光和增材制造的重點研發(fā)計劃。

無論是國家還是地方的這些實實在在的舉措，主要目的是推進產業(yè)發(fā)展。比如說廣東省去年年底出臺“促進科技創(chuàng)新十二條”，雖然沒有重點提及3D打印，但它也是科技創(chuàng)新重點支持、重點發(fā)展的對象。此外，還有很多配套的政策。

這些政策吸引了大量的社會資金投入到3D打印行業(yè)，促進了產業(yè)的繁榮發(fā)展。在這些政策、資金的支持下，國家級、省市級3D打印創(chuàng)新中心紛紛建立，甚至一些大企業(yè)，都在相繼建立增材制造研發(fā)和創(chuàng)新中心�？梢钥吹�，3D打印技術受到的重視可以說是前所未有的，沒有任何一個技術曾有如此待遇，相信在各級各方的重視下，金屬增材制造、3d打印有著非常光明的前景。

4談專利落地的產業(yè)化
楊永強教授：我們華南理工大學在金屬增材制造領域進行研發(fā)是從2002年開始的，也從那個時候開始進行專利上的布局。我們的專利大概分幾個方面，一是設備，設備的專利主要在關鍵技術和關鍵零部件方面；二是控制軟件和外觀設計專利；三是3D打印的創(chuàng)新應用。

我們華南理工大學金屬材料增材制造團隊經多年的積累，已經申請了300多項專利，其中，發(fā)明專利授權的已經達到48項，實用新型專利授權的已經超過了120項。我們還有很多應用領域的創(chuàng)新專利，比如醫(yī)學應用，從口腔科到骨科，有很多關鍵技術的專利……華南理工把一些重點設備的發(fā)明專利以及一些重點的實用新型專利轉移給了雷佳增材公司進行產業(yè)化。

雷佳是一家2017年成立的科技型企業(yè)，它主要以生產金屬3D打印機為主，目前有DiMetal-50、DiMetal-100等小型金屬3D打印機以及DiMetal-280、DiMetal-300、DiMetal-500等大型多材料金屬3D打印機。這些設備都是因應用需求而開發(fā)的。此外，雷佳還承接加工服務等業(yè)務，在模具、醫(yī)學、精密零部件、珠寶首飾等等行業(yè)，也做了大量的加工服務和示范應用。由于一個企業(yè)發(fā)展有一定的規(guī)律，雷佳成立才兩年，設備主要在一些特定行業(yè)銷售，市場占有率還有待提高。其實整個3D打印市場規(guī)�，F(xiàn)在也不是很大，所有的企業(yè)都處在開發(fā)市場的起步階段，但雷佳是一家開拓性企業(yè)，相信在不久的將來，雷佳的產品會在某一些行業(yè)里大放異彩。

我們還把一些應用方面的專利轉移給了其它企業(yè)，比如做牙科正畸托槽的廣州瑞通生物科技有限公司。我們還和北京大學第三醫(yī)院合作，申請了20多項像膝關節(jié)方面的發(fā)明專利，通過授權和出售的方式賣給了北京某家醫(yī)療器械有限公司，由他們專門把3D打印的膝關節(jié)應用到臨床上，進行產業(yè)化和醫(yī)療許可�？梢哉f，我們的技術專利，從專利申請、布局到專利轉化、應用等方面工作開展得十分順利。

5談金屬增材制造的產業(yè)布局
楊永強教授：目前整個3d打印的應用市場還有待開發(fā)，不光是雷佳，國內所有的3D打印設備制造商都肩負著開發(fā)市場的重要任務。雷佳在市場開發(fā)方面將著手在四個領域做一些準備與投入：一是醫(yī)學領域。醫(yī)學市場體量非常大，但醫(yī)學應用有一些準入門檻，比如3D打印產品須通過醫(yī)療器械管理部門和國家藥監(jiān)局認證，以及個性化設計方面也需要制定一些標準等等，而且社會認知也需要一個過程。目前在這一領域，我們可以提供一些加工服務，比如幫醫(yī)院打一些樣品來做一些測試性的臨床試驗，但大規(guī)模生產還需要進一步開發(fā)；二是模具領域。工業(yè)模具的需求非常大，3d打印未來在這一領域的巨大能量是可預見的。只是目前的3D打印在兩個方面有所欠缺——一是表面質量和尺寸精度需要提高；二是成本過高。隨著市場的開發(fā)、材料和設備的逐漸成熟，成本逐漸下降，高性價比的3D打印在模具領域廣泛應用指日可待；三是珠寶首飾領域。其實非金屬的蠟膜和樹脂膜在珠寶首飾領域的應用已經很普遍，但金屬打印現(xiàn)在還處于初期階段，未來市場的發(fā)展空間非常大，我們在這方面還需要做大量的開拓性工作去開發(fā)市場；四是精密小型零部件領域。打印體積小、形狀復雜、需求量大的物件是3D打印的優(yōu)勢所在，量產化是未來的發(fā)展方向，以此打破“3D打印只能做單件和小批量生產”的束縛，精密小型零部件將會是產生巨大經濟效益的領域。目前我們已經在這個領域做了一些嘗試，取得了不小的突破。

6談增材制造產業(yè)化的經驗與教訓
楊永強教授：對一種新的技術進行一些創(chuàng)新的開發(fā)其實并不是一件容易的事，要在增材制造行業(yè)扎穩(wěn)腳跟，首先，你需要有敏銳的眼光，在整個科技發(fā)展的前沿發(fā)現(xiàn)并找到適合自己的突破口，即是根據自身的能力、自身的優(yōu)勢選擇適合的技術領域，而不是盲目地對不擅長的事情大包大攬。比如我87年研究生畢業(yè)就進入了激光領域，在相長的時間里，這個行業(yè)并沒有做起來，在我接觸激光3D打印技術后，我覺得這會是未來一個很有潛力的發(fā)展方向，便從激光行業(yè)轉到了增材制造技術上來，也算是比較早進入增材制造領域的。

第二點，長時間的堅持。我曾說過我在這個行業(yè)里坐了10年冷板凳，這話怎么說的呢？就是我們剛剛開始金屬3D打印研究的時候，大家對此相當陌生，都覺得這是很好的技術，但當我們進行推廣的時候，他們就會說你的尺寸精度不夠，強度不行……缺點能給你說一大堆，但在挫折面前，你需要保持耐心，認準一個方向后，堅持不懈，幾年、幾十年……投入大量的精力去堅持。很多同行說我們華南理工大學的團隊在這個領域做的非常好，其實大家只看到我們今天的輝煌，沒看到我們前面那么多年的心酸。人們從開始的不認識到認識，到現(xiàn)在有更多的人來主導、來投入這一技術領域，做研發(fā)、做生產，發(fā)展態(tài)勢很喜人。

第三，緊跟市場。我們做科研的，做論文、做技術研究，如果束之高閣并不會產生什么社會效益，要緊跟市場，去做一些應用前景比較好且市場需求的技術開發(fā)。這些年來，我們華南理工大學一直就是這么做的。