我國機械制造與自動化領域著名科學家，現(xiàn)為中國工程院院士，西安交通大學教授、博士生導師彪珠，任快速制造國家工程研究中心主任、國務院機械學科評議組召集人风捌、中國機械工程學會副理事長浸船、中國機械制造工藝協(xié)會副理事長、全國高校金屬切削機床學會理事長寝蹈。

盧秉恒主要從事快速成形制造李命、微納制造、生物制造箫老、高速切削機床等方面的研究封字，先后主持20余項國家重點科技攻關項目。曾獲國家科技進步二等獎耍鬓、國家技術發(fā)明二等獎阔籽、“做出突出貢獻的中國博士學位獲得者”稱號、全國五一勞動獎章等獎項牲蜀。

顛覆性技術

“3D打印是一個嶄新的技術笆制，還有非常大的發(fā)展空間』链铮”盧秉恒院士介紹在辆，增材制造是近30年才發(fā)展起來的，而我們比較熟悉的鑄度苔、鍛匆篓、焊已經有3000年的歷史了，切割加工也具有300多年的歷史。根據(jù)2013年麥肯錫研究報告預測妙帆，在今后影響人們生產組織模式和社會生活的12項重大顛覆性技術中仙尔，3D打印名列第9，排在新材料和頁巖氣之前兵雪，到2030年，3D打印的效益將達到0.6～1.2萬億美元屋迄。這一預測后來又被提前晒茁，預計到2025年3D打印可能產生高達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)明答海、在美國制造”捷嘁，他們提出了一個指標：用一半的周期、一半的成本來完成產品的開發(fā)壁万。為了實現(xiàn)這一目標鳍彪，專家們提出3D打印是促進這一指標的有效手段。盧秉恒認為荔鸵，3D打印正處于技術發(fā)展的井噴期刊愚，近兩三年國內有很多大的創(chuàng)新，使非金屬制造的效率提高了幾十倍踩验，金屬制造的效率也提高了近十倍鸥诽；同時，3D打印也正處于一個產業(yè)發(fā)展的起步期箕憾，很多企業(yè)都在加盟這個領域牡借，普遍認為3D打印是一個很值得挖掘的一個金礦。

在盧秉恒看來袭异，3D打印是產品開發(fā)的利器钠龙，它在做首件上是非常有利的∮澹“過去碴里，我們做試制的時候，最難的就是做樣件畅买，一架新飛機的研發(fā)周期需要10～20年并闲。有了3D打印，我們就可以免除做首件所需要的專用工卡具谷羞、刀具帝火、模具等等，因此大大簡化了工藝流程脯黎，可以快速做出首件來進行裝配东镶、試驗、驗證〕髂”盧秉恒舉例梢纫，像飛機典型的結構件大部分是框、梁捕砖、架汤浊、桁，這些東西的長度和面積都很大泡快，但是實際上所需材料并不多砚皆，設計要求用最少的材料來實現(xiàn)最高的強度和剛度。3D打印是上述結構非常理想的一種指導方法嗓钦，它可以克服結構件占有空間大旦良、形狀復雜，采取切割加工時往往95%～97%的材料都會被切割掉溯饵，而且在切割加工中變形非常大侵俗，且加工所用機床的制造難度非常大等問題》峥“所以從這個角度上來說隘谣，3D打印在航空航天領域是一項顛覆性技術≡迦”盧秉恒認為洪橘。航空航天所面對的是難加工的材料，它的復雜結構棵帽、加工變形控制熄求、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逗概。例如弟晚，鈦合金的切削加工是很難的，但對于3D打印來說逾苫，看問題的角度變了卿城，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%馅块、5%提高到80%粟宣、90%。另外吨争，3D打印完全可以實現(xiàn)個性化辑揍，非常適合航空航天多品種、小批量绊蚯、大型復雜結構的制造讽歹。

現(xiàn)在已經有很多很好的案例综姜，盧秉恒介紹道：“弗吉尼亞大學兩位學生通過3D打印技術制造出一架模型飛機并成功試飛。只花了4個月的時間几研，成本也只是2000美元挽钧。而就在5年前，制造這樣的塑料渦扇發(fā)動機的成本約為25萬美元蚓夺，需要花上2年的時間熊朵。”

