我國機械制造與自動化領(lǐng)域著名科學(xué)家映僚，現(xiàn)為中國工程院院士佃戈，西安交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師沈条，任快速制造國家工程研究中心主任需忿、國務(wù)院機械學(xué)科評議組召集人、中國機械工程學(xué)會副理事長蜡歹、中國機械制造工藝協(xié)會副理事長屋厘、全國高校金屬切削機床學(xué)會理事長。

盧秉恒主要從事快速成形制造月而、微納制造汗洒、生物制造议纯、高速切削機床等方面的研究，先后主持20余項國家重點科技攻關(guān)項目溢谤。曾獲國家科技進步二等獎瞻凤、國家技術(shù)發(fā)明二等獎、“做出突出貢獻的中國博士學(xué)位獲得者”稱號溯香、全國五一勞動獎?wù)碌泉勴棥?/p>

顛覆性技術(shù)

“3D打印是一個嶄新的技術(shù)鲫构，還有非常大的發(fā)展空間∶堤常”盧秉恒院士介紹结笨，增材制造是近30年才發(fā)展起來的，而我們比較熟悉的鑄傅慈、鍛蹦虏、焊已經(jīng)有3000年的歷史了，切割加工也具有300多年的歷史碘淘。根據(jù)2013年麥肯錫研究報告預(yù)測刮血，在今后影響人們生產(chǎn)組織模式和社會生活的12項重大顛覆性技術(shù)中，3D打印名列第9惰采，排在新材料和頁巖氣之前颂鞭，到2030年，3D打印的效益將達到0.6～1.2萬億美元栋锣。這一預(yù)測后來又被提前刑袒，預(yù)計到2025年3D打印可能產(chǎn)生高達5500億美元的效益。美國“重振制造業(yè)計劃”在國會提出的口號就是要“在美國發(fā)明谍竿、在美國制造”程悼，他們提出了一個指標：用一半的周期、一半的成本來完成產(chǎn)品的開發(fā)路影。為了實現(xiàn)這一目標诬像，專家們提出3D打印是促進這一指標的有效手段。盧秉恒認為闸婴，3D打印正處于技術(shù)發(fā)展的井噴期坏挠，近兩三年國內(nèi)有很多大的創(chuàng)新，使非金屬制造的效率提高了幾十倍邪乍，金屬制造的效率也提高了近十倍降狠；同時，3D打印也正處于一個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的起步期溺欧，很多企業(yè)都在加盟這個領(lǐng)域喊熟，普遍認為3D打印是一個很值得挖掘的一個金礦柏肪。

在盧秉恒看來姐刁，3D打印是產(chǎn)品開發(fā)的利器芥牌，它在做首件上是非常有利的∧羰梗“過去壁拉，我們做試制的時候，最難的就是做樣件柏靶，一架新飛機的研發(fā)周期需要10～20年弃理。有了3D打印，我們就可以免除做首件所需要的專用工卡具铛田、刀具挂蹦、模具等等，因此大大簡化了工藝流程嚣历，可以快速做出首件來進行裝配叼叙、試驗、驗證盟挤∶蠢遥”盧秉恒舉例，像飛機典型的結(jié)構(gòu)件大部分是框腻俏、梁长尼、架、桁目尘，這些東西的長度和面積都很大瞻替，但是實際上所需材料并不多，設(shè)計要求用最少的材料來實現(xiàn)最高的強度和剛度叮洋。3D打印是上述結(jié)構(gòu)非常理想的一種指導(dǎo)方法磁携，它可以克服結(jié)構(gòu)件占有空間大、形狀復(fù)雜良风，采取切割加工時往往95%～97%的材料都會被切割掉谊迄，而且在切割加工中變形非常大，且加工所用機床的制造難度非常大等問題烟央⊥撑担“所以從這個角度上來說，3D打印在航空航天領(lǐng)域是一項顛覆性技術(shù)疑俭×改兀”盧秉恒認為。航空航天所面對的是難加工的材料钞艇，它的復(fù)雜結(jié)構(gòu)啄寡、加工變形控制、研發(fā)周期和成本等對傳統(tǒng)制造提出了一個非常大的難題，而3D打印可以用全新的方式去對付這些難題挺物。例如懒浮，鈦合金的切削加工是很難的，但對于3D打印來說盘胯，看問題的角度變了删广，反而成了最容易的成形方法。3D打印可以使材料的利用率從原來的3%刚驶、5%提高到80%剩知、90%。另外牙吼，3D打印完全可以實現(xiàn)個性化瞭剧，非常適合航空航天多品種、小批量柱称、大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造恕且。

盧秉恒發(fā)表講話

現(xiàn)在已經(jīng)有很多很好的案例，盧秉恒介紹道：“弗吉尼亞大學(xué)兩位學(xué)生通過3D打印技術(shù)制造出一架模型飛機并成功試飛阎揪。只花了4個月的時間吩欣，成本也只是2000美元。而就在5年前海庆，制造這樣的塑料渦扇發(fā)動機的成本約為25萬美元恋瞳，需要花上2年的時間±Ｄ瑁”

