編者按：習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“我們必須增強(qiáng)憂患意識(shí)，敏銳把握世界科技創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)，緊緊抓住和用好新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的機(jī)遇。”當(dāng)前，以信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合為特征的智能制造模式，正在引發(fā)整個(gè)制造業(yè)的深刻變革。作為制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)，3D打印正逐步成為世界各國(guó)搶占未來產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)的焦點(diǎn)領(lǐng)域。要推動(dòng)中國(guó)制造由大變強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)向智能制造轉(zhuǎn)型，必須了解認(rèn)知3D打印和智能制造。為此，我們專門采訪了中國(guó)工程院院士盧秉恒。

記者：盧院士，您好。作為我國(guó)機(jī)械制造與自動(dòng)化領(lǐng)域的著名科學(xué)家，您在國(guó)內(nèi)倡導(dǎo)并開拓了3D打印等先進(jìn)制造技術(shù)的研究。能否請(qǐng)您給我們介紹一下，什么是3D打印？

盧秉恒：從制造方式上看，制造技術(shù)可以分為三類。一種是等材制造，鑄、鍛、焊在制造過程中重量基本不變，已經(jīng)有3000年歷史了。一種是減材制造，車銑刨磨機(jī)床通過材料的切削去除，達(dá)到設(shè)計(jì)形狀，已有300年的歷史。還有一種是增材制造，在制造過程中材料一點(diǎn)一點(diǎn)地累加，形成需要的形狀，才30年的歷史。

3D打印就是增材制造技術(shù)，原理是將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出的三維模型分解成若干層平面切片，然后把打印材料按切片圖形逐層疊加，最終堆積成完整的物體。

3D打印是一項(xiàng)顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)，被美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)稱為20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，在新材料和頁巖氣之前。麥卡錫報(bào)告預(yù)測(cè)在2030年3D打印將在全世界達(dá)到1萬億美元左右的效益。2015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。

記者：您剛才說3D打印是一項(xiàng)顛覆性的創(chuàng)新技術(shù)，那么它與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比具有什么樣的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)呢？

盧秉恒：3D打印的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)很多。

3D打印應(yīng)用非常廣泛。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。在理論上，3D打印無處不在，無所不能。但許多材料的打印、工藝的成熟度、打印成本、效率等尚不盡如人意，需要多學(xué)科交叉的創(chuàng)新研究，使之更好、更快、更廉價(jià)。

3D打印支持產(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，可以使產(chǎn)品開發(fā)周期與費(fèi)用至少降低為一半。3D打印已經(jīng)成為機(jī)電產(chǎn)品和裝備快速開發(fā)的利器。

3D打印是節(jié)材制造技術(shù)。航空航天等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，傳統(tǒng)上往往采用切削加工，95%~97%的昂貴材料被切除。相比而言，3D打印僅在需要的地方堆積材料，材料利用率接近100%。3D打印大大節(jié)約了材料和制造成本。在航空航天裝備研發(fā)及制造中有極其重要的價(jià)值。

3D打印是個(gè)性化制造技術(shù)。3D打印可以快速、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。因此，3D打印特別適合個(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。3D打印還是再制造技術(shù)，可以用于修復(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。它可以以極少的代價(jià)，獲得超值。所以，3D打印應(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)制造上，都具有特殊的優(yōu)勢(shì)。

3D打印開拓創(chuàng)新設(shè)計(jì)的新空間。3D打印可以制造傳統(tǒng)制造技術(shù)無法實(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，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)帶來的最大效益所在。值得注意的是，近兩年，3D打印已經(jīng)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，成本材料大幅度減少，還節(jié)省燃油15%。這是一代發(fā)動(dòng)機(jī)的概念。過去，每開發(fā)一代發(fā)動(dòng)機(jī)要上億歐元，現(xiàn)在一個(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%。

3D打印引領(lǐng)生產(chǎn)模式變革。以后，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。一些專家甚至認(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業(yè)革命。

