话题背景

 

近几个月来，3D打印技术在中国的热度不断攀升，目前全国多个省市都在举行3D打印项目论证会，一轮由3D打印引发的“圈地运动”即将来临。对于风起云涌的3D打印热潮，我们应该如何看待？

 

■本站记者 计红梅

 

12月21日，当《中国科学报》记者在北京航空航天大学见到王华明的时候，他刚刚获得了由光华设计基金会颁发的“中国设计贡献奖银质奖章”，而获奖理由则是他在增材制造技术方面所作出的杰出贡献。

 

增材制造俗称“3D打印”，近几个月来，3D打印技术在中国的热度不断攀升，工信部副部长苏波近日在2012年增材制造技术国际论坛暨第六届全国增材制造技术学术会议上的表态更将这一热度推至高点。苏波表示，工信部未来将推动“3D打印”产业化，“3D打印”路线图和中长期发展战略也即将制定。

 

然而，面对风起云涌的3D打印热潮，作为我国3D打印领域的权威专家，王华明却仍旧保持了低调冷静。他告诉记者，3D打印确实会给制造技术带来革命，但并不会如英国《经济学人》杂志所声称的那样成为第三次工业革命的引擎。与当下占据媒体眼球的“快速原型制造技术”相比，3D打印的另一技术方向——高性能金属构件直接制造技术才是该领域未来的技术制高点。

 

为什么会“火”

 

已是长江学者、大型金属构件激光直接制造教育部工程研究中心主任的王华明，从上世纪80年代就开始关注并研究3D打印技术。其所在的北京航空航天大学团队历经近20年的研究，在国际上首次全面突破了钛合金等难加工大型复杂整体关键构件激光成形工艺、成套装备和应用关键技术，使我国成为迄今为止世界上唯一突破大型整体钛合金关键构件激光成形技术并成功实现装机工程应用的国家。

 

据记者了解，目前全国多个省市都在举行3D打印项目论证会，一轮由3D打印引发的“圈地运动”即将来临。不久的将来，不仅各个省市，甚至包括地级市，都会如雨后春笋般地出现3D打印产业园。但王华明认为，为了未来技术和产业的健康发展，3D打印应理性降温。

 

仅仅短短几个月时间，3D打印为何就变得如此如火如荼？王华明认为，其起因大概有两个。

 

今年3月19日，美国总统奥巴马在卡内基梅隆大学宣布了创立美国“制造创新国家网络”的计划，其目标是要重振美国的制造业。该计划决定，由美国联邦政府和工业部门共同斥资10亿美元，遴选出制造领域15项前沿、前瞻的技术，建立15个研究中心。4月17日，增材制造技术被确定为首个研究中心努力的方向。8月16日，美国“国家增材制造创新中心”正式宣告成立，成为“制造创新国家网络”计划的首个“样板示范”中心。

 

其后，今年4月，英国《经济学人》发表封面文章称，“3D打印将推动第三次工业革命”，引发了全球科技界的关注，也成为我国3D打印热潮的直接推手。

 

并非“万能制造机”

 

从打印器官、鲜肉到房子、飞机，经过媒体的渲染，3D打印俨然已是美国科幻作家罗伯特·希克利笔下的 “万能制造机”。而事实上3D打印技术却并非如此神奇。

 

据介绍，增材制造技术包括“快速原型制造技术”和“高性能金属构件直接制造技术”两大类。时下为大家所“热炒”的3D打印成果绝大多数都属于快速原型制造技术范畴，而3D打印只是实现快速原型制造的路径之一。

 

王华明告诉记者，增材制造技术之所以被通称为3D打印，主要是因为其比较形象，易于理解。实际上，除3D打印外，快速原型制造技术还包括“立体印刷”、“叠层实体造型”、“熔融沉积造型”、“选择性激光烧结”等其他四种方式。

 

肇始于上世纪80年代中期的原型制造技术目前已经比较成熟，去年中国3D打印2亿元人民币的产值基本上都来源于此。其基本原理是，通过数字化技术，数控系统先对所要打印的模型进行细致地切分，然后再通过“打印机”将材料一层层叠加起来，就可以形成原型实物。

 

然而，和公众的理解有所偏差的是，基于快速原型制造技术打印出来的结果只是原型样品和模型。此外，绝大多数型号的3D打印机只能使用一种耗材，这也是其局限所在。

 

王华明认为，快速原型制造技术最大的用途是服务于新产品的快速设计及优化以及顾客预体验、商业宣传等，同时也能大大缩短产品研制和投放的市场周期，降低产品研发和制造成本。

 

技术制高点

 

去年全球3D打印产业的总产值是17.2亿美元，不到制造业总GDP的0.01%。据中国最早从事3D打印研究的中国工程院院士卢秉恒估算，即便3D打印保持每年30%以上的速度增长，到2020年全世界3D打印产业的总产值也只有50亿~60亿美元。在2012年增材制造技术国际论坛上，卢秉恒也呼吁，对3D打印应保持冷静。

 

为什么已经发展了近30年，而3D打印技术的产值还这么低？王华明认为，“我们固然不能以GDP论英雄，但也可以之作为参考，对3D打印的重要性我们要客观加以认识。”

 

王华明认为，实际上第三次工业革命早已开始， 3D打印只是第三次工业革命的一个组成部分，而且有明确的细分市场。与快速原型制造技术相比，高性能金属构件直接制造技术对于制造领域的变革性作用更加明显。

 

据记者了解，以传统制造方法生产金属零件，要经过模锻毛坯、铣削加工等工序。以JSF飞机上用的升力风扇钛合金整体叶盘为例，其锻件毛坯重达1500公斤，而最终零件则只有100公斤，其材料利用率只有6.67%。而利用高性能金属构件直接制造技术，则可以合金粉末为原料，通过激光熔化、逐层堆积的方式，从零件数模一步制造出高性能、大型的复杂构件，其最终成果在实用化之前只需少量后续加工，大大降低了材料的浪费度并节省了生产时间。

 

“利用直接制造技术生产高性能、难加工的大型复杂整体构件，是先进制造技术的发展方向。”王华明认为，“它不仅可以解决一些重大装备制造中的瓶颈问题，也是未来抢占增材制造技术战略制高点的关键。”

 

据悉，该技术自1992年问世伊始就受到国内外的高度关注，但由于存在“变形开裂”预防、“力学性能”控制等瓶颈，目前美国、英国、德国等国均主要集中于不锈钢、高温合金等小尺寸零件的激光成形，一直未能突破大型金属构件激光成形关键技术。

 

而王华明所在团队历经近20年研究，通过产学研合作，率先攻克了上述难题，提出了钛合金等高活性、难加工金属大型结构件激光直接制造成套装备新原理，并研发出具有原创性核心技术、零件成形能力可达4000×3000×2000毫米、迄今为止世界最大的激光直接制造成套装备。其成果已应用于大型客机等飞机的研制。

 

虽然已在国际竞争中占据了领先位置，但王华明并不满足。他告诉《中国科学报》记者：“现在还仅仅只是一个开始。”

 

他表示，直接制造的核心是做材料。基于此，未来他们还将研发出更多的材料、更好的性能、更高的精度，将直接制造技术应用到更广的领域。