“3D打印不是變魔術(shù)”

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對(duì)話(huà)齊歡博士
　　“3D打印”這個(gè)概念幾乎一夜之間流行起來(lái)，媒體上充斥了近乎天方夜譚似的報(bào)道，無(wú)論是日用品、工業(yè)品，小到茶杯，大到飛機(jī)、建筑，甚至空間站，都可以“打印”出來(lái)！“第四次工業(yè)革命”就要開(kāi)始了……
　　聽(tīng)起來(lái)怎么不大像是一項(xiàng)技術(shù)，而像是魔術(shù)呢？“3D打印”也仿佛就是傳說(shuō)中的那盞阿拉丁神燈。可惜，魔術(shù)都是假的，阿拉丁神燈也并不存在，“3D打印”被神話(huà)了，和當(dāng)年被神話(huà)了的“納米科技”一樣。
　　“我們打印不出飛機(jī)，也打印不出汽車(chē)，‘3D打印’替代不了傳統(tǒng)制造業(yè)，當(dāng)然，它可以改善傳統(tǒng)制造業(yè)的某些流程，提升某些環(huán)節(jié)的效率�！鄙虾＝煌ù髮W(xué)密西根聯(lián)合學(xué)院從事激光“3D打印”研究多年的齊歡博士告訴記者。
　　記者：請(qǐng)首先簡(jiǎn)單介紹一下3D打印這個(gè)概念。
　　齊歡：3D打印并不神秘，也不新鮮，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)有近三十年的歷史。所謂“3D打印”，是現(xiàn)有的多種“增材制造技術(shù)”的統(tǒng)稱(chēng)。物體成型的方式主要有四類(lèi)：減材成型、受壓成型、增材成型、生長(zhǎng)成型，車(chē)銑刨磨鉗以及沖壓等傳統(tǒng)機(jī)加工方法是減材成型，3D打印則是增材成型。根據(jù)不同技術(shù)原理、所采用的材料不同，目前3D打印技術(shù)有數(shù)十種，我主要研究的是激光熔覆金屬粉末快速成型技術(shù)，這也是目前在工業(yè)領(lǐng)域最有應(yīng)用前景、最尖端的一種3D打印技術(shù)。
　　記者：我開(kāi)門(mén)見(jiàn)山，3D打印可以直接打印出一部汽車(chē)么？
　　齊歡：理論上講，只要能設(shè)計(jì)出來(lái)，就能打印出來(lái)，不光是單個(gè)零件，甚至包括裝配好的運(yùn)動(dòng)總成都能一體打印出來(lái)。但實(shí)際上受材料的限制——目前能打印的材料還很有限，主要有樹(shù)脂、石蠟、石膏、尼龍絲、鈦合金、陶瓷、金屬粉末等十幾種。原理上，雖然可以用金屬粉末打印出白車(chē)身，但是那樣造出來(lái)的汽車(chē)估計(jì)誰(shuí)也買(mǎi)不起，成本和效率都不能想象。
　　記者：有報(bào)道說(shuō)3D打印比傳統(tǒng)制造業(yè)更高效�。�
　　齊歡：那看打印什么了。如果打印的是單件、單一材料的小玩意兒，比如用石膏材料打印一個(gè)小花瓶，效率的確比傳統(tǒng)制法更高，可是就金屬材料而言，目前的3D打印效率非常低。舉個(gè)例子吧，用我們的送粉激光熔覆技術(shù)“打印”一個(gè)直徑1厘米的金屬螺栓，一層一層“打印”，每層20微米，1厘米需要打印500層，每層需要10秒，總共要5000秒，也就是要將近一個(gè)半小時(shí)！
　　記者：那成本呢？
　　齊歡：就金屬激光3D打印而言，目前設(shè)備成本很高，其次，打印用的金屬粉末也比傳統(tǒng)機(jī)加工用的材料貴多了，目前我們打印這樣一條金屬螺栓，成本大概得上百元一個(gè)吧。
　　記者：效率這么低，成本又這么高，看來(lái)3D打印并不神奇�。�
　　齊歡：現(xiàn)在3D打印這個(gè)概念的確是被神話(huà)了。3D打印不能取代傳統(tǒng)制造業(yè)，它只是傳統(tǒng)制造業(yè)的一個(gè)很好的補(bǔ)充，適用于個(gè)性化和定制生產(chǎn)，適用于那些造型復(fù)雜、批量不大的特殊產(chǎn)品，對(duì)于可以大批量規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品，3D打印并不合適。除了成本和效率外，3D打印還有一個(gè)制約，就是適合打印的材料目前還很有限，而且一次成型，只能打印單一材料。不久前，世界第一支3D打印的gun，槍體是塑料，撞針是金屬，就要分別打印，然后組裝。像汽車(chē)這樣涉及那么多零件、多種不同材料，是不太可能直接打印出來(lái)的。
　　記者：那3D打印目前主要能做些什么？
