新年伊始，3D打印行業(yè)未來(lái)發(fā)展又會(huì)有怎樣的發(fā)展呢？面對(duì)2015年麥卡錫報(bào)告預(yù)估的增材制造2020年可達(dá)到5500億美元的效益，未來(lái)3D打印應(yīng)該怎樣實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)呢？為此，e鍵打印特整理為國(guó)務(wù)院講述3D打印知識(shí)的盧秉恒院士的見解，為大家指點(diǎn)迷津。

一、增材制造(3D打印)簡(jiǎn)介

　　3D打印是一個(gè)顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)。

　　從制造方式來(lái)說(shuō)，鑄、鍛、焊在制造過(guò)程中重量基本不變，屬于等材制造，已經(jīng)有3000年歷史了。

　　車銑刨磨機(jī)床通過(guò)材料的切削去除，達(dá)到設(shè)計(jì)形狀，稱為減材制造，已有300年的歷史。

　　增材制造中材料一點(diǎn)一點(diǎn)地累加，形成需要的形狀。發(fā)明于1984年，才30年的歷史。

當(dāng)前3D打印幾種主流技術(shù)有：

　　SLA(光固化技術(shù))利用激光掃描，使液態(tài)光敏樹脂固化。是最早發(fā)明出來(lái)的3D打印技術(shù)。廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)驗(yàn)證。

　　SLS(選擇性激光燒結(jié))是一種將非金屬(或普通金屬)粉末分層鋪設(shè)，激光在程序控制下，選擇區(qū)域掃描燒結(jié)成三維物體的工藝。用于飛機(jī)、航空航天零件的制造以及精密件的制造，包括飛機(jī)的格柵、牙科的修復(fù)、顱骨的修復(fù)。

　　SLM是在送粉中，實(shí)現(xiàn)激光融化和燒結(jié)，類似堆焊，制造件更加致密、強(qiáng)度達(dá)到鍛件水平，可用于制造大型結(jié)構(gòu)件、承載件。

　　FDM技術(shù)(熔融堆積法)將熱塑性絲狀材料加熱從小孔擠出，將絲材熔化堆積成型。適合于教育或者創(chuàng)客設(shè)計(jì)驗(yàn)證。大尺寸FDM裝備可用于汽車和無(wú)人機(jī)的制造。

二、3D打印(增材制造)的特點(diǎn)與意義

　　1984年美國(guó)發(fā)明了光固化激光成型技術(shù)，1986年實(shí)現(xiàn)SLA樣機(jī)，按照材料累加概念，各種增材制造工藝與裝備紛紛涌現(xiàn)，當(dāng)時(shí)采用激光快速原型制造等學(xué)術(shù)名詞。這些技術(shù)中有一種以石蠟等材料的3D打印機(jī)。近年來(lái)，美國(guó)媒體開始把增材制造技術(shù)稱為3D打印技術(shù)，有利于大眾理解。增材制造被美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)稱為上世紀(jì)最重要的制造技術(shù)創(chuàng)新。麥卡錫報(bào)告列出了對(duì)人類生活有顛覆性影響的12項(xiàng)技術(shù)，3D打印排在第九位，排在新材料和頁(yè)巖氣之前。預(yù)測(cè)在2030年全世界將達(dá)到1萬(wàn)億左右美元的效益，15年麥卡錫報(bào)告又將這一進(jìn)程前移，認(rèn)為增材制造2020年可達(dá)到5500億美元的效益。

3D打印制造有如下特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：

　　1、 3D打印無(wú)處不在：3D打印可以打印許多材料、任意復(fù)雜形狀、任意批量，可以應(yīng)用于各工業(yè)和生活領(lǐng)域，可以在車間、辦公室及家里實(shí)現(xiàn)制造。理論上3D打印無(wú)處不在，無(wú)所不能。但許多材料的打印、工藝的成熟度、打印成本、效率等等尚不盡人意，需要多學(xué)科交叉的創(chuàng)新研究，使之更好、更快、更廉價(jià)。

　　2、 支持產(chǎn)品快速開發(fā)：3D打印可以制造形狀復(fù)雜的零件，所想即所得。直接由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，不需要傳統(tǒng)制造必須的工裝夾具模具制造等生產(chǎn)準(zhǔn)備，編程簡(jiǎn)單。在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)驗(yàn)證中，特別方便。使產(chǎn)品開發(fā)周期與費(fèi)用至少降低為一半，成為機(jī)電產(chǎn)品和裝備快速開發(fā)的利器。

　　3、 節(jié)材制造：增材制造僅在需要的地方堆積材料，材料利用率接近100%。航空航天等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件采用傳統(tǒng)切削加工，往往95%—97%的昂貴材料被切除。而在航空航天裝備研發(fā)機(jī)制造中采用增材制造將會(huì)大大節(jié)約材料和制造成本，具有極其重要的價(jià)值。

　　4、 個(gè)性化制造：可以快速、低成本實(shí)現(xiàn)單件制造，使單件制造的成本接近批量制造。特別適合個(gè)性化醫(yī)療和高端醫(yī)療器械。如人工骨、手術(shù)模型、骨科導(dǎo)航模板等。

