3D打印，下一次產業革命？
MakerBot推出最新個人3D打印機，能讓使用者設計任何東西，例如玩偶、小配件、珠寶等，並讓他們的設計出現在眼前。目前使用者只能設計410立方英尺的物品，大概是鞋子大小。售價為2199美元。2012/CFP
周日特別策劃“家里有一台3D打印機，孩子想要一個玩具，在3D設計模型平台上選好自己喜歡的風格，重新定義尺寸之後點擊打印，20分鐘後，玩具就已經在孩子手中了。”也許你會認為這是******里的情景，但它確實是媒體報道的事實。
看到這個報道，王女士顯得很興奮。“真是太好了，這樣就不用再為給小孩買玩具來回奔波了，而且一個玩具沒玩兩天她就煩了，還要換新的，有這樣一台打印機，她想怎麼換就怎麼換。”
“3D打印”究竟有多神奇？甚至有人放言，它可能引領下一次產業革命。果真如此嗎？
“3D打印”是什麼
最近，國內有關3D打印的報道可謂頻頻，甚至有人預測︰未來工廠流水線將會被一台3D打印機取代；家里來客人了，缺一把椅子，通過打印機隨手就可以打印出來……
真的有這麼神奇？3D打印究竟是如何實現的？
在中國科學院自動化所研究員王飛躍看來，3D打印的原理並不復雜。他介紹說，最初的技術是計算機首先會將3D模型分層掃描，一個物體模型會被切分成很多的薄層。然後3D打印機會像普通打印機一樣把每一個薄層打印出來，只是不是打印在紙上，而是打印在一些能夠快速成型的塑料、陶瓷等材料粉末上。墨盒里裝的也不再是墨，而是特殊的膠水。一層一層的膠水，將粉末粘結成需要的形狀，當所有的薄片都被打印出來之後，一個物體就這樣通過薄片粘貼而成了。
北京航空航天大學材料科學與工程學院教授王華明認為，3D打印，專業的說法應該是“增材制造”技術，包括快速原型制造技術和高性能金屬構件直接制造技術兩大類。
“現在媒體報道的3D打印制造技術，主要是指快速原型制造技術。”王華明說。
這項技術上世紀80年代就開始發展起來了，包括“3D打印”“立體印刷”“疊層實體造型”“熔融沉積造型”“選擇性激光燒結”等五大類。主要制造由樹脂、石蠟、陶瓷等材料組成的尺寸較小的原型樣件或模型，這些原型樣件原則上不能直接用于裝備制造，但可以縮短新產品研制周期，降低產品研發和制造成本。
王華明所做的則是第二類——“高性能金屬構件直接制造技術”，主要采用高功率激光束（或電子束）對粉末或絲材進行逐層熔化、快速凝固逐層堆積、直接制造出全致密高性能金屬零部件，具有無需重型鍛造裝備及鍛造模具、材料利用率高、加工量小、柔性高效等優點，被譽為是一種“革命性”的短周期、低成本、數字化制造技術。
過去，飛機鈦合金結構件主要采用傳統鍛造和機械加工來制造，不僅耗時費力，而且技術難度高，需要數萬噸級重型液壓鍛造工業裝備及大型鍛造模具加工，材料利用率通常不足10%、生產周期長、制造成本高。
“以我國C919大型客機機頭工程樣件研制所需的鈦合金主風擋窗框為例，從歐洲訂購至少要兩年才能拿到零件，4個框，每個框的鍛造模具費就要50萬美元。2009年，采用我們激光直接制造技術，從制造零件到裝上飛機，僅用了55天，而且零件費用還不到他們模具費的五分之一。”
“上世紀90年代底，該技術開始在美國發展，難度很大，迄今除我國外世界上其他國家一直還未能突破大型構件激光直接制造關鍵技術，是當前增材制造技術的熱點、難點和國際競爭制高點和發展方向。”王華明說。
能否引發第三次產業革命
美國著名經濟學家、趨勢學家杰里米•里夫金在其《第三次工業革命》一書中指出，智能制造是未來最可能引發第三次產業革命的領域之一。到那時，搜索就是制造，搜索就是生產，搜索就是消費。
對此，王飛躍說︰“未來每一個人的不同需求，幾乎都能通過3D打印得到滿足。到時候我們在谷歌或百度上就不是搜一個名詞，而是尋找3D文件，或是可以完成設計的人。”
早在今年9月19日，美國就有報道稱，MakerBot公司新推出的低端3D打印機Replicator 2的價格僅為2199美元，高端的 Replicator 2X也只有2799美元；並且，幾年後價格可能會降到99美元；屆時，每個人都將擁有3D打印機，比計算機還要普及。
