楊永強(qiáng)教授：金屬增材制造將走向何方？

來(lái)源：3D打印商情

楊永強(qiáng)

華南理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師

1談金屬增材制造的趨勢(shì)
楊永強(qiáng)教授：在所有增材制造技術(shù)里，金屬增材制造應(yīng)該是目前發(fā)展最快，也是應(yīng)用前景最好的技術(shù)之一。目前，它有幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：一是，零件尺寸越做越大。現(xiàn)在增材制造出來(lái)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(chǎng)對(duì)于大型零部件的需求；二是，成型效率和制造精度進(jìn)一步提升。供應(yīng)商、市場(chǎng)在這方面的要求也比較高；三是，比較完善的檢測(cè)系統(tǒng)和制造標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)�，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)很多設(shè)備制造商，以及國(guó)外比較有名的一些制造商在中國(guó)銷售設(shè)備，但是，現(xiàn)在我們制造產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)以及檢測(cè)的體系還沒(méi)完全建立起來(lái)。很多人說(shuō)國(guó)外的設(shè)備做的好，國(guó)內(nèi)設(shè)備不好，這只是一個(gè)先入為主的觀念，沒(méi)有什么依據(jù)，這也體現(xiàn)了制訂標(biāo)準(zhǔn)的重要性；四是，應(yīng)用端開(kāi)發(fā)持續(xù)加快。無(wú)論是金屬增材制造還是3D打印，全球的應(yīng)用、市場(chǎng)份額都不是很高，尤其在國(guó)內(nèi)，盡管現(xiàn)在炒的火熱，但真正的市場(chǎng)營(yíng)收、經(jīng)濟(jì)效益并不明顯，甚至可以說(shuō)比較少，主要的原因就在于應(yīng)用端還沒(méi)有充分開(kāi)發(fā)，在很多應(yīng)用領(lǐng)域，人們還不太了解和認(rèn)識(shí)金屬增材制造和3d打印技術(shù)，不知道它能做什么，能做到什么程度？因此，應(yīng)用端是整個(gè)行業(yè)亟待開(kāi)發(fā)的。

2談金屬增材制造工業(yè)應(yīng)用
楊永強(qiáng)教授：金屬增材制造的工業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域，主要有三個(gè)：

第一個(gè)是航空航天。航空航天領(lǐng)域很多零部件都比較復(fù)雜，成本較高，3D打印與增材制造因?yàn)樗�的技術(shù)特點(diǎn)，特別適合在這一應(yīng)用領(lǐng)域大展拳腳。國(guó)外像GE公司，以及國(guó)內(nèi)很多航空航天的企業(yè)也都非常重視在這一領(lǐng)域的發(fā)展。

第二個(gè)是生物醫(yī)療。3D打印在生物醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用非常受矚目，且已經(jīng)普及——從模型，到一類器械、二類三類器械都已經(jīng)有成功案例，尤其是三類器械如植入體，這方面的應(yīng)用受到了國(guó)家、地方還有整個(gè)行業(yè)的高度重視。所以說(shuō)生物醫(yī)療是3D打印未來(lái)發(fā)展非常大的一個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域。不過(guò)，這一領(lǐng)域尚需解決一個(gè)約束的瓶頸——先獲取醫(yī)療許可。

第三個(gè)是工業(yè)模具領(lǐng)域。在3D打印還叫“快速成型”的時(shí)候，就有很多預(yù)測(cè)說(shuō)模具行業(yè)是3D打印最大的應(yīng)用領(lǐng)域。工業(yè)模具行業(yè)有著每年數(shù)千億的市場(chǎng)，可謂巨大。但3D打印在模具上的應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到它該獲得的市場(chǎng)份額，還僅處于起步階段，主要原因在于它的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手CNC技術(shù)比較成熟，很多工業(yè)模具用CNC機(jī)床就可以做出來(lái)，對(duì)比之下3D打印還沒(méi)有太大的優(yōu)勢(shì)，但隨著工業(yè)的發(fā)展、技術(shù)的提高，3D打印適合于各種形狀復(fù)雜、曲面、可打印內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)會(huì)凸顯。隨著以功能需要為導(dǎo)向的3D打印越來(lái)越被認(rèn)可，當(dāng)3D打印達(dá)到最佳的性價(jià)比時(shí)，未來(lái)在工業(yè)模具領(lǐng)域會(huì)有非常大的發(fā)展空間。

3談增材制造相關(guān)扶持政策
楊永強(qiáng)教授：在我國(guó)，從國(guó)家有關(guān)部委，到地方政府，都對(duì)3D打印產(chǎn)業(yè)給予很多政策和項(xiàng)目的支持。分兩個(gè)層面說(shuō)吧：一、國(guó)家層面，基于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的出發(fā)點(diǎn)，近年來(lái)，工信部、科技部、發(fā)改委等十二個(gè)部委發(fā)布了兩份制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)劃——分別是《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃（2015-2016）》與《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2017-2020)》，在這兩個(gè)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(duì)象之一，這也可以看出，增材制造技術(shù)在中國(guó)制造里的重要地位；二、地方層面，比如說(shuō)，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(xiàng)，支持了很多項(xiàng)目；2018-19年又參照國(guó)家的科技部的重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，也投入大筆資金支持并制訂了激光和增材制造的重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。

