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)展趨勢以及存在的問題等,，其中關(guān)于“社會化的制造模式”、“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尤其值得注意,，因此把史教授這些有趣的觀點都整理出來與大家分享,。

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，簡化甚至取消裝配,。

突破這些復(fù)雜性對各行各業(yè)帶來的深遠(yuǎn)影響：

第一,，3D打印為制造提供創(chuàng)新的原動力，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,，不用考慮加工的問題。

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,，比如說跟制造業(yè)結(jié)合,，使汽車發(fā)動機缸蓋開發(fā)費用由200萬減少到2、3萬以內(nèi),，半年時間縮短到一個星期左右,。

第三，3D打印可以提升制作的工藝能力,。簡化制造提高產(chǎn)品質(zhì)量與性能,，一個發(fā)動機的噴嘴，過去20個零件,，現(xiàn)在用3D打印集成為一個零件,。其次制作出傳統(tǒng)工藝無法加工的零部件,，加大的增強了工藝實現(xiàn)能力，像發(fā)動機葉片可以做成空心網(wǎng)狀的,，既降低了重量,，又實現(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,、實現(xiàn)綠色的可制造模式，制造業(yè)的污染是占全球整個污染的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)計到服務(wù)都叫制造,，將來制造模式個性化制造服務(wù),，我們物流就是數(shù)據(jù)流，沒什么倉庫,、實物運輸,，我們物流就是數(shù)據(jù)的流動，把錢付過去,，數(shù)據(jù)發(fā)過來,，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)為是社會化的制造模式,，廣大網(wǎng)友都可以是設(shè)計師。

發(fā)展趨勢

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,，過去軟件是只有幾何，現(xiàn)在關(guān)于3MF這種格式的,，將來帶有材料,、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,。

實現(xiàn)納米尺度的微觀3D打印,。

實現(xiàn)光電柔性的打印。我們系的褲帶,、穿的衣服,，打印出來上面帶有光電器件，我們用的計算機手機上面的電路板都是剛性的,，將來要以柔性的線路打印,。

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

實現(xiàn)3D打印創(chuàng)造材料,，跟材料基因組結(jié)合起來,，過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,�,？梢越鉀Q光電問題、熱點問題等一系列,。將來打造出有功能器械的器件,。可以把電子電容打印過程中一起打印出來,。

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打印將來會走進(jìn)醫(yī)院,，作為診斷設(shè)備，原來做CT或者片子看一下,，平面看不清楚,，將來打印一個立體的來看。

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

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

未來的工廠就是3D打印機,，沒倉庫,，就是大數(shù)據(jù)處理各種各樣的信息數(shù)據(jù)，也沒有物流,，形成社會化制造,，社會上的人都可以制造，也可以創(chuàng)造,。

面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)

一個是3D打印的設(shè)計理論和方法還沒有,，第二個是3D打印材料設(shè)計理論和方法沒有。比如說我把牙齒CT模型畫進(jìn)去,，網(wǎng)狀會自動軟件生存出來,。模具冷卻流道，放進(jìn)去軟件自動把冷卻流道生產(chǎn)出來,。這樣的設(shè)計理論方法沒有,。

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

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,。

再就是說各類關(guān)鍵部件——激光器,，國內(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，也是一個瓶頸,。

3D打印材料,，品種少,、價格貴、性能低,。傳統(tǒng)方法相比成千上萬上億的材料,，3D打印材料太少了，鈦合金很貴,，一公斤幾千塊錢,，材料是限制3D打印技術(shù)的主要平靜。

3D打印應(yīng)用方面,，這個零部件比如說力學(xué)性能,、斷裂韌性，疲勞性能,、擴展簌簌,，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)運動部件,，3D打印沒有人敢用，現(xiàn)在用的相對成熟的鈦合金,。有一些在航天上有標(biāo)準(zhǔn)出來了,，其他的材料都沒有標(biāo)準(zhǔn)。
文章來源：3D打印世界