史玉升：3D打印能與基因組結(jié)合創(chuàng)造新的材料

本文是根據(jù)史玉升教授在再生時(shí)代舉辦的上海Inside 3D打印產(chǎn)業(yè)高峰論壇上的演講整理而成，史教授分析了3D打印出現(xiàn)的意義,，發(fā)展趨勢(shì)以及存在的問(wèn)題等,，其中關(guān)于“社會(huì)化的制造模式”,、“數(shù)據(jù)流”“3D打印與基因組結(jié)合”等一系列非常新穎的觀點(diǎn)尤其值得注意,，因此把史教授這些有趣的觀點(diǎn)都整理出來(lái)與大家分享。

制造業(yè)分為三類,，第一種,，等材制造，有三千年以上的歷史,；第二種,，是減材制造，三百年以上的歷史,；第三種,，增材制造，只有30年歷史,，相比傳統(tǒng)的非常年輕,，雖然年輕但有非常重大的意義。

意義體現(xiàn)在哪里,？

3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造技術(shù)的幾個(gè)復(fù)雜性：形狀的復(fù)雜性,，幾乎可以成型制作任意程度的形狀特征的零件；材料的復(fù)雜性,，全彩色,、異質(zhì)結(jié)構(gòu)都可以；功能復(fù)雜,，整體成形,，簡(jiǎn)化甚至取消裝配。

突破這些復(fù)雜性對(duì)各行各業(yè)帶來(lái)的深遠(yuǎn)影響：

第一,，3D打印為制造提供創(chuàng)新的原動(dòng)力,，可以利用3D打印技術(shù)拓展產(chǎn)品創(chuàng)意與創(chuàng)新空間，在零部件的設(shè)備上做最優(yōu)的設(shè)計(jì),，不用考慮加工的問(wèn)題,。

第二，極大的降低產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新的成本,、縮短創(chuàng)新研發(fā)周期,。3D打印技術(shù)可以跟傳統(tǒng)制造業(yè)合并,，比如說(shuō)跟制造業(yè)結(jié)合，使汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋開(kāi)發(fā)費(fèi)用由200萬(wàn)減少到2,、3萬(wàn)以內(nèi),，半年時(shí)間縮短到一個(gè)星期左右。

第三,，3D打印可以提升制作的工藝能力,。簡(jiǎn)化制造提高產(chǎn)品質(zhì)量與性能,，一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的噴嘴,，過(guò)去20個(gè)零件，現(xiàn)在用3D打印集成為一個(gè)零件,。其次制作出傳統(tǒng)工藝無(wú)法加工的零部件,，加大的增強(qiáng)了工藝實(shí)現(xiàn)能力，像發(fā)動(dòng)機(jī)葉片可以做成空心網(wǎng)狀的,，既降低了重量,，又實(shí)現(xiàn)了功能。提高了難加工材料可加工性,，拓展了工程應(yīng)用領(lǐng)域,。像陶瓷很難加工，用3D打印就變得容易了,。

四,、實(shí)現(xiàn)綠色的可制造模式，制造業(yè)的污染是占全球整個(gè)污染的48%,。減少材料使用量,，可以做成網(wǎng)狀空心做。

五,、形成新的商業(yè)模式,，新的制造體系。我們從設(shè)計(jì)到服務(wù)都叫制造,，將來(lái)制造模式個(gè)性化制造服務(wù),，我們物流就是數(shù)據(jù)流，沒(méi)什么倉(cāng)庫(kù),、實(shí)物運(yùn)輸,，我們物流就是數(shù)據(jù)的流動(dòng)，把錢(qián)付過(guò)去,，數(shù)據(jù)發(fā)過(guò)來(lái),，用3D打印就可以進(jìn)行打印。3D打印技術(shù)將促生新的制造模式,，我認(rèn)為是社會(huì)化的制造模式,，廣大網(wǎng)友都可以是設(shè)計(jì)師,。

發(fā)展趨勢(shì)

由單色向多色乃至表面紋理全彩色的發(fā)展。新的軟件要出來(lái),，過(guò)去軟件是只有幾何,，現(xiàn)在關(guān)于3MF這種格式的，將來(lái)帶有材料,、結(jié)構(gòu)的信息,。

單材料向多材料功能梯度材料方向發(fā)展。

宏觀工藝結(jié)構(gòu)和多尺度結(jié)構(gòu)方向發(fā)展,。利用同一種材料打印成不同彈性模量

的組織結(jié)構(gòu),。比如使用一種材料實(shí)現(xiàn)毛絨玩具各部委不同的柔軟度及觸感。另外可以用3D打印使用超材料,，以一種材料為基礎(chǔ)制造的但愿構(gòu)造塊,，幾乎可以任意控制彈性模量。

