北極熊導讀：這是一篇非常不錯的文章，值得一讀，對3D打印行業(yè)內及行業(yè)外的人都有一定的啟示。
在電視媒體的報道中，3D打印似乎簡化成了一臺臺可以放在桌面上的打印機，它們以塑料為材質，打出各種小模型、小玩具。其實，3D打印目前真正直接用于制造業(yè)的，是遠離日常生活的重工業(yè)領域，比如航空航天、核電設備等。
12月3日，在上海舉行的“3D打印技術與未來”高峰論壇上，有中國3D打印之父之稱的中國工程院院士盧秉恒稱，3D打印作為科技專項，其重點突破的領域應該是航空航天產品高效研制、醫(yī)學組織器官定制化制造，以及汽車、微納器件。而這里面，航空航天又為重中之重。
盧秉恒透露，上述建議作為中國增材制造（即俗稱的“3D打印”）發(fā)展戰(zhàn)略的一部分，已經由中國科學院院士路甬祥及中國工程院院長周濟領銜制定，并提交給了高層領導。
目前，中國在將3D打印技術運用于航空航天領域上走在了全球的前列。
“百分之八九十的企業(yè)會死掉”
3D打印，其實就是增材制造。目前關于其定義形形色色。清華大學機械工程系教授、先進成形制造教育部重點實驗室副主任林峰給出的解釋是：如果是傳統(tǒng)的加工方式，是通過增加制造工具和機床的加工維數(shù)，從最早的三軸聯(lián)動、四軸聯(lián)動到五軸聯(lián)動，聯(lián)動的軸數(shù)越來越多，以應對零件復雜程度的越來越提高。這是一種增維制造的方法。而三維打印是一種降維制造過程，它把三維零件結構的加工過程先離散成一系列二維的片層，然后堆疊起來，最后完成三維結構成型。它把零件的復雜程度簡化了。所以降維制造或是分層制造，是它最明顯的特點。
“離散-堆積原理是三維打印的基本原理。”林峰說。
離散的過程把三維的零件沿一個方向切成一片一片，就像微積分中的“微分”過程。在每一個片層里面，可以進一步離散，變成一條條線段。每條線段中又可以進一步離散，變成一個個點。最后把它連起來形成一種低維的型體，點線面。這是在計算機中處理的數(shù)據(jù)過程。然后在設備的物理環(huán)境中再把這些點線面疊在一起，形成三維的實體零件，這是一個堆積的過程。離散和堆積兩個環(huán)節(jié)在三維打印里缺一不可。像蓋房子，就是一個堆積的過程，但是不把它稱為三維打印，因為它不在計算機離散數(shù)據(jù)的控制下，而是在人為操作下運行。
目前，國內凡是掛上3D打印招牌的，都會迎來資本市場的熱炒。對此，卓越集團董事長、軟銀賽富投資合伙人陸豪提出了冷思考：互聯(lián)網時代早期，只要觸網的都會拉升，現(xiàn)在的3D打印也是，百分之八九十會死掉，剩下百分之一二十才是真正做到有應用方案和收益的。
在陸豪看來，只有找到了真正適合3D打印特征的應用，才能具備價值。
而重工、醫(yī)療以及建筑等，是最有可能的。
主力應用航空制造
北京航空航天大學材料學院材料加工工程系主任、材料加工工程學科責任教授王華明，是3D打印航空科技領域的引領者。其帶領的團隊在國際上首次突破了飛機鈦合金等大型主承力構件激光成形工藝、裝備和應用關鍵技術。
在3日的論壇上，王華明就航空與3D打印結合，舉了中國C919大型客機的例子。該機型的機頭駕駛室的主風擋窗框，就運用了他們的激光3D打印技術�！吧田w如果從國外訂貨，周期至少兩年，僅模具費用就需要1300萬元人民幣。當時工期還剩55天，商飛找到我們，時間很緊，但我們還是完成了，而成本僅為120萬元�！�
憑借“飛機鈦合金大型復雜整體構件激光成形技術”，王華明今年獲得了國家技術發(fā)明一等獎。今年9月，中共中央政治局就創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略，來到中關村集體調研學習，其第一站便是3D打印，作為領軍人物，王華明向中共中央總書記習近平作了15分鐘的匯報。
航空制造之所以與鈦合金有著不解之緣，是因為鈦合金具有密度低、比強度高、屈強比高、耐蝕性及高溫力學性能好等突出特點。其在航空裝備中用量越來越大，而且主要被用作各種機身加強框、梁、接頭等飛機大型關鍵主承力結構件。
可查資料顯示，波音公司和空客公司研制的新一代民用客機(787、380)中，鈦合金用量已由第三代(747、300）的不到4%上升到9%以上，第三代殲擊機中鈦合金結構件用量由F-16的約3%增加到了F18、蘇-27的15%以上，而第四代殲擊機F-22中鈦合金結構件用量已占機身結構總重量的41%。大型整體鈦合金結構件用量的高低，已成為衡量飛機等國防裝備技術先進性的重要標志之一。
但是，由于受鈦合金本性的影響，采用“鍛造+機械加工”等傳統(tǒng)技術制造這些大型復雜鈦合金關鍵結構件，不僅需要大型鈦合金鑄錠熔鑄與制坯、萬噸級以上重型液壓鍛造工業(yè)裝備，而且制造工序繁多、工藝復雜，需要大型鈦合金鑄錠真空熔鑄、大規(guī)格鍛坯制備、大型鍛造模具加工等，零件機械加工余量很大、材料利用率低(一般小于5%～10％)、數(shù)控加工時間長、制造成本高、生產周期長。
而高性能金屬結構件激光熔化沉積“近凈成形”制造技術，利用快速原型制造的基本原理，以金屬粉末(或絲材)為原材料，通過高能激光束對金屬原材料的逐層熔化堆積，直接由零件CAD模型一步完成全致密、高性能、大型復雜金屬零件的“近終成形”制造，是一種具有“變革性”意義的數(shù)字化、短周期、低成本、先進“近凈成形”制造新技術，在航空、航天等國防裝備研制與生產中具有廣闊的應用前景。
“根據(jù)其結構設計、材料制備、構件制造一體化的特點，3D打印對于設計復雜、超復雜的大型乃至超大型結構，有著低成本、短流程、快速數(shù)字制造的特點�！蓖跞A明稱，“有了3D打印后，一些超大超復雜的產品制造就成為了可能，這便解放了設計師，使他們可以大膽設計。”
改變核電主管道制作工藝
在王華明看來，3D打印是制造技術大家庭的一名新成員，不會顛覆或取代傳統(tǒng)制造技術，“但作為一種變革性的制造新技術，其發(fā)展?jié)摿薮蟆！?br />
至于其適用的領域，王華明總結為“貴而難加工的材料，以及大而復雜的高性能整體構件”。
清華大學教授、中國3D打印技術產業(yè)聯(lián)盟首席顧問顏永年對此表示認同。顏永年認為，3D打印在核電制造上大有可為，“核電的主管道一般重8-10噸，造價在1500萬元左右，進口的可能還要達到2500萬元。對核電主管道來說，平均一噸的造價就是150萬元。這是全球所有鍛件中最貴的。而這種鍛件，就值得用3D打印來做。”
核電的主管道可謂是龐然大物，以AP1000為例，其內徑有700mm，外徑有1200mm。其功能又相當于人心臟的冠狀動脈，是核心中的核心。
隨著新的核電安全要求越來越高，比如現(xiàn)在AP1000的核電管道要求一體化成型，禁止空間曲線焊縫，整個核電制造業(yè)面臨著越來越大的壓力。用已有工藝，上海電氣集團做AP1000的主管道，鍛造單根的流程需要一年時間，而且材料浪費大。