美好但不完美

“3D打印這么美好健提，但是我們還需要進行很多深入的研究∥芭眩”盧秉恒直言私痹。例如，用于航空領(lǐng)域统刮，需要結(jié)構(gòu)件具備很好的疲勞性能紊遵，這個也是業(yè)界很多人提出置疑的問題。盡管從理論上分析侥蒙，用3D打印可以獲得很好的組織結(jié)構(gòu)暗膜。比如設(shè)想，飛機發(fā)動機的葉片之所以做得好鞭衩，就是因為它的溫度梯度非常高学搜，因此它的晶粒很細。而與發(fā)動機葉片的溫度梯度（每厘米幾十度）相比較论衍，3D打印的溫度梯度在每毫米上千度瑞佩，在這么高溫度梯度下聚磺，3D打印產(chǎn)生的晶粒肯定是很細的智谓。當然也有人不放心匈惑，認為3D打印是一點一點打印出來的，哪一點有問題它就形成了一個缺陷裂膛。盧秉恒肯定這種擔(dān)心是需要的，但他認為：“實際上在宏觀制造中废徙，對微觀雜質(zhì)的混入是不可避免的紧贪，正如鑄造中夾雜、氣孔等缺陷爵孔，即使經(jīng)過鍛造藤该，也只是改變了鑄造后的形狀，氣孔體積縮小一點神阔、形狀變化一點里状，但仍然存在。而3D打印是在一個點上形成一個瞬態(tài)的高溫吩捞、一個瞬態(tài)的劇烈冷卻鳞编，允許產(chǎn)生缺陷的體積會非常非常小，所以應(yīng)該說是最可靠的渐扮÷坫玻”當然，盧秉恒也表示墓律，要達到這種可靠性必須每一點上的工藝條件都控制得非常好膀估。但實際上，在3D打印中耻讽，激光掃描也是有慣性質(zhì)量的察纯，由于光斑能量分布不均，因此會導(dǎo)致溫度場不均勻针肥，可能會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力饼记。“這不是傳統(tǒng)凝固學(xué)所能解決的問題慰枕，我們需要深度研究在3D打印情況下握恳，逐點瞬態(tài)的熱力歷程及其強非平衡態(tài)機理∞嗥В”盧秉恒坦言乡洼，“我們很多的短板還是在基礎(chǔ)研究上，如果這些難點不克服嚼讹，我們對3D打印的航空件能否接受疲勞試驗還是存有疑慮的扛焊。”

此外，盧秉恒認為缺乏標準也是問題之一崎绽。3D打印的結(jié)構(gòu)件用在航空上休敛，尤其是用在民航上，需要達到適航條件宅殿。為此需要大量的試驗來建立相關(guān)標準史糕，在這方面，我國正在積極做好相關(guān)工作诞书。

材料革命

“3D打印也帶來了我們材料方面的科技革命锤知。”盧秉恒介紹快檀，3D打印使材料從增量走向增材贩纵。單一材料的制造可以把它叫作增量制造，而3D打印的一個優(yōu)勢是把不同的材料打印一起都晶，做成功能梯度的結(jié)構(gòu)懒叛，為我們開辟一個很大的創(chuàng)新空間，可以把材料設(shè)計在它最能發(fā)揮效益的地方耽梅。例如薛窥，表面是最耐磨、耐蝕的材料眼姐，里面是強度拆檬、剛度最好的材料，把不同的材料放在一起才是真正的增材制造妥凳。進一步設(shè)想竟贯，從增材到創(chuàng)材。美國NASA做了一個能夠耐受3315℃高溫的合金逝钥，來做“龍”飛船2號的發(fā)動機構(gòu)件屑那，從而大大提高了發(fā)動機的功率。受這個啟發(fā)艘款，或許可以利用3D打印來驗證材料基因組計劃研究中的方案持际，來制造出超高強度、超高耐溫哗咆、超強韌搂物、超高抗?jié)竦雀鞣N不同用途的新的合金材料。

總而言之读铁，3D打印是一個引領(lǐng)性的制造業(yè)共性技術(shù)囱蕴，它可以支持產(chǎn)品快速開發(fā)，支持創(chuàng)新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計砂两，支持制造模式創(chuàng)新朋堪，使制造從控形制造走向控性制造橘疚，從增量走向增材，從增材走向創(chuàng)材盹扮，從創(chuàng)材甚至走向創(chuàng)生胶僵。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)不可限量

目前，在3D打印領(lǐng)域字拒，我國的國產(chǎn)化設(shè)備銷售量基本上排世界第5隘勾，裝機應(yīng)用量排第3，專利論文數(shù)量排第2投嫂，但是我們還有很多的弱項捏章，存在產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、缺乏核心技術(shù)和標準座泳、缺乏各層次人才等問題。

“如何把產(chǎn)業(yè)做大幕与，尤其是讓航空航天這種重要產(chǎn)業(yè)能從3D打印中受益挑势，這個是我們的責(zé)任±裁”為此潮饱，盧秉恒談及我國對增材制造行業(yè)的預(yù)測。預(yù)備在10年內(nèi)（2015~2025年）直接產(chǎn)值達到1000億元诫给，制造業(yè)擴散效益達6000~10000億元香拉。這將帶來打印材料的基本供應(yīng)；價值大的元器件的國產(chǎn)化供應(yīng)中狂；3D打印將顯著影響產(chǎn)品設(shè)計和日用品的個性化制造凫碌；并將成為航空航天領(lǐng)域復(fù)雜零件的小批量制造手段∥搁牛“到2035年盛险，我們將進入第一方陣，增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模將位居世界第二勋又，在裝備研發(fā)與生產(chǎn)颅婴、適用材料和尖端領(lǐng)域應(yīng)用方面與美國并駕齊驅(qū)∑狭希”盧秉恒對此充滿信心汗钳。他預(yù)測，不久的將來佃贞，3D打印將從概念上的三足鼎立走向價值分享的三分天下磺瓤，即便在批量生產(chǎn)方面3D打印或許沒有模具制造、切削加工那么大隶俄，但它可以制造出一些具有高端價值的產(chǎn)品唁返，在總價值的體現(xiàn)上必將占有一定市場娇仙。

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