實(shí)現(xiàn)納米尺度的微觀3D打印,。

實(shí)現(xiàn)光電柔性的打印,。我們系的褲帶、穿的衣服,，打印出來(lái)上面帶有光電器件,，我們用的計(jì)算機(jī)手機(jī)上面的電路板都是剛性的，將來(lái)要以柔性的線路打印,。

生命體的打印,，不僅僅是打印機(jī)器零部件，要打印人體零部件�,，F(xiàn)在是四個(gè)層次,，有假的牙齒，還有活性無(wú)組織材料,，還有活性軟組織,，肝臟、腎,，這些生命體會(huì)發(fā)揮很重要的作用,。

實(shí)現(xiàn)3D打印創(chuàng)造材料，跟材料基因組結(jié)合起來(lái),，過(guò)去有水稻或者生物的基因組,，現(xiàn)在世界正在改材料的基因組。有了材料的基因組以后,，用3D打印材料基因組的數(shù)據(jù)既創(chuàng)造材料,，又做出來(lái)結(jié)構(gòu)的要求。從尺度上做到原子尺度,、介觀尺度,、宏觀尺度,。可以解決光電問(wèn)題,、熱點(diǎn)問(wèn)題等一系列,。將來(lái)打造出有功能器械的器件�,？梢园央娮与娙荽蛴∵^(guò)程中一起打印出來(lái),。

3D打印與等材制造、減材制造結(jié)合,，一半增材一半減材,，就可以做出既復(fù)雜表面粗糙又非常低的模件。

3D打印將來(lái)會(huì)走進(jìn)醫(yī)院,，作為診斷設(shè)備,，原來(lái)做CT或者片子看一下,，平面看不清楚,，將來(lái)打印一個(gè)立體的來(lái)看。

會(huì)推廣到中小學(xué)教育,，更重要提高他們的學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)成績(jī),。我們可以用3D打印動(dòng)手理解，像化學(xué)分子,。

走進(jìn)未來(lái)的家庭,，就有很多3D打印機(jī)做食品、玩具,、衣服,、鞋子。

未來(lái)的工廠就是3D打印機(jī),，沒(méi)倉(cāng)庫(kù),，就是大數(shù)據(jù)處理各種各樣的信息數(shù)據(jù)，也沒(méi)有物流,，形成社會(huì)化制造,，社會(huì)上的人都可以制造，也可以創(chuàng)造,。

面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)

一個(gè)是3D打印的設(shè)計(jì)理論和方法還沒(méi)有,，第二個(gè)是3D打印材料設(shè)計(jì)理論和方法沒(méi)有。比如說(shuō)我把牙齒CT模型畫(huà)進(jìn)去,，網(wǎng)狀會(huì)自動(dòng)軟件生存出來(lái),。模具冷卻流道，放進(jìn)去軟件自動(dòng)把冷卻流道生產(chǎn)出來(lái),。這樣的設(shè)計(jì)理論方法沒(méi)有,。

3D打印裝備方面,，目前成型精度令人不滿意，成型效率做一個(gè)小零件幾個(gè)星期,。

3D打印裝備高,，廣大的人民群眾用不起，中小企業(yè)用不起,，怎么辦呢,？想辦法降低價(jià)格。

3D打印裝備的穩(wěn)定性得不到保證,，在哈爾濱跟上海做可能零件有差異,，今天做和明天做有差異，很多關(guān)鍵部件做一下可能停了,。

再就是說(shuō)各類關(guān)鍵部件——激光器,，國(guó)內(nèi)激光器解決不了，特別是像SLM這種用激光器的穩(wěn)定性要求非常高的,。各類光學(xué)系統(tǒng),，像噴嘴、關(guān)鍵器件,，也是一個(gè)瓶頸,。

3D打印材料，品種少,、價(jià)格貴,、性能低。傳統(tǒng)方法相比成千上萬(wàn)上億的材料,，3D打印材料太少了,，鈦合金很貴，一公斤幾千塊錢(qián),，材料是限制3D打印技術(shù)的主要平靜,。

3D打印應(yīng)用方面，這個(gè)零部件比如說(shuō)力學(xué)性能,、斷裂韌性,，疲勞性能、擴(kuò)展簌簌,，高溫持久性能,、組織結(jié)構(gòu)都缺乏標(biāo)準(zhǔn)體系。特別是高溫型轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件,，3D打印沒(méi)有人敢用,，現(xiàn)在用的相對(duì)成熟的鈦合金。有一些在航天上有標(biāo)準(zhǔn)出來(lái)了,，其他的材料都沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn),。
文章來(lái)源：3D打印世界