中國工程院院士、中國工程物理研究院研究員徐志磊：3D打印是第三次工業(yè)革命重要環(huán)...

5月29－31日，由亞洲制造業(yè)協(xié)會、中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、英國增材制造聯(lián)盟等單位共同主辦的2013年世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)大會在北京中國大飯店隆重舉行。國內(nèi)外600多位代表出席會議，就3D打印技術發(fā)展趨勢、3D打印技術產(chǎn)業(yè)化、3D打印技術如何與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結合等議題展開討論。

中國工程院院士、中國工程物理研究院研究員徐志磊
　　以下為中國工程院院士、中國工程物理研究院研究員徐志磊演講實錄：
　　非常高興今天到這樣一個會場來參加3D打印聯(lián)盟的成立會，因為我接觸這個機會大概有比較長的時間，但是我沒有參與這個行業(yè)里面的工作。在演講以前我先講一個故事，很早以前我就聽說過一個故事，德國人到美國去參觀，美國給他展示福特公司的汽車制造廠，他說我這個零部件進去汽車就出來，每分鐘一輛，美國的成就就是福特公司的大規(guī)模生產(chǎn)，這好像是在世界大戰(zhàn)前后。德國人就說，你可以把這個材料用零部件進去，變成汽車出來，那么你們也可以讓牛進去，牛罐頭出來這樣的一個大規(guī)模生產(chǎn)線。他說我們德國可以做一個這樣的生產(chǎn)線，我們把罐頭送進去，牛跑出來，那個時候好像是一種笑話，但是現(xiàn)在就變得有可能實現(xiàn)的一種發(fā)展趨勢了，我想3D打印就能解決罐頭進去牛出來。
　　下面我非常簡單的介紹一下，關于3D打印的話很長，不是簡單一段時間就能講清楚的，我只能挑選一點東西給大家作一個簡單的介紹。這個就是從80年代開始到90年代中間，那個時候它不叫3D打印，我們在中國叫快速成型。所以，這個從20年到30年的時間里，并不是因為我們的技術沒有發(fā)展到這個水平，而是整個科學技術本身沒有發(fā)展到這個水平，我的理解是這樣的，因為現(xiàn)在來說，用激光打印來做零件，特別是下面這個地方，發(fā)展得比較快主要是因為剛才前面都說了，叫做個體化設計、個體化設計，網(wǎng)絡時代，我們20年前還沒有網(wǎng)絡時代的時候，不可能發(fā)展得那么快，3D打印的發(fā)展主要取決于計算機的能力，材料制造能力，另外就是網(wǎng)絡的能力，使得它能夠很快地發(fā)展起來。
　　現(xiàn)在，我們有興趣的幾件事情，我這里介紹一下，這是一個側面，就像剛才說的冰山上的一角，就是技術上有可能做的事情，而且對我們的工藝體系有幫助的，就是微孔泡沫金屬材料開發(fā)，用3D打印的辦法制造金屬泡沫材料。金屬泡沫材料過去有很多辦法做，比如說用發(fā)泡劑和金屬冶煉放在一起來做，但是那時候這種發(fā)泡劑密度很不均勻，有開孔的，也有閉孔的，不好做，現(xiàn)在用3D打印技術來做這樣的材料，可以做很好的發(fā)泡劑，這種金屬發(fā)泡劑的用處很大，可以用在過濾等方面。這個就是做成的圖象，圖象的發(fā)泡結構比較均勻。這個我們也在公司里做成一些零件，將來準備做一些高精密機床的著層，這個方面我們做了一些工作。另外，微泡結構還可以做很多的事情，用3D打印做一種框架，里面是組織結構的，然后可以填充其他的材料進去，就變成非常有用的東西。
　　另外，關于合金來做，剛才已經(jīng)介紹很多了，有很多優(yōu)點，加工的柔性度比較高，集成了貴重金屬的材料應用。這樣的話，就可以在國防工業(yè)里面做很多有用的東西，我想對于國防工業(yè)采用金屬，用3D打印技術來做，可能是一個很好的方面。因為國防工業(yè)用的材料或者零部件，它的數(shù)量不是特別的大，當然，即使是飛機，也不是成千上萬，也就是上百、上千就這么大了，它這個零件適合用3D打印來做，精度很高，結構也很復雜，而批量不是很大，如果用傳統(tǒng)的技術來做，可能它的生產(chǎn)條件、設備、代價就很高。比如說波音公司，或者像美國的F35、F22，里面有多少零件是用3D打印做的，估計還是有的。比如說德國的奔馳、寶馬，有一些零部件已經(jīng)開始使用3D打印來做了。
