3D列印：從概念走嚮應用

英國紐卡斯爾大學近日宣布，研究人員通過幹細胞中提取研發的「生物墨水」，利用3D列印技術列印出了世界首個人工角膜。無獨有偶，荷蘭埃因霍溫市也宣稱，正著手運用3D列印技術建造5棟混凝土房屋，建成後將成為全球首批可正式用於居住的3D列印房屋——3D列印再次迎來發展的春天

北京三帝科技股份有限公司旗下北京隆源成型自主研發的激光金屬鋪粉3D印表機。 經濟日報記者沈慧攝

「隨著HP（惠普）、GE（美國通用電氣）、西門子、霍尼韋爾等一大批傳統製造業企業進入3D列印領域，未來幾年，3D列印的優勢將集中爆發。不過，表面的喧囂並不能掩蓋我國缺乏核心技術、核心產品、核心服務的事實。」中國3D列印技術產業聯盟執行理事長羅軍表示。

速度和成本是關鍵

3D列印是否具有持久的生命力主要取決於兩方面，一是成型速度，二是成本。今後，批量化製造將成為3D列印發展的新趨勢。專家表示，「沒有速度就沒有生命力」

3D列印（增材製造技術），是CAD(計算機輔助設計)模型直接驅動的、可以完成任意複雜結構的製造方法總稱。「以前談3D列印，那是陽春白雪，是生產系統的配角。」「中國3D列印第一人」、清華大學教授顏永年說，3D列印發展到今天，已經慢慢介入到傳統製造業領域。

這與華中科技大學教授張海鷗的看法不謀而合。「3D列印，現如今已不再是單純的列印模型和樣件，更多是直接製造功能性產品，它必將與傳統產業展開激烈競爭，並帶來新的產業革命。」張海鷗表示。

現實的確令人振奮。以我國C919大型客機機頭工程樣件研製所需的鈦合金主風擋窗框為例，如果從歐洲訂購至少需要兩年才能拿到零件，而4個框，每個框的鍛造模具費需要50萬美元。採用3D列印技術後，從製造零件到裝上飛機，北京航空航天大學王華明團隊僅用了55天，並且零件費用還不到模具費的五分之一。

憑藉著對原材料靈活疊加利用的優勢，3D列印被《經濟學人》多次推上封面，並被寄予「掀起第三次工業革命」的重任。有學者認為，它將從源頭顛覆傳統製造業。對此，顏永年並不贊同，「3D列印不會取代傳統的技術，而是一種結合，是對傳統行業傳統技術的提升」。

天下武功唯快不破。顏永年表示，3D列印是否具有持久的生命力主要取決於兩方面：一是成型速度，二是成本。今後，批量化製造將成為3D列印發展的新趨勢。如果幾十個小時甚至幾天才能列印一個零件，那麼3D列印也就僅能用於科研。「因為沒有速度就沒有生命力，誰會要慢吞吞的東西？」顏永年說。

當然，降低成本也是3D列印亟待解決的另一道難題。「比如現在採用的材料中，合金粉末比鋼材還貴，這導致其成本比傳統製造業還高，那就沒有競爭力。」顏永年說。

應用是發展動力

人們對於3D列印的認識已經從概念階段嚮應用階段轉變。未來，3D列印的發展趨勢是速度更快、精度更高、成本更低、應用更廣、操作更簡便

當3D列印技術走出實驗室，該何去何從？應用，這是業界給出的答案。「3D列印的主體市場是航空航天，這是一個永不衰敗的市場，放棄了它就意味著沒有抓住重點。」顏永年說。

GE航空集團非常著名的Leap發動機配套燃油噴嘴，便是3D列印應用的一個典型案例。這一燃油噴嘴利用3D列印技術加工製作，把20個零部件整合為一個部件，設計之後重量降低了25%，耐用性增加了5倍，燃油效率提高了百分之十幾。

不僅是航空航天，大型結構件和精密件製造等方面，也存在大量3D列印需求。顏永年表示，3D列印「所見即所得」的特性，非常適用於製造微米級—毫米級的內流道複雜結構，這種內流道採用傳統加工方式是做不出來的。

而對於生物製造，這一3D列印最前沿的領域，顏永年認為，基於3D列印技術的細胞三維受控組裝工藝，是生物製造中最為核心的技術，其目標為具有新陳代謝特徵生命體的成形和製造。前不久，國內科學家們就使用3D列印技術構建生物支架，通過取用孩子耳朵上的軟骨細胞，為5名天生具有耳朵缺陷的小孩安裝了新的耳朵。

「3D列印是一項基礎技術，與其他技術融合發展後，可以在很多領域得到廣泛應用。」羅軍認為，人們對於3D列印的認識已經從概念階段嚮應用階段轉變，這說明3D列印產業發展指日可待。未來，3D列印的發展趨勢是速度更快、精度更高、成本更低、應用更廣、操作更簡便，其發展方向是終端產品生產、智能化、批量化等。

自主是努力方向

從技術工藝、材料、軟體、應用等幾個指標來看，我國3D列印整體上與國際的差距還非常明顯。要想發展壯大，3D列印設備的核心零部件國產化率必須提高

作為一項前沿、顛覆性技術，3D列印近年來大放異彩，不少國家紛紛布局並將其上升為國家戰略。這源於樂觀的前景。根據國際數據公司（IDC）的最新展望報告，全球3D列印技術相關支出在2018年預計達到120億美元，到2021年，全球3D列印行業支出有望達到200億美元，5年複合增長率達到20.5%。

理想很美好，現實卻有點骨感。「目前，從技術工藝、材料、軟體、應用等幾個指標來看，我國3D列印整體上與國際的差距還非常明顯。」羅軍拿應用這一指標舉例，美國佔比接近一半，主要集中在軍工領域；歐洲佔比約為四成，主要集中在民用領域；我國佔比不到一成。

究其原因，羅軍分析，一是成本偏高，二是認識不夠，三是部分印表機的穩定性、精度、產品強度不能滿足生產要求。「儘管目前應用在3D列印領域的材料已達1000多種，但是與傳統製造業相比，還遠遠不夠。尤其部分尼龍材料、陶瓷材料、光敏樹脂材料和鈦合金等冶金粉末材料基本依賴進口，這嚴重影響了我國3D列印產業的健康發展。」羅軍說。

在顏永年看來，中國3D列印發展壯大，列印設備的核心零部件國產化率還需提高。「雖然沒有必要所有零部件全都自己造，但若完全依賴進口，缺少相應配套能力，這是一件危險的事情。」他以激光振鏡舉例，我國進口一台設備需要30多萬美元，而且需要提前付全款，半年後才能交貨。

差距不可小覷，但也並非完全不可逾越。近年來科技部、工業和信息化部先後出台相關政策，對3D列印發展給予了很多政策支持。其中，由顏永年領銜創辦的永年激光科技有限公司，設計出LCD系統集成，首次提出將激光選區熔化、激光熔覆LCD設備和大功率激光器、大數據、工業機器人等集成在同一平台上實現「互聯互通」。據悉，這一設計採用先進數控系統，處於國內領先水平。

未來，中國3D列印將何去何從？羅軍建議從3個方面入手：一是政府積極扶持，鼓勵企業搭建更多開放式應用服務平台，促進3D列印與傳統產業深度融合。二是鼓勵企業與國際頂尖的科研機構開展國際合作，創建國際化研發中心、聯合實驗室、研究院。三是鼓勵科研院校、職業院校深化校企合作，開設3D列印學院（專業），培養更多3D列印應用型人才。「國內3D列印行業還需進一步抱團發展，形成合力。」羅軍強調。

（責編：萬政）

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