中國工程院院士、中國工程物理研究院研究員徐志磊：3D打印是第三次工業(yè)革命重要環(huán)...

5月29－31日，由亞洲制造業(yè)協(xié)會、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、英國增材制造聯(lián)盟等單位共同主辦的2013年世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會在北京中國大飯店隆重舉行。國內(nèi)外600多位代表出席會議，就3D打印技術(shù)發(fā)展趨勢、3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、3D打印技術(shù)如何與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)合等議題展開討論。

中國工程院院士、中國工程物理研究院研究員徐志磊
　　以下為中國工程院院士、中國工程物理研究院研究員徐志磊演講實錄：
　　非常高興今天到這樣一個會場來參加3D打印聯(lián)盟的成立會，因為我接觸這個機會大概有比較長的時間，但是我沒有參與這個行業(yè)里面的工作。在演講以前我先講一個故事，很早以前我就聽說過一個故事，德國人到美國去參觀，美國給他展示福特公司的汽車制造廠，他說我這個零部件進去汽車就出來，每分鐘一輛，美國的成就就是福特公司的大規(guī)模生產(chǎn)，這好像是在世界大戰(zhàn)前后。德國人就說，你可以把這個材料用零部件進去，變成汽車出來，那么你們也可以讓牛進去，牛罐頭出來這樣的一個大規(guī)模生產(chǎn)線。他說我們德國可以做一個這樣的生產(chǎn)線，我們把罐頭送進去，牛跑出來，那個時候好像是一種笑話，但是現(xiàn)在就變得有可能實現(xiàn)的一種發(fā)展趨勢了，我想3D打印就能解決罐頭進去牛出來。
　　下面我非常簡單的介紹一下，關(guān)于3D打印的話很長，不是簡單一段時間就能講清楚的，我只能挑選一點東西給大家作一個簡單的介紹。這個就是從80年代開始到90年代中間，那個時候它不叫3D打印，我們在中國叫快速成型。所以，這個從20年到30年的時間里，并不是因為我們的技術(shù)沒有發(fā)展到這個水平，而是整個科學(xué)技術(shù)本身沒有發(fā)展到這個水平，我的理解是這樣的，因為現(xiàn)在來說，用激光打印來做零件，特別是下面這個地方，發(fā)展得比較快主要是因為剛才前面都說了，叫做個體化設(shè)計、個體化設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)時代，我們20年前還沒有網(wǎng)絡(luò)時代的時候，不可能發(fā)展得那么快，3D打印的發(fā)展主要取決于計算機的能力，材料制造能力，另外就是網(wǎng)絡(luò)的能力，使得它能夠很快地發(fā)展起來。
　　現(xiàn)在，我們有興趣的幾件事情，我這里介紹一下，這是一個側(cè)面，就像剛才說的冰山上的一角，就是技術(shù)上有可能做的事情，而且對我們的工藝體系有幫助的，就是微孔泡沫金屬材料開發(fā)，用3D打印的辦法制造金屬泡沫材料。金屬泡沫材料過去有很多辦法做，比如說用發(fā)泡劑和金屬冶煉放在一起來做，但是那時候這種發(fā)泡劑密度很不均勻，有開孔的，也有閉孔的，不好做，現(xiàn)在用3D打印技術(shù)來做這樣的材料，可以做很好的發(fā)泡劑，這種金屬發(fā)泡劑的用處很大，可以用在過濾等方面。這個就是做成的圖象，圖象的發(fā)泡結(jié)構(gòu)比較均勻。這個我們也在公司里做成一些零件，將來準備做一些高精密機床的著層，這個方面我們做了一些工作。另外，微泡結(jié)構(gòu)還可以做很多的事情，用3D打印做一種框架，里面是組織結(jié)構(gòu)的，然后可以填充其他的材料進去，就變成非常有用的東西。
　　另外，關(guān)于合金來做，剛才已經(jīng)介紹很多了，有很多優(yōu)點，加工的柔性度比較高，集成了貴重金屬的材料應(yīng)用。這樣的話，就可以在國防工業(yè)里面做很多有用的東西，我想對于國防工業(yè)采用金屬，用3D打印技術(shù)來做，可能是一個很好的方面。因為國防工業(yè)用的材料或者零部件，它的數(shù)量不是特別的大，當然，即使是飛機，也不是成千上萬，也就是上百、上千就這么大了，它這個零件適合用3D打印來做，精度很高，結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，而批量不是很大，如果用傳統(tǒng)的技術(shù)來做，可能它的生產(chǎn)條件、設(shè)備、代價就很高。比如說波音公司，或者像美國的F35、F22，里面有多少零件是用3D打印做的，估計還是有的。比如說德國的奔馳、寶馬，有一些零部件已經(jīng)開始使用3D打印來做了。