　　5、 再制造：用于修復(fù)磨損零部件的再制造，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、軋鋼機(jī)軋輥等，以極少的代價(jià)，獲得超值。應(yīng)用在軍械、遠(yuǎn)洋輪、海洋鉆井平臺(tái)、乃至空間站的現(xiàn)場(chǎng)制造，具有特殊的優(yōu)勢(shì)。

　　6、 開拓了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的新空間：可以制造傳統(tǒng)制造技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，為設(shè)計(jì)創(chuàng)新提供了非常大的創(chuàng)新空間?？梢詫?shù)十個(gè)、數(shù)百個(gè)甚至更多的零件組裝的產(chǎn)品一體化一次制造出來(lái)，大大簡(jiǎn)化了制造工序，節(jié)約了制造和裝配成本。以3D打印新工藝的視角對(duì)產(chǎn)品、裝備再設(shè)計(jì)，可能是3D打印為制造業(yè)帶來(lái)的最大效益所在。

　　近兩年，3D打印顯現(xiàn)出顛覆性變革。如GE公司做的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴，把20個(gè)零件做成了一個(gè)零件，成本材料大幅度的減少，還節(jié)省燃油15%。這是一代發(fā)動(dòng)機(jī)的概念，每開發(fā)一代發(fā)動(dòng)機(jī)要上億歐元，一個(gè)噴嘴就解決了。美國(guó)3D打印的概念飛機(jī)，重量可以減輕65%。

　　7、 引領(lǐng)生產(chǎn)模式變革：3D打印可能成為可穿戴電子、家居用品、文化產(chǎn)業(yè)、服裝設(shè)計(jì)等行業(yè)的個(gè)性化定制生產(chǎn)模式。一些專家認(rèn)為，3D打印等數(shù)字化設(shè)計(jì)制造將引領(lǐng)生產(chǎn)從大批量制造走向個(gè)性化定制的第三次工工業(yè)革命。

　　3D打印已經(jīng)成為創(chuàng)客最歡迎的工具，將有力促進(jìn)大眾創(chuàng)新，萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)。GE公司在網(wǎng)上發(fā)布了一條消息，挑戰(zhàn)3D打印，將飛機(jī)的一個(gè)零部件讓創(chuàng)客設(shè)計(jì)。第一名只用了原始結(jié)構(gòu)的1/6的重量就完成了全部測(cè)試，而設(shè)計(jì)者是19歲的年輕人。3D打印展現(xiàn)了全民創(chuàng)新的通途?；ヂ?lián)網(wǎng)+3D打印的制造模式：收集大眾的個(gè)性化需求，由創(chuàng)客完成設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案由3D打印件進(jìn)行驗(yàn)證;再由虛擬制造組織生產(chǎn)，由物聯(lián)網(wǎng)來(lái)配送。美國(guó)眾創(chuàng)公司，15000名訪客、6000名創(chuàng)客。亞馬遜利用網(wǎng)絡(luò)銷售3D打印商品，營(yíng)業(yè)額已達(dá)數(shù)十億美元，利潤(rùn)30%。所以互聯(lián)網(wǎng)+3D打印=萬(wàn)眾創(chuàng)新、萬(wàn)家創(chuàng)業(yè)的最佳技術(shù)途徑。

　　8、 創(chuàng)材：3D打印制造出了耐溫3315℃的高溫合金，用于龍飛船2號(hào)，大幅度增強(qiáng)了飛船推力。利用3D打印高能束的集中能量，以3D打印設(shè)備作為材料基因組計(jì)劃的研制驗(yàn)證平臺(tái)，可以開發(fā)出超高強(qiáng)度、超高韌性、超高耐溫、超高耐磨的各種優(yōu)秀材料，增材制造變成為創(chuàng)材技術(shù)。

　　9、 創(chuàng)生：應(yīng)用于組織支架制造、細(xì)胞打印等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生物活性器官的制造，一定意義上的創(chuàng)造生命。為生命科學(xué)研究和人類健康服務(wù)。

　　10、 目前，3D打印的技術(shù)尚有待深入廣泛研究發(fā)展，其應(yīng)用還很有限，但其創(chuàng)造的價(jià)值高，利潤(rùn)空間大。隨著研發(fā)的深入，工業(yè)應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，其創(chuàng)造的價(jià)值越來(lái)越高。不久的將來(lái)，不僅在制造概念上，減材、等材、增材三足鼎立，從創(chuàng)造的價(jià)值上，也必將走上三分天下。

　　11、在e鍵打印平臺(tái)上，提供18種3D打印材料，而且作為互聯(lián)網(wǎng)3D打印服務(wù)平臺(tái)，e鍵打印自主開發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶在個(gè)人PC端上傳模型1分鐘自動(dòng)報(bào)價(jià)的功能，大大節(jié)省用戶時(shí)間。

　　整理分析，3D打印目前的技術(shù)優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到初步顯示，未來(lái)3D打印的應(yīng)用范圍將愈發(fā)廣泛，其相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生的產(chǎn)業(yè)價(jià)值將不可估量。