中科院寧波材料所研究院張文武：3D制造須與其他制造手段充分配合

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

中科院寧波材料所研究院張文武
　　以下為中科院寧波材料所研究院張文武演講實錄：
　　各位老師、各位來賓，大家上午好！我是來自中科院寧波材料所的張文武。我今天演講的題目是“淺談工業(yè)革命與智本主義時代”，前面幾位老總已經把大家?guī)�入�?D打印對于文創(chuàng)產業(yè)，甚至對整個未來人類生產發(fā)展模式，已經有很好的預熱了，對這些技術大家已經有所了解。我站在一個局外，我不開公司，但是我很早以前就對這個領域非常的關注。
　　首先介紹一下中科院寧波材料所，現在我們正要升級成為中科院寧波工研院，2007年創(chuàng)建，現在是700多人正式員工，研究生300多人，2015年預計達到2500多人，下屬有新能源所、先進制造所、材料所，實際上在材料領域，這個所應該會給這個產業(yè)帶來一些幫助，比如高溫樹脂類材料，比如超過300度的樹脂類材料我們正在積極研究，我們知道這個材料是對這個行業(yè)限制比較大的一個方面。
　　我不知道在座的是不是對這個領域得已經有了充分的了解，實際上我要說的話大家還真應該表揚一下奧巴馬總統(tǒng)，他是一個非常好的科普工作者，他把增維技術改為3D打印技術。歷史上曾經出現過一系列的說法，也有一系列的工藝，大家有一個感觸，這些工藝很多都是國外原創(chuàng)，中國有沒有一個原創(chuàng)技術呢？找起來確實很難，中國做了很多工作，但是真正原創(chuàng)的工作并沒有太多，我們實際上在1995年的時候，我跟顏永年老師曾經聯合申請了這么一項專利，這個專利的名字是三維能量廠制造的方法與系統(tǒng)，這個實際上是獨立于以前的三維制造的原理來進行的。
　　一般三維制造有一個三維的形體，通過分層的方法，把它離散化，之后再一點一點掃描，再疊加起來。大家如果仔細想一下的話，這能叫做真正的三維制造嗎？我覺得更準確的說法它應該是2.5維的制造技術，真正的三維制造應該是可以實現任意光滑程度的三維制造。目前來說，這個技術在這方面還是有一定欠缺的。在1995年時我們就提出來一個科幻形式的想法，我們用能量場發(fā)生器，如果單獨一個場單方向作用下來的話，這個物質可能只是到激活狀態(tài)，而不是質變狀態(tài)，但如果我加上多項能量場的話，要么是加強超過一定的預值，要么就是選通性的能量場的話，就有可能使材料發(fā)生質變。一者我們可以并行地進行加工、平面的投影、立體的投影，另外，它可以實現真正光滑的三維制造。這個是1995年的時候，顏永年老師和我的一個合作，當時我非常期待著能夠進行這方面的研究。這里提到的一個需要用的邏輯性功能材料，今天的三維技術已經給大家展示了很多類似的功能性材料，比如說我們要加熱，用激光選區(qū)固化以后成形，這是比較早期我們提出來這個概念之后，當時感覺是科幻式的。我今天要把大家?guī)У?049年，人類要探索火星，在火星上怎么探索呢？三維技術有可能就是大放異彩的技術，它將影響我們的方方面面。
　　今天這個主題是說文創(chuàng)方面，這方面我不講那么多，因為大家前面已經講了很多內容了，影視、經濟方面的利益目前已經可以看到，因為要制造很多的模具來為動漫，甚至很多其他創(chuàng)意方面的產品。測量方面，剛才幾位專家都已經談過了，這里也不多說，這是華中科大的動態(tài)測量結果，都可以測出來，可以進行實時的測量。
