中國(guó)工程院院士、中國(guó)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(huì)、中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、英國(guó)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(huì)在北京中國(guó)大飯店隆重舉行。國(guó)內(nèi)外600多位代表出席會(huì)議，就3D打印技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、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(kāi)討論。

中國(guó)工程院院士、中國(guó)工程物理研究院研究員徐志磊
　　以下為中國(guó)工程院院士、中國(guó)工程物理研究院研究員徐志磊演講實(shí)錄：
　　非常高興今天到這樣一個(gè)會(huì)場(chǎng)來(lái)參加3D打印聯(lián)盟的成立會(huì)，因?yàn)槲医佑|這個(gè)機(jī)會(huì)大概有比較長(zhǎng)的時(shí)間，但是我沒(méi)有參與這個(gè)行業(yè)里面的工作。在演講以前我先講一個(gè)故事，很早以前我就聽(tīng)說(shuō)過(guò)一個(gè)故事，德國(guó)人到美國(guó)去參觀，美國(guó)給他展示福特公司的汽車制造廠，他說(shuō)我這個(gè)零部件進(jìn)去汽車就出來(lái)，每分鐘一輛，美國(guó)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(guó)人就說(shuō)，你可以把這個(gè)材料用零部件進(jìn)去，變成汽車出來(lái)，那么你們也可以讓牛進(jìn)去，牛罐頭出來(lái)這樣的一個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)線。他說(shuō)我們德國(guó)可以做一個(gè)這樣的生產(chǎn)線，我們把罐頭送進(jìn)去，牛跑出來(lái)，那個(gè)時(shí)候好像是一種笑話，但是現(xiàn)在就變得有可能實(shí)現(xiàn)的一種發(fā)展趨勢(shì)了，我想3D打印就能解決罐頭進(jìn)去牛出來(lái)。
　　下面我非常簡(jiǎn)單的介紹一下，關(guān)于3D打印的話很長(zhǎng)，不是簡(jiǎn)單一段時(shí)間就能講清楚的，我只能挑選一點(diǎn)東西給大家作一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。這個(gè)就是從80年代開(kāi)始到90年代中間，那個(gè)時(shí)候它不叫3D打印，我們?cè)谥袊?guó)叫快速成型。所以，這個(gè)從20年到30年的時(shí)間里，并不是因?yàn)槲覀兊募夹g(shù)沒(méi)有發(fā)展到這個(gè)水平，而是整個(gè)科學(xué)技術(shù)本身沒(méi)有發(fā)展到這個(gè)水平，我的理解是這樣的，因?yàn)楝F(xiàn)在來(lái)說(shuō)，用激光打印來(lái)做零件，特別是下面這個(gè)地方，發(fā)展得比較快主要是因?yàn)閯偛徘懊娑颊f(shuō)了，叫做個(gè)體化設(shè)計(jì)、個(gè)體化設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，我們20年前還沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的時(shí)候，不可能發(fā)展得那么快，3D打印的發(fā)展主要取決于計(jì)算機(jī)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(lái)。
　　現(xiàn)在，我們有興趣的幾件事情，我這里介紹一下，這是一個(gè)側(cè)面，就像剛才說(shuō)的冰山上的一角，就是技術(shù)上有可能做的事情，而且對(duì)我們的工藝體系有幫助的，就是微孔泡沫金屬材料開(kāi)發(fā)，用3D打印的辦法制造金屬泡沫材料。金屬泡沫材料過(guò)去有很多辦法做，比如說(shuō)用發(fā)泡劑和金屬冶煉放在一起來(lái)做，但是那時(shí)候這種發(fā)泡劑密度很不均勻，有開(kāi)孔的，也有閉孔的，不好做，現(xiàn)在用3D打印技術(shù)來(lái)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(guò)濾等方面。這個(gè)就是做成的圖象，圖象的發(fā)泡結(jié)構(gòu)比較均勻。這個(gè)我們也在公司里做成一些零件，將來(lái)準(zhǔn)備做一些高精密機(jī)床的著層，這個(gè)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(jìn)去，就變成非常有用的東西。
　　另外，關(guān)于合金來(lái)做，剛才已經(jīng)介紹很多了，有很多優(yōu)點(diǎn)，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(guó)防工業(yè)里面做很多有用的東西，我想對(duì)于國(guó)防工業(yè)采用金屬，用3D打印技術(shù)來(lái)做，可能是一個(gè)很好的方面。因?yàn)閲?guó)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(dāng)然，即使是飛機(jī)，也不是