無(wú)論是國(guó)家還是地方的這些實(shí)實(shí)在在的舉措，主要目的是推進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。比如說(shuō)廣東省去年年底出臺(tái)“促進(jìn)科技創(chuàng)新十二條”，雖然沒(méi)有重點(diǎn)提及3D打印，但它也是科技創(chuàng)新重點(diǎn)支持、重點(diǎn)發(fā)展的對(duì)象。此外，還有很多配套的政策。

這些政策吸引了大量的社會(huì)資金投入到3D打印行業(yè)，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展。在這些政策、資金的支持下，國(guó)家級(jí)、省市級(jí)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(shù)受到的重視可以說(shuō)是前所未有的，沒(méi)有任何一個(gè)技術(shù)曾有如此待遇，相信在各級(jí)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(chǎn)業(yè)化
楊永強(qiáng)教授：我們?nèi)A南理工大學(xué)在金屬增材制造領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)是從2002年開(kāi)始的，也從那個(gè)時(shí)候開(kāi)始進(jìn)行專利上的布局。我們的專利大概分幾個(gè)方面，一是設(shè)備，設(shè)備的專利主要在關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵零部件方面；二是控制軟件和外觀設(shè)計(jì)專利；三是3D打印的創(chuàng)新應(yīng)用。

我們?nèi)A南理工大學(xué)金屬材料增材制造團(tuán)隊(duì)經(jīng)多年的積累，已經(jīng)申請(qǐng)了300多項(xiàng)專利，其中，發(fā)明專利授權(quán)的已經(jīng)達(dá)到48項(xiàng)，實(shí)用新型專利授權(quán)的已經(jīng)超過(guò)了120項(xiàng)。我們還有很多應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新專利，比如醫(yī)學(xué)應(yīng)用，從口腔科到骨科，有很多關(guān)鍵技術(shù)的專利……華南理工把一些重點(diǎn)設(shè)備的發(fā)明專利以及一些重點(diǎn)的實(shí)用新型專利轉(zhuǎn)移給了雷佳增材公司進(jìn)行產(chǎn)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(chǎn)金屬3D打印機(jī)為主，目前有DiMetal-50、DiMetal-100等小型金屬3D打印機(jī)以及DiMetal-280、DiMetal-300、DiMetal-500等大型多材料金屬3D打印機(jī)。這些設(shè)備都是因應(yīng)用需求而開(kāi)發(fā)的。此外，雷佳還承接加工服務(wù)等業(yè)務(wù)，在模具、醫(yī)學(xué)、精密零部件、珠寶首飾等等行業(yè)，也做了大量的加工服務(wù)和示范應(yīng)用。由于一個(gè)企業(yè)發(fā)展有一定的規(guī)律，雷佳成立才兩年，設(shè)備主要在一些特定行業(yè)銷售，市場(chǎng)占有率還有待提高。其實(shí)整個(gè)3D打印市場(chǎng)規(guī)模現(xiàn)在也不是很大，所有的企業(yè)都處在開(kāi)發(fā)市場(chǎng)的起步階段，但雷佳是一家開(kāi)拓性企業(yè)，相信在不久的將來(lái)，雷佳的產(chǎn)品會(huì)在某一些行業(yè)里大放異彩。

我們還把一些應(yīng)用方面的專利轉(zhuǎn)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(xué)第三醫(yī)院合作，申請(qǐng)了20多項(xiàng)像膝關(guān)節(jié)方面的發(fā)明專利，通過(guò)授權(quán)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(guān)節(jié)應(yīng)用到臨床上，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化和醫(yī)療許可。可以說(shuō)，我們的技術(shù)專利，從專利申請(qǐng)、布局到專利轉(zhuǎn)化、應(yīng)用等方面工作開(kāi)展得十分順利。