　　這個就是航空工業(yè)用得比較多，我們一起來的專家有些是北航出來的，他們很理解，這個東西做得比較多，我這里也會詳細介紹。在航空工業(yè)也好、航空航天，還有其他的軍事工業(yè)來說，3D打印大概是最容易進入與發(fā)展的一個方向，是很快就可以產(chǎn)生效益的方向，這是很重要的。特殊的材料，比如像鋁合金、鈹合金，現(xiàn)在也正在開發(fā)這方面的3D打印材料，這是它們性能的一些圖紙。
　　還有一些非金屬材料在生物上面用的PEK的塑料，鋼性能的非金屬材料，用這個來做就做得蠻好，生物結(jié)構(gòu)材料里面用得還是相當可以的。現(xiàn)在還有一個重要的東西，就是還是先在實驗室階段，美國國家實驗室他們用微光固化的材料做一種復(fù)合的材料結(jié)構(gòu)，使得這個材料變成可以設(shè)計的，可以設(shè)計出一種原來沒有這個材料的，我們現(xiàn)在把它用人工的方法來合成、設(shè)計這種新的材料。比如說兩種不同的材料融合在一起，用3D打印兩個噴嘴復(fù)合一個材料出來，這種技術(shù)在大學(xué)也是可以開發(fā)的。
　　這個圖我特別感興趣，也非常有意思，他用塑料的設(shè)計做一個結(jié)構(gòu)，可以用非金屬材料能夠做到重量比較輕、結(jié)構(gòu)強度比較高，能夠在一定程度上跟金屬材料的強度進行比較。這種他用自己設(shè)計的八角形的航架結(jié)構(gòu)來設(shè)計新材料，將來不管對于航空行業(yè)還是其他行業(yè)，這個都是非常有意義的，現(xiàn)在還處于研究階段。
　　因為3D打印的方法很多，可以有立體結(jié)構(gòu)，有也可以用可控的電泳沉積進去，把材料一層一層積上去，因此他們用噴墨打印的出來來做一個微結(jié)構(gòu)的技術(shù)，各自之間的距離是1微米的水平，也希望我們國家能夠從學(xué)校里面從這個領(lǐng)域去開發(fā)很多微結(jié)構(gòu)的材料，這也是一個材料科學(xué)的問題。
　　這個圖是用鋁框架，做的時候是鋁的，把氧化銅裝進去，本身鋁合金是一種燃燒，帶有可以起爆炸藥的性能的，銅合金放進去以后，它就可以做成非常好的復(fù)合型武器材料。這個是美國的一個實驗室做的，有了3D打印以后，他們就可以設(shè)計一些新的完全沒有人知道的材料。
　　前面已經(jīng)很多專家講過了，我們還是面臨很多的問題和挑戰(zhàn)，挑戰(zhàn)主要是精度和效率，因為我們現(xiàn)在看到展示臺上的所有材料，塑料材料精度在0.1毫米左右，表面光滑度也不是很高，這個東西當然有很高的前景。但是真正要作為機械工程的零部件來說，它的精度是很不夠的，所以，我們希望能夠爭取把金屬材料的精度能夠做到0.01，或者10個微米、20個微米，40個微米也可以用，希望能夠做到這個水平，這有可能變成用3D打印直接做零件，而不是翻模具重新來搞。
　　另外一個，你要把這個精度分辨得極高以后，它必然帶來的問題就是效率比較低，在精度和效率中間要深化研究這個問題。再一點，比如說燒結(jié)也好、熔化也好，又跟物理性能有很大的關(guān)系，如果它還來不及熔化、來不及凝固，也來不及兩個微克的時間，能夠很好的融合，或者是擴散融合，直接融合，這個物理過程是非常矛盾的，所以我們正好需要在這個領(lǐng)域里面開展很多科學(xué)研究來解決這類問題。還有就是做出來的零件，本身能不能達到原來的強度和水平，這也是一個很大的挑戰(zhàn)。
　　第三個挑戰(zhàn)，并不是傳統(tǒng)的3D打印材料里面都可以拿過來用，因此有必要開發(fā)更好的材料，能不能用3D打印來做，這樣的話，這個范圍應(yīng)用就很多，真正的高精度、高強度的材料做起來難度也很大，因為一次3D打印做出來以后，還有長期應(yīng)用、疲勞應(yīng)用等等問題，還有一段過程。關(guān)于成型的范圍，有的又要很大，又要很薄。下面是工藝穩(wěn)定性，真正做到零部件的生產(chǎn)，難度非常大。
　　這個問題就是第三次工業(yè)革命，我們現(xiàn)在看到的，能夠想到的，像美國公司來給我介紹情況，看起來是非常有前途的，但是我們需要解決問題相當多。因此除了我們的產(chǎn)能聯(lián)盟，除了我們的公司能夠在市場上占有一席之地，我想我們的大學(xué)、研究所更多的精力應(yīng)該去研究這個里面的光源、材料、制造零部件的3D打印設(shè)備，這些也是非常重要的，這是我們提出來的，不然我們怎么能夠體現(xiàn)3D打印用到第三次工業(yè)革命，關(guān)于第三次工業(yè)革命是不是完全能夠?qū)崿F(xiàn)，這有待于我們很重要的大家的努力，3D打印就是在第三次工業(yè)革命之內(nèi)重要的一個環(huán)節(jié)，也是重要的領(lǐng)域，希望我們共同來攻關(guān)。來自中國3d打印聯(lián)盟