比如為了制造AP1000的堆芯段，鍛件重量是99噸，但需要的鋼錠是300噸。又比如AP1000的底封頭，鍛件重量是18噸，但鋼錠重量要達到114噸。
顏永年稱，采用融合了3D打印技術的A-DM技術后，制作核電主管道模具費用可以節(jié)省四分之三，材料利用率從5%～15%提高到85%～90%，生產周期縮短三分之二，能源節(jié)省60%，大大提高高端鍛件的可靠性、一致性和精度。
A-DM法，即利用粉末作為原料，采用3D打印的LCD成形方法，直接獲得無偏析、變形合理、極小余量接近凈成形坯件，以替代鋼錠開坯和預鍛。通過垂直分模擠壓，獲得內部缺陷、強度、抗疲勞性能和晶粒度等均達到要求的AP-1000主管道。
顏永年透露，就這個技術，他和一重、二重、中廣核、國核技接觸了很多次。
不過，目前該技術中的基礎裝備12萬噸垂直壓機和7萬噸水平壓機還沒有做出來�！拔覀兊膲簷C計劃是在江蘇省做的，根據(jù)清華大學和江蘇省的協(xié)議，我們來到了昆山，現(xiàn)在我覺得江蘇吃不下這個項目，我覺得還是放到上海比較好�！�
吸引顏永年的，還有自貿試驗區(qū)因素�！坝辛俗再Q試驗區(qū)之后，我們打算在這里辦一個窗口企業(yè)，而制造工廠則在自貿試驗區(qū)外的臨港地區(qū)。”顏永年稱，“臨港這里非常好，有核電基地，有中船重工。中船重工需要很多容器，還有商飛、商發(fā)，它們也需要很多大鍛件。我們希望我們的土地就在商飛的后面。這里有高端鍛件的大量需求，而我們的技術又非常有效�！�
顏永年解釋，自貿試驗區(qū)的優(yōu)勢在金融，做高端鍛件需要大量資金，而外國的銀行融資成本低。
“上海作為有老工業(yè)基地底蘊的城市，對基礎裝備的理解也比其他地方好，其他地方能夠理解紡織裝備，能夠理解織布裝備，但沒法理解基礎裝備，他們只知道裝備就是裝備，不知道還有裝備的裝備。最終覺得我們的歸屬還應該是上海臨港，尤其是有了自貿試驗區(qū)之后，原來沒有下定決心的，現(xiàn)在下定決心了�！鳖佊滥暾f。
生物制造產業(yè)應用
引爆點會來得慢點
除了航空航天、軍工、文化創(chuàng)意等應用領域，3D打印技術在生物制造領域的“用武之地”同樣廣闊�；陔x散-堆積原理，生物制藥行業(yè)可使用醫(yī)學材料3D打印具有生物活性的人體器官、植入物甚至細胞。
林峰介紹，按照成型材料的生物性能不同，生物醫(yī)學領域的3D打印應用可分為四個層次。
比如本身沒有生物相容性且不降解的材料，不能放在身體里，但對于手術規(guī)劃、假肢設計等環(huán)節(jié)能起到關鍵作用�！笆中g規(guī)劃這種應用很重要。比如過去病人髖關節(jié)的股骨頭置換手術需要40多個小時�，F(xiàn)在可以利用CT掃描數(shù)據(jù)，先重構出三維打印模型，在術前設計制造假體，進行裝配和矯正，在術中稍加改動就可以，只要4個小時。包括特別復雜的比如連體嬰的分離手術，也可以通過3D打印在體外建立個性化的嬰兒骨骼模型，幫助手術規(guī)劃�！�
中國機械工程學會生物制造分會副理事長王成燾，將個性化治療中的3D打印比作“量體裁衣”�！白鋈梭w的植入物，放入接骨板或者關節(jié)。這就跟西裝最好是定做的一樣。用這個方法，手術還沒做之前，模型做出來就可以量體裁衣，也就可以度身定做個性化植入物�！�
據(jù)介紹，這些技術至今已為全國臨床提供了近7000例的3D模型打印服務。
對于生物相容性好、不降解的材料，可以用于整形、人工假肢植入物等，比如治療小耳畸形的個性化耳軟骨支架。材料的生物相容性好且降解的材料，可用于制造組織工程支架，將人體內相應的細胞提取出來之后，利用3D打印做成多孔支架，長成組織之后放到體內，幫助細胞、神經等組織生長。