美好但不完美

“3D打印這么美好骇另，但是我們還需要進行很多深入的研究畴栖。”盧秉恒直言八千。例如，用于航空領域燎猛，需要結構件具備很好的疲勞性能恋捆，這個也是業(yè)界很多人提出置疑的問題。盡管從理論上分析重绷，用3D打印可以獲得很好的組織結構沸停。比如設想，飛機發(fā)動機的葉片之所以做得好昭卓，就是因為它的溫度梯度非常高愤钾，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）相比較候醒，3D打印的溫度梯度在每毫米上千度能颁，在這么高溫度梯度下，3D打印產生的晶恋挂肯定是很細的伙菊。當然也有人不放心，認為3D打印是一點一點打印出來的祭静，哪一點有問題它就形成了一個缺陷纷沽。盧秉恒肯定這種擔心是需要的，但他認為：“實際上在宏觀制造中姻粱，對微觀雜質的混入是不可避免的讹唧，正如鑄造中夾雜、氣孔等缺陷研镀，即使經過鍛造剃坦，也只是改變了鑄造后的形狀，氣孔體積縮小一點拱缆、形狀變化一點馒易，但仍然存在店烛。而3D打印是在一個點上形成一個瞬態(tài)的高溫、一個瞬態(tài)的劇烈冷卻砖军，允許產生缺陷的體積會非常非常小辱甫，所以應該說是最可靠的〗睿”當然店诗，盧秉恒也表示，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音榜。但實際上庞瘸，在3D打印中，激光掃描也是有慣性質量的赠叼，由于光斑能量分布不均擦囊，因此會導致溫度場不均勻，可能會產生內應力嘴办∷渤。“這不是傳統(tǒng)凝固學所能解決的問題，我們需要深度研究在3D打印情況下涧郊，逐點瞬態(tài)的熱力歷程及其強非平衡態(tài)機理贯被。”盧秉恒坦言妆艘，“我們很多的短板還是在基礎研究上彤灶，如果這些難點不克服，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批旺÷沽”

此外，盧秉恒認為缺乏標準也是問題之一辽画。3D打印的結構件用在航空上溪胖，尤其是用在民航上，需要達到適航條件阀恳。為此需要大量的試驗來建立相關標準肤不，在這方面，我國正在積極做好相關工作薇榨。

材料革命

“3D打印也帶來了我們材料方面的科技革命豌腮。”盧秉恒介紹魏颠，3D打印使材料從增量走向增材椰骇。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软苗，做成功能梯度的結構膨吼，為我們開辟一個很大的創(chuàng)新空間棺氢，可以把材料設計在它最能發(fā)揮效益的地方。例如现恼，表面是最耐磨肃续、耐蝕的材料，里面是強度叉袍、剛度最好的材料始锚，把不同的材料放在一起才是真正的增材制造。進一步設想喳逛，從增材到創(chuàng)材瞧捌。美國NASA做了一個能夠耐受3315℃高溫的合金，來做“龍”飛船2號的發(fā)動機構件润文，從而大大提高了發(fā)動機的功率姐呐。受這個啟發(fā)，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典蝌，來制造出超高強度皮钠、超高耐溫、超強韌赠法、超高抗?jié)竦雀鞣N不同用途的新的合金材料。

總而言之乔夯，3D打印是一個引領性的制造業(yè)共性技術猴宾，它可以支持產品快速開發(fā)，支持創(chuàng)新產品的結構設計醇疮，支持制造模式創(chuàng)新漆埋，使制造從控形制造走向控性制造，從增量走向增材巴移，從增材走向創(chuàng)材您窒，從創(chuàng)材甚至走向創(chuàng)生。

產業(yè)生態(tài)不可限量

目前瞭驴，在3D打印領域翻萨，我國的國產化設備銷售量基本上排世界第5，裝機應用量排第3退钱，專利論文數(shù)量排第2俄蔗，但是我們還有很多的弱項，存在產業(yè)規(guī)模小欠诊、缺乏核心技術和標準蛀漆、缺乏各層次人才等問題。

“如何把產業(yè)做大臣疑，尤其是讓航空航天這種重要產業(yè)能從3D打印中受益盔憨，這個是我們的責任徙菠。”為此郁岩，盧秉恒談及我國對增材制造行業(yè)的預測婿奔。預備在10年內（2015~2025年）直接產值達到1000億元，制造業(yè)擴散效益達6000~10000億元驯用。這將帶來打印材料的基本供應脸秽；價值大的元器件的國產化供應；3D打印將顯著影響產品設計和日用品的個性化制造蝴乔；并將成為航空航天領域復雜零件的小批量制造手段记餐。“到2035年薇正，我們將進入第一方陣片酝，增材制造產業(yè)規(guī)模將位居世界第二，在裝備研發(fā)與生產挖腰、適用材料和尖端領域應用方面與美國并駕齊驅雕沿。”盧秉恒對此充滿信心场时。他預測荡西，不久的將來，3D打印將從概念上的三足鼎立走向價值分享的三分天下强进，即便在批量生產方面3D打印或許沒有模具制造舵翘、切削加工那么大，但它可以制造出一些具有高端價值的產品袱族，在總價值的體現(xiàn)上必將占有一定市場服驼。

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