在美國，網友參與的個性化設計現在已經成為一個比較成功的商業(yè)模式，有很多很年輕的人，也就是20出頭，剛剛大學畢業(yè)，甚至大學還沒畢業(yè)就開了這樣的創(chuàng)意公司，在紐約、曼哈頓繁華的鬧市區(qū)就已經有很多這樣的創(chuàng)意企業(yè)。我昨天還跟我兒子聊天，他說要不要給我也賣一個一千多塊錢的3D打印機，確實已經走入了大眾的生活。
　　我想站在局外人的角度，我們來看一下這種技術將對人類帶來什么樣的影響，從制造的方法論或者是總體的趨勢上來看。制造的瓶頸過去這個是很長的一個鏈條，因為3D打印的出現，這個瓶頸越來越弱化，它把制造其他環(huán)節(jié)所起到的瓶頸性的東西越來越弱化，設計師的獨立性會大大的增加，他就可以把他的價值非常高效的發(fā)揮出來。
　　另外，廣義上來說，本來他需要有廠房、設備各方面的投入，3D打印的普及使得設計者和創(chuàng)新者可以減少這方面的考慮和成本。另外有一個概念，大家現在還覺得3D打印小批量、個性化生產，這點不假，它具備這個能力。但是有一點大家可能還沒有充分引起重視的是，3D打印是可以批量生產的，假如一個工廠擺上幾百臺、上千臺的機器，它同樣可以標準化、批量化生產，并且這個成本是同時具備的，就是過去的大工業(yè)生產的特點，但是，同時又具有了新的個性化、復雜化成形的能力。
　　相關技術的進一步成熟，生成和服務模式的進一步改變，我個人提出來這么一個看法，叫人類有可能要進入智本主義時代。3D打印的革命，有幾位作者，包括政府都在說這個事。但是革命是一件很嚴肅的事，毛主席說過，革命不是請客吃飯。3D打印實際上只是數字化、分布式、個性化制造核心技術的一部分，今天我們先討論一下對3D打印的態(tài)度，首先它是這方面代表核心技術的一部分，它不是全部。所以，我們要充分積極地對待它，但是也不能把它拔得太高。同時，我們不能忽視它深刻的影響力，它將影響我們的生產模式、影響方方面面。可是這個實際上是早就已經在進行當中了，它的實現需要我們突破一系列的技術瓶頸。
　　今天我們談文創(chuàng)方面的這些東西已經是很接近了，國際上為什么對這個技術這么重視呢？因為它不僅僅是影響這個文創(chuàng)的，這個是大眾化消費的，離了這個大家過得照樣好，但是，國際競爭力的前沿實際上像飛機、航天、軍事方面，有一系列的影響。借用德國的這兩張圖，可以給大家?guī)�來更好的理解，數字化、分布式的制造使得人類的生產模式在兩個方面上發(fā)生了比較大的變革，傳統(tǒng)制造一般來說隨著生產量的提高，成本會下降，但是，數字化、分布式的制造是相對平的，中間有一個平衡點，這個平衡點在哪里？可以說在好多領域，這個在快速的逼近，如果數字化、分布式的制造直接就在這兒的話，當然這個就是完全勝出的，但是我們目前還沒有達到這個程度。
　　另外一個，就是生產的復雜程度。這個復雜程度越提高，那么咱們傳統(tǒng)制造指數是在往上升的，數字化分布式的制造可以是相對平的，從這兩點上來看，它是會對人類的生產模式帶來非常大的變革，從這個角度上來講，也就是說它從原理上就是有可能對人類的生產模式帶來很大變革的。有人很感興趣，比如說現在的精度怎么樣，利用雙光子激光成形的技術，德國漢諾威激光公司他們展現了11微米的小白兔，當然平面移動的精度可以達到納米級。多維制造時代正在快速來臨，因為激光這個能量有一系列的優(yōu)勢，它可以用各種方法快速移動。在過去一般來說有一個工作臺，實現1米/秒的掃描速度，用電光調控的技術可以實現100米/秒的掃描速度，激光再跟其他的物質加以作用，它的成形速度掃描速度是非常非常快的。而從激光能源本身也產生了非常大的變化，比如說20兆核磁的激光器的在幾年前不可想象，5000千瓦的大功能的激光器目前的成本已經越來越為大家接受，像大家說的打印建筑物能行嗎？其實各種各樣的手段都是能實現的。 來自中國3d打印聯盟