而通過打印活細胞或細胞-材料復合體，就其放置在接近體內的三維環(huán)境里生長，可以模仿體內的生理和發(fā)病過程，有利于藥物的篩選�！俺藰嫿毎Ｐ停�可以利用3D打印開發(fā)緩釋的、定向的藥物，吃進去之后慢慢釋放，不同時間釋放不同的量。包括還有一些靶向，比如說這個地方有病灶，有癌癥或是衰竭，可以通過磁、光等方式把藥引導到這個部位再釋放出來，而不是以前的藥吃進去之后碰到哪算哪。這些藥的開發(fā)都可以利用3D打印技術來實現(xiàn)�！蓖醭蔂c說。
“現(xiàn)在也有病人主動提出要做3D模型，這對于術后的生活質量有保證，這樣的病例規(guī)模在逐漸擴大�！绷址逭f，盡管有行業(yè)研究機構稱，未來3-5年中國將成為全球最大的3D打印市場，但3D打印在生物制造領域的產業(yè)“引爆點”會來得更慢一些。
“大家能夠慢慢接受估計得5-8年，真正要發(fā)展可能還得到10年以后，這個還得藥監(jiān)部門的批復，還有具體產品要能出來，這個時間還是很長的。有的應用比如說支架制造也已開始產業(yè)化，但真正要成為產品批號的話，還是有個過程�！绷址逭J為，10年以后，無論是藥物研究過程還是疾病的研究中，都會廣泛應用3D打印的各種設備和技術，“到那個時候，3D打印會作為一種非�；镜尼t(yī)療手段。”
“能倍增建材強度”
盡管諸多業(yè)內專家都表示，3D打印目前有被過度炒作之嫌，但上海盈創(chuàng)裝飾集團有限公司董事長馬義和直言，“從做建筑的領域來說，3D打印的春天已經來了�！�
從實施過程看，利用大型3D打印機打印建筑就像從模具中擠奶油，區(qū)別在于是從巨型的三維擠出機械頭擠出混凝土。
美國南加州大學工業(yè)與系統(tǒng)工程系教授比洛克·霍什內維斯（Behrokh Khoshnevis ）曾公開表示，利用3D打印技術，可以在20個小時之內建成一幢面積2500平方英尺的建筑物。霍什內維斯稱，3D打印機的可貴之處在于，它可以聽從電腦程序，打印完一層自動爬上另一層，非常有次序，一磚一瓦都不會遺漏，這保證了它的穩(wěn)定性。而且會依據(jù)強大的幾何計算采用堅固的材料，來保證幾年到更多的時間內，房子不會有質量問題。
“首先材料一定是液態(tài)的，能夠自凝固成型，而且能滿足建筑安全，利用很低的成本就可以大規(guī)模生產。這種材料彈性大，可塑性高，對人體零傷害，對環(huán)境零污染。而且自重輕，自帶保溫，可就地取材�！瘪R義和認為，3D打印技術加上高強度的纖維建筑材料，可使未來的建筑擺脫鋼筋的束縛，大大降低建筑物的材料和施工成本。
馬義和稱，“3D打印建筑最大的好處在于，能把建筑材料強度提高很多倍。我們可以打一面空心的墻，里面填充上保溫材料，很輕而且強度很高�！�
謹防走光伏行業(yè)老路
3D打印技術雖已出現(xiàn)20余年，但在國內真正“走紅”時間并不長。
盡管國家層面仍未正式出臺專門針對3D打印行業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃和扶持政策，但自去年12月工信部副部長蘇波表態(tài)將推動3D打印產業(yè)化之后，以3D打印技術名義成立的研發(fā)中心在各省市遍地開花，3D打印概念股亦全線飄紅。
卓越集團董事長、軟銀賽富投資合伙人陸豪認為，整個3D行業(yè)還處于一個行業(yè)拉升階段，所謂的“春天”還言之過早�！�3D作為一種表現(xiàn)手段，處于研發(fā)階段的成熟度已經非常高了。但從工廠化角度來說，還處于萌芽期。因為它要顛覆原有的很多標準�！�
對于3D打印的“被神話”，王成燾稱，“現(xiàn)在從媒體到個人，都到了螺旋上升的第二圈，到了該冷靜下來，回到各自的領域好好地利用3D打印各種功能的階段。”
有業(yè)內人士稱，3D打印要警惕重走中國光伏產業(yè)一哄而上的老路。
林峰認為，股票市場3D打印概念走熱，炒作成分居多，目前國內3D產業(yè)本身并不大�！皩ｉT從事3D打印的企業(yè)里能盈利的也就一兩家，盈利也就一點點。投入還是主要的。所以現(xiàn)在這個產業(yè)并不大，資本市場看好有可能，因為是未來的一個東西。但現(xiàn)在上市企業(yè)做這塊的還比較少，大部分都還沒上市，或是一些小企業(yè)和準備投資的企業(yè)�！�
“來找我們談合作的也挺多，各式各樣的企業(yè)都有，現(xiàn)在還沒定下來。像昨天中航投資也來找我們談過，還有一些民營企業(yè)，各個地方的開發(fā)區(qū)、高新區(qū)，還有清華、北京的一些公司。但我們還是希望有搞生物醫(yī)藥的投資、基金能進來，這對行業(yè)發(fā)展有好處�！绷址宸Q。
陸豪指出，3D打印能否“遍地開花”，不能一概而論�！案鞯囟荚诖�3D技術。3D在醫(yī)療應用已經很成熟了，在工業(yè)設計也很成熟，對模具產業(yè)會產生影響。未來3D產業(yè)的發(fā)展，取決于當?shù)氐膭?chuàng)新產業(yè)和工業(yè)設計，以及醫(yī)療成熟度和民用個性化產品的集聚度。本身是個農業(yè)省市怎么能去做3D打印機？所以將來有的政府會賺大錢、有的政府不賺大錢，取決于應用是否集聚�！�
“3D死掉的概念是死在自己沒有認準3D究竟是什么。它是一種輔助手段，來解決工業(yè)革命中必須解決的周期問題�！标懞婪Q。
3D打印的應用范圍廣泛，各行業(yè)對該技術所能帶來的經濟預期不盡相同。但多數(shù)業(yè)內人士與專家均表示，3D打印并不是原有的等材和減材制造工藝的顛覆，而是對傳統(tǒng)技術的提升、改造和完善。
“3D打印是重要技術革命，但不是顛覆性的。我覺得專家領域都不認為是顛覆性的。成型后面還有很多事情要做。”王成燾說，英國《經濟學人》雜志所刊登的保羅·麥基里有關“第三次工業(yè)革命”的系列文章中指出，一種建立在互聯(lián)網和新材料、新能源相結合基礎上的第三次工業(yè)革命即將到來，而非此前媒體所宣傳的“3D打印將推動工業(yè)革命”。
上海福斐科技發(fā)展有限公司總裁連鋼表示，大多數(shù)人對3D打印存在誤解。真正在創(chuàng)造價值的，并非許多人印象中如同玩具般的桌面3D打印機，“其實有一大塊今天已經應用得非常好、非常成熟的東西，不是在每天的街上、商店能看到的。如果去制造基地、工廠、服務基地看看，你會對3D打印有一個完全不同的感官�！�
上海市企業(yè)聯(lián)合會副會長夏小華認為，許多人對3D打印的誤解不僅體現(xiàn)在設備形態(tài)上，還涉及更大的問題，“我們是一個制造大國，就把它簡化成一個制造技術，把設計那一塊忽略掉，我認為這樣的話將來大部分都會死掉的。因為光有技術不夠，沒設計能力不行。”
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