　　齊歡：3D打印目前主要應(yīng)用在三個(gè)領(lǐng)域：一是桌面打印機(jī)，主要是制作工藝品和模型，使用非金屬材料；二是工業(yè)級(jí)金屬材料3D打印機(jī)，主要用來(lái)做一些非功能性零件和產(chǎn)品原型；三是醫(yī)藥生物領(lǐng)域使用的3D打印機(jī)，使用的是生物材料，可以打印細(xì)胞、仿生結(jié)構(gòu)等。就汽車(chē)行業(yè)而言，3D打印在造型、制模等領(lǐng)域，都有很好的應(yīng)用前景。比如，造型階段，用3D打印的模型取代傳統(tǒng)的手工油泥模型，不僅精度更高，而且可以加快開(kāi)發(fā)進(jìn)度。
　　（汪云青）
　　“打印整架飛機(jī)是胡說(shuō)”
　　相關(guān)報(bào)道
　　3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長(zhǎng)羅軍也認(rèn)為目前的3D打印有點(diǎn)被神話(huà)了，他說(shuō)，目前的3D打印并不適合批量生產(chǎn)，說(shuō)可以打印出整架飛機(jī)更是胡說(shuō)�！耙患茱w機(jī)由成千上萬(wàn)個(gè)不同材質(zhì)的零部件組成，不可能在一臺(tái)打印機(jī)上實(shí)現(xiàn)�！绷_軍解釋說(shuō)，3D打印的核心技術(shù)有兩個(gè)，一個(gè)是激光噴嘴，另一個(gè)就是材料，前者關(guān)系產(chǎn)品的精度和硬度，后者關(guān)系產(chǎn)品的實(shí)用性。在他看來(lái)，目前材料是3D打印發(fā)展亟待突破的瓶頸。受材料限制，現(xiàn)在還只能打印一雙像鞋子的“鞋子”，而不是能穿的鞋子。并不是什么都適合3D打印，這也是為什么目前全球3D打印市場(chǎng)一年的總規(guī)模還不到20億美元的原因。
　　國(guó)內(nèi)3D打印領(lǐng)域的權(quán)威，清華大學(xué)教授顏永年也表示，3D打印在效率、成本、性能等方面還不能與傳統(tǒng)制造業(yè)相比，打印一個(gè)大的零件通常要好幾天，而傳統(tǒng)制造方法可能只需要幾分甚至幾秒鐘。
　　背景知識(shí):
　　3D打印技術(shù)是一種“增材成型技術(shù)”，采用分層加工、迭加成形的方式逐層增加材料來(lái)生成3D實(shí)體。它首先將物品轉(zhuǎn)化為3D數(shù)據(jù)，然后運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料逐層打印。3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需模具，也不需要機(jī)械加工，就能直接從設(shè)計(jì)好的計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體。而傳統(tǒng)的制造業(yè)最核心的一個(gè)環(huán)節(jié)就是要開(kāi)模，這個(gè)環(huán)節(jié)往往耗時(shí)很長(zhǎng)。
　　齊歡
　　人物簡(jiǎn)介
　　美國(guó)密歇根大學(xué)機(jī)械工程博士，2005年加入美國(guó)通用電氣公司（GE）全球研發(fā)中心，任研究員、研發(fā)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。2010年回國(guó)加入上海交大密歇根聯(lián)合學(xué)院。先后參與了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金(NSF)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)學(xué)會(huì)(NIST)的多項(xiàng)研究項(xiàng)目。在GE工作期間，負(fù)責(zé)主持研發(fā)激光快速制造技術(shù)在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部件的制造與維修應(yīng)用。近年來(lái)的研究重點(diǎn)是：利用激光熔覆技術(shù)修補(bǔ)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)單晶結(jié)構(gòu)葉片、激光快速制造的自動(dòng)閉環(huán)控制系統(tǒng)、新型復(fù)合材料的制備等。