3D打印是創(chuàng)客最歡迎的工具。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。另外，互聯(lián)網(wǎng)+3D打印的制造模式也很值得關(guān)注：通過收集大眾的個(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)來配送。美國(guó)眾創(chuàng)公司有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%。今后，對(duì)于我國(guó)而言，互聯(lián)網(wǎng)+3D打印很可能是推動(dòng)大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新的亮點(diǎn)。

3D打印有利于創(chuàng)材和創(chuàng)生。在創(chuàng)材方面，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)。在創(chuàng)生方面，3D打印應(yīng)用于組織支架制造、細(xì)胞打印等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了生物活性器官的制造，一定意義上在創(chuàng)造生命。3D打印可以為生命科學(xué)研究和人類健康服務(wù)。

我剛才所講的3D打印支持產(chǎn)品快速開發(fā)、制造節(jié)材、個(gè)性化制造以及再制造等方面，目前已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用。今后，研究的重點(diǎn)是建立各類標(biāo)準(zhǔn)，使其能更廣泛地應(yīng)用，發(fā)揮更大的效益。

3D打印開拓創(chuàng)新設(shè)計(jì)的新空間、引領(lǐng)生產(chǎn)模式變革方面，是現(xiàn)在和將來都要持續(xù)、深入研究的重要方向。在今后的5—15年中，它將會(huì)帶來重要效益。在引起制造業(yè)逐漸量變的同時(shí)，近一半的產(chǎn)品將實(shí)現(xiàn)個(gè)性定制化生產(chǎn)。

3D打印的創(chuàng)材與創(chuàng)生方面，則更將為未來材料科學(xué)和技術(shù)、生命科學(xué)和醫(yī)療技術(shù)帶來巨大顛覆性變革。

記者：當(dāng)前，世界各國(guó)都非常重視3D打印，我國(guó)在這方面的研究也有較好的基礎(chǔ)。能否請(qǐng)您介紹一下我國(guó)3D打印技術(shù)目前的發(fā)展?fàn)顩r？

盧秉恒：你說的沒錯(cuò)。3D打印的科研方面，我國(guó)的研究起步并不晚，20世紀(jì)90年代初期，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)就開始了研究，“九五”期間，已經(jīng)基本掌握了當(dāng)時(shí)的幾種主流技術(shù)，掌握了其制造工藝和軟硬件控制技術(shù)，開發(fā)了這些技術(shù)裝備，開展了推廣應(yīng)用。90年代末，北京航空航天大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等單位開始了金屬材料增材制造研究，可以制造與鍛件性能媲美的大型構(gòu)件。目前我國(guó)依靠自己開發(fā)的大型金屬3D打印設(shè)備，在飛機(jī)大型承力件應(yīng)用方面處于國(guó)際領(lǐng)先，在軍機(jī)、大飛機(jī)研發(fā)中，充當(dāng)了急救隊(duì)的作用。而且，鈦合金大型結(jié)構(gòu)件已經(jīng)率先應(yīng)用于飛機(jī)起落架及C919的研發(fā)中。可以說，目前中國(guó)在3D打印方面的研究已處于國(guó)際前列，如論文和申請(qǐng)專利的數(shù)量處于世界第二。

在應(yīng)用方面，我國(guó)工業(yè)級(jí)設(shè)備裝機(jī)量居全世界第四，但金屬打印的商業(yè)化設(shè)備還比較薄弱，主要還依靠進(jìn)口。非金屬工業(yè)型打印機(jī)，我國(guó)60%以上立足國(guó)內(nèi)。小型FDM打印機(jī)，已批量出口，銷量躋身世界前列。但國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)裝備的關(guān)鍵器件，如激光器、光學(xué)振鏡、動(dòng)態(tài)聚焦鏡、打印頭等還主要依靠進(jìn)口。工業(yè)級(jí)3D打印材料的研究剛剛起步，除了個(gè)別研發(fā)能力強(qiáng)的公司研發(fā)了少量材料外，3D打印的材料基本依靠進(jìn)口。