　　這個就是航空工業(yè)用得比較多，我們一起來的專家有些是北航出來的，他們很理解，這個東西做得比較多，我這里也會詳細介紹。在航空工業(yè)也好、航空航天，還有其他的軍事工業(yè)來說，3D打印大概是最容易進入與發(fā)展的一個方向，是很快就可以產(chǎn)生效益的方向，這是很重要的。特殊的材料，比如像鋁合金、鈹合金，現(xiàn)在也正在開發(fā)這方面的3D打印材料，這是它們性能的一些圖紙。
　　還有一些非金屬材料在生物上面用的PEK的塑料，鋼性能的非金屬材料，用這個來做就做得蠻好，生物結構材料里面用得還是相當可以的�，F(xiàn)在還有一個重要的東西，就是還是先在實驗室階段，美國國家實驗室他們用微光固化的材料做一種復合的材料結構，使得這個材料變成可以設計的，可以設計出一種原來沒有這個材料的，我們現(xiàn)在把它用人工的方法來合成、設計這種新的材料。比如說兩種不同的材料融合在一起，用3D打印兩個噴嘴復合一個材料出來，這種技術在大學也是可以開發(fā)的。
　　這個圖我特別感興趣，也非常有意思，他用塑料的設計做一個結構，可以用非金屬材料能夠做到重量比較輕、結構強度比較高，能夠在一定程度上跟金屬材料的強度進行比較。這種他用自己設計的八角形的航架結構來設計新材料，將來不管對于航空行業(yè)還是其他行業(yè)，這個都是非常有意義的，現(xiàn)在還處于研究階段。
　　因為3D打印的方法很多，可以有立體結構，有也可以用可控的電泳沉積進去，把材料一層一層積上去，因此他們用噴墨打印的出來來做一個微結構的技術，各自之間的距離是1微米的水平，也希望我們國家能夠從學校里面從這個領域去開發(fā)很多微結構的材料，這也是一個材料科學的問題。
　　這個圖是用鋁框架，做的時候是鋁的，把氧化銅裝進去，本身鋁合金是一種燃燒，帶有可以起爆炸藥的性能的，銅合金放進去以后，它就可以做成非常好的復合型武器材料。這個是美國的一個實驗室做的，有了3D打印以后，他們就可以設計一些新的完全沒有人知道的材料。
　　前面已經(jīng)很多專家講過了，我們還是面臨很多的問題和挑戰(zhàn)，挑戰(zhàn)主要是精度和效率，因為我們現(xiàn)在看到展示臺上的所有材料，塑料材料精度在0.1毫米左右，表面光滑度也不是很高，這個東西當然有很高的前景。但是真正要作為機械工程的零部件來說，它的精度是很不夠的，所以，我們希望能夠爭取把金屬材料的精度能夠做到0.01，或者10個微米、20個微米，40個微米也可以用，希望能夠做到這個水平，這有可能變成用3D打印直接做零件，而不是翻模具重新來搞。
　　另外一個，你要把這個精度分辨得極高以后，它必然帶來的問題就是效率比較低，在精度和效率中間要深化研究這個問題。再一點，比如說燒結也好、熔化也好，又跟物理性能有很大的關系，如果它還來不及熔化、來不及凝固，也來不及兩個微克的時間，能夠很好的融合，或者是擴散融合，直接融合，這個物理過程是非常矛盾的，所以我們正好需要在這個領域里面開展很多科學研究來解決這類問題。還有就是做出來的零件，本身能不能達到原來的強度和水平，這也是一個很大的挑戰(zhàn)。
　　第三個挑戰(zhàn)，并不是傳統(tǒng)的3D打印材料里面都可以拿過來用，因此有必要開發(fā)更好的材料，能不能用3D打印來做，這樣的話，這個范圍應用就很多，真正的高精度、高強度的材料做起來難度也很大，因為一次3D打印做出來以后，還有長期應用、疲勞應用等等問題，還有一段過程。關于成型的范圍，有的又要很大，又要很薄。下面是工藝穩(wěn)定性，真正做到零部件的生產(chǎn)，難度非常大。
　　這個問題就是第三次工業(yè)革命，我們現(xiàn)在看到的，能夠想到的，像美國公司來給我介紹情況，看起來是非常有前途的，但是我們需要解決問題相當多。因此除了我們的產(chǎn)能聯(lián)盟，除了我們的公司能夠在市場上占有一席之地，我想我們的大學、研究所更多的精力應該去研究這個里面的光源、材料、制造零部件的3D打印設備，這些也是非常重要的，這是我們提出來的，不然我們怎么能夠體現(xiàn)3D打印用到第三次工業(yè)革命，關于第三次工業(yè)革命是不是完全能夠實現(xiàn)，這有待于我們很重要的大家的努力，3D打印就是在第三次工業(yè)革命之內(nèi)重要的一個環(huán)節(jié)，也是重要的領域，希望我們共同來攻關。來自中國3d打印聯(lián)盟