“這將徹底改變我們的世界。”王飛躍說，傳統的制造方式依靠規模生產降低成本，但絕大多數的需求並不需要規模生產，過去只能由手工制作或歸為奢侈品來滿足，而現在可以通過3D打印技術高質量且經濟地解決。
“3D打印成本的下降和應用的普及，意味著增材制造的Microsoft、Google、QQ、阿里巴巴和微博時代的同時到來。正如Google依靠大規模的計算機服務器陣列來滿足人們信息搜索的需求，從而改變人類生活與工作方式一樣，我們可以設想未來的3D打印機組成大規模的制造陣列，實時方便地滿足人類對各種個性化產品的物質需求，進而更加深刻地改變我們生活的社會。這就是為什麼3D打印將改變我們的世界，這就是為什麼社會制造將帶來一場產業革命。”談到這里，王飛躍顯得很有信心。
而王華明似乎對此有所保留。
“有媒體報道說瑞典開發了一台3D打印機，存儲了100多種軟件，能打印出來100多種巧克力，這根本就不是制造。還有說打印手槍都沒問題，那是塑料玩具手槍。真正的一把小小的金屬材料手槍根本不需要3D打印，因為‘打印’出的手槍金屬零件精度達不到要求、成本還高、速度也不快，而用傳統機床去加工這些手槍等簡單金屬小零件、既不費料、也不費時、不僅速度快、精度高、而且成本還更低。”王華明說。
但他同時認為，3D打印至少對那些高性能的難加工的大型復雜金屬構件是一次革命，因為它是高性能難加工金屬材料制備與零件成形一體化制造技術，而且流程短、成本低、近終成形。從這個意義上說，它代表著高性能難加工大型復雜關鍵金屬構件制造技術的發展方向，當然也代表了3D打印制造技術的發展方向。
“3D打印制造技術不能與第三次產業革命劃等號，但它無疑是第三次產業革命中一個重要的元素。”王華明說。
前景很光明，難題仍很多
雖然經過幾十年的發展，但直到1995年“3D打印”這個名詞才正式出現。“而且這兩年發展勢頭很猛。”王飛躍說。
2012年3月19日，美國總統奧巴馬在卡內基梅隆大學宣布創立美國“制造創新國家網絡”計劃。由政府主導、聯邦政府和工業部門共同斥資10億美元逐步建立15個“制造創新中心”，組成創新網絡。8月16日，“國家增材制造創新中心”作為其首個“樣板示範”創新中心剪彩成立。作為新技術研究、開發、示範、轉移和推廣的基礎平台，號稱要成為增材制造技術全球卓越中心並提升美國制造全球競爭力。至此，3D打印的發展更是如日中天。
3D打印之所以如此受青睞，是因為其代表了未來制造業發展的新方向——增材制造或加式制造。
王飛躍表示，加式制造是相對于傳統制造方式而言的，傳統制造方式主要通過模具、車銑等機械加工技術與工具將原材料轉化成產品，其特點是利用縮削、減少材料來生產部件。而加式制造是利用逐層增加材料的方式生產各種產品，無須模具，因此也被稱為無形制造技術。3D打印只是實現加式制造的一種主要方式。
雖然前景很讓人憧憬，而且人們也的確用3D打印技術打印出了人體器官、建築、飛機零部件等很多東西。但“從現在看，還沒有能力立刻取代傳統制造業。”王飛躍說。
而且3D打印仍然面臨著許多技術上的挑戰，美國一項研究曾將其面臨的主要問題歸納為以下幾個方面︰材料的刻畫，材料的研制，過程控制問題，過程的建模與分析，機器的驗證與標準，機器的模塊化構造與組合，設計工具與軟件。
王飛躍認為，其中最難解決的是材料問題。目前，不但能夠用于3D打印的材料非常有限，主要為塑料、陶瓷等容易塑形的材料，而且很多材料的強度和硬度都無法達到預期。例如，打印一把可以使用的錘子就比較困難，因為硬度達不到要求。
王華明的擔憂似乎遠不止這些。有數據顯示︰2012年，世界增材制造的總產值大概是11億美元，而我國是兩億人民幣左右。“在制備過程中控制材料的結構和性能的確很重要，但經過30多年的發展，為什麼其產值才這麼點兒。我想3D打印到底適合干什麼，找到它合適的定位，這才是其是否能發展成為一種產業的關鍵。”
(责任编辑：admin)
3D打印黄金吊坠让人们铭记
令人惊艳的3D打印喷气飞行
全球PK 3D打印PPSU，SOLVA
看3D打印自动化单元如何在
大型高精度电子结构件产品
新型防伪技术：同一束光照
用于细胞3D打印的