5談金屬增材制造的產(chǎn)業(yè)布局
楊永強(qiáng)教授：目前整個(gè)3d打印的應(yīng)用市場(chǎng)還有待開(kāi)發(fā)，不光是雷佳，國(guó)內(nèi)所有的3D打印設(shè)備制造商都肩負(fù)著開(kāi)發(fā)市場(chǎng)的重要任務(wù)。雷佳在市場(chǎng)開(kāi)發(fā)方面將著手在四個(gè)領(lǐng)域做一些準(zhǔn)備與投入：一是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)市場(chǎng)體量非常大，但醫(yī)學(xué)應(yīng)用有一些準(zhǔn)入門檻，比如3D打印產(chǎn)品須通過(guò)醫(yī)療器械管理部門和國(guó)家藥監(jiān)局認(rèn)證，以及個(gè)性化設(shè)計(jì)方面也需要制定一些標(biāo)準(zhǔn)等等，而且社會(huì)認(rèn)知也需要一個(gè)過(guò)程。目前在這一領(lǐng)域，我們可以提供一些加工服務(wù)，比如幫醫(yī)院打一些樣品來(lái)做一些測(cè)試性的臨床試驗(yàn)，但大規(guī)模生產(chǎn)還需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)；二是模具領(lǐng)域。工業(yè)模具的需求非常大，3d打印未來(lái)在這一領(lǐng)域的巨大能量是可預(yù)見(jiàn)的。只是目前的3D打印在兩個(gè)方面有所欠缺——一是表面質(zhì)量和尺寸精度需要提高；二是成本過(guò)高。隨著市場(chǎng)的開(kāi)發(fā)、材料和設(shè)備的逐漸成熟，成本逐漸下降，高性價(jià)比的3D打印在模具領(lǐng)域廣泛應(yīng)用指日可待；三是珠寶首飾領(lǐng)域。其實(shí)非金屬的蠟?zāi)ず蜆?shù)脂膜在珠寶首飾領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)很普遍，但金屬打印現(xiàn)在還處于初期階段，未來(lái)市場(chǎng)的發(fā)展空間非常大，我們?cè)谶@方面還需要做大量的開(kāi)拓性工作去開(kāi)發(fā)市場(chǎng)；四是精密小型零部件領(lǐng)域。打印體積小、形狀復(fù)雜、需求量大的物件是3D打印的優(yōu)勢(shì)所在，量產(chǎn)化是未來(lái)的發(fā)展方向，以此打破“3D打印只能做單件和小批量生產(chǎn)”的束縛，精密小型零部件將會(huì)是產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益的領(lǐng)域。目前我們已經(jīng)在這個(gè)領(lǐng)域做了一些嘗試，取得了不小的突破。

6談增材制造產(chǎn)業(yè)化的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)
楊永強(qiáng)教授：對(duì)一種新的技術(shù)進(jìn)行一些創(chuàng)新的開(kāi)發(fā)其實(shí)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(gè)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(jù)自身的能力、自身的優(yōu)勢(shì)選擇適合的技術(shù)領(lǐng)域，而不是盲目地對(duì)不擅長(zhǎng)的事情大包大攬。比如我87年研究生畢業(yè)就進(jìn)入了激光領(lǐng)域，在相長(zhǎng)的時(shí)間里，這個(gè)行業(yè)并沒(méi)有做起來(lái)，在我接觸激光3D打印技術(shù)后，我覺(jué)得這會(huì)是未來(lái)一個(gè)很有潛力的發(fā)展方向，便從激光行業(yè)轉(zhuǎn)到了增材制造技術(shù)上來(lái)，也算是比較早進(jìn)入增材制造領(lǐng)域的。

第二點(diǎn)，長(zhǎng)時(shí)間的堅(jiān)持。我曾說(shuō)過(guò)我在這個(gè)行業(yè)里坐了10年冷板凳，這話怎么說(shuō)的呢？就是我們剛剛開(kāi)始金屬3D打印研究的時(shí)候，大家對(duì)此相當(dāng)陌生，都覺(jué)得這是很好的技術(shù)，但當(dāng)我們進(jìn)行推廣的時(shí)候，他們就會(huì)說(shuō)你的尺寸精度不夠，強(qiáng)度不行……缺點(diǎn)能給你說(shuō)一大堆，但在挫折面前，你需要保持耐心，認(rèn)準(zhǔn)一個(gè)方向后，堅(jiān)持不懈，幾年、幾十年……投入大量的精力去堅(jiān)持。很多同行說(shuō)我們?nèi)A南理工大學(xué)的團(tuán)隊(duì)在這個(gè)領(lǐng)域做的非常好，其實(shí)大家只看到我們今天的輝煌，沒(méi)看到我們前面那么多年的心酸。人們從開(kāi)始的不認(rèn)識(shí)到認(rèn)識(shí)，到現(xiàn)在有更多的人來(lái)主導(dǎo)、來(lái)投入這一技術(shù)領(lǐng)域，做研發(fā)、做生產(chǎn)，發(fā)展態(tài)勢(shì)很喜人。

第三，緊跟市場(chǎng)。我們做科研的，做論文、做技術(shù)研究，如果束之高閣并不會(huì)產(chǎn)生什么社會(huì)效益，要緊跟市場(chǎng)，去做一些應(yīng)用前景比較好且市場(chǎng)需求的技術(shù)開(kāi)發(fā)。這些年來(lái)，我們?nèi)A南理工大學(xué)一直就是這么做的。