但是，大家今天不要僅僅盯著3D打印，我們總體上看一下新工業(yè)革命的內涵。我覺得新工業(yè)革命最主要的一點，它的起點必須得具備這一點，新能源革命，實際上從大工業(yè)革命以來，人類一直在礦石燃料為主的商業(yè)驅動的經濟時代，我們所談的新工業(yè)革命必須包括新能源革命，也就是說我們要告別礦石燃料為基礎的能源體系、經濟體系，這才稱得上新工業(yè)革命，否則無從談起，其他都是次要的。

　　第二，信息革命，這已經是一個很長的過程了，大家已經身處其中，智能化、網絡化、自動化、全球化，但是三維制造跟這個密切相關，是制造業(yè)的革命，最初人類是作坊式的生產，到福特的生產進入大工業(yè)、標準化、批量生產的階段，現在3D打印還有數字化、分布式的制造，使得我們進入分布式、個性化生產和大工業(yè)生產相輔相成的時代。

　　現在我想留一個問題讓大家思考，這樣的路線還缺什么？是不是一定是對的呢？首先來講，今天我們說三維制造，我們覺得三維制造有沒有可能被超越呢？問一個簡單的問題，一個新生兒是不是三維的呢？誰家生出來的孩子是三維的孩子呢？顯然不是，人是有靈魂的，萬事萬物也都是有靈魂的，我這里要重點談一下仿生制造，這好像已經成為一個新興的學科方向，但是自古以來，人類一直在向大自然學習，我們今天說有疏水的向荷葉學習，變色龍怎么樣隨著溫度變化隱形，有一系列的功能。我們人類的工程師自以為很聰明，我們做仿生，比如機械臂、像蛇一樣的機器人我們也可以造出來，實際上人類從大自然當中得到了非常多的啟示。包括3D生物打印，清華大學孫偉教授他們做得非常出色，肯定會有國際友人談到這個方面，將來活人有可能會被打印出來，我真的擔心這一天的到來。

　　但是我希望大家好好看一下這棵大樹，這是普陀山千年古樟樹，這樣一棵郁郁蔥蔥的大樹已經存活了一千多年，我們今天在談3D打印制造技術，我們在仿生實際上一直在向大自然學習，這里的“生”實際上就是大自然。多維仿生制造，首先制造我們遲早要超越三維，除了三維的形體、結構和性能，還要注意它的智慧、功能、神經、傳感等等方面，它是多維的。

　　另外，仿生制造有幾個大的原則，第一個原則是周而復始、生生不息，就像千年古樟樹一樣，它是一個非常完美的自我循環(huán)系統(tǒng)。我們反思一下，我們今天推動三維打印或者三維制造的新的制造浪潮，我們考慮這一點了嗎？是不是我們今天就應該考慮它的周而復始、生生不息呢？實際上大家已經談到了一些比如說降低能耗、節(jié)省能源，這是其中之一，但是是不是從剛開始就要考慮到它的全生命周期。第二個是并行的生發(fā)衰亡，像大自然那么多樹林，彩色三維增材制造可以批量生產，最后它是超越三維的。

　　人類這個大工業(yè)時代已經產生了一系列的禍患，這里我就不多講了，大家知道，環(huán)境問題、能源問題、資源問題，北京的空氣污染曾經是上了報紙的頭條。人類為了追逐商業(yè)的利益，可以讓山不為山，水不為水，因為這個地方有金礦或者有鉆石，大片大片的自然資源就可以被破壞掉，但是，它有商業(yè)利益驅動，人類就可以干這樣的事情。

　　所以，我覺得新工業(yè)革命的內涵除了前面我們所說的新能源革命、信息革命和制造業(yè)的革命之外，還缺一個人文革命，這個人文革命就是說我們現在如果放在制造產業(yè)這個角度上去想的話，人類的科技發(fā)展必須得走出自私和奢侈的這么一個迷途，從現在開始，我們配合其他的這幾個革命，應該把它引到一個真正的智本主義時代，不見得準確，拋磚引玉，請大家一塊來討論。我們所說的新工業(yè)革命不僅僅是3D打印所帶來的好像它是標志性的，就是制造業(yè)的革命，我個人對它的定位，它是數字化、分布式、個性化制造技術的一部分，但是它是非常有特色、非常有影響力的技術，能源革命、信息革命，但同時要有人文革命加以牽引，今天我們講文創(chuàng)產業(yè)，大家講的是目前的商業(yè)利益，但是我覺得更長遠的來看，我們正在進入一場非常深刻的人文革命，或者人類文明演化的革命，這個革命就是要遵循多維仿生制造給我們帶來的信息，我們在向大自然學習，我們如果關注這個方面去做的話，可能2049年的時候，我們不會回過頭來說我們又造成了過度的浪費，最初的時候沒有設計好，現在實際上是一個大變革的時代，這是一個非常好的進行總體設計的時代。
最后，我總結一下對3D打印的看法。首先來說，增材制造必須與其他制造手段充分配合起來，才能充分發(fā)揮它的潛力，獲得真正的成功。另外，它是制造產業(yè)革新的一部分，我們現在不能光盲目地發(fā)展，還要講人文革命。另外，激光在未來制造業(yè)中起到的作用比目前認識大得多，有其他的工藝在進行，但是激光作為一個精細可以高速掃描的技術，會有非常大的作用。

　　最后，制造業(yè)的革新需要提出來新的制造理論，三維增材制造實際上它推動了一個方向，那就是能源、信息和材料的大融合，這幾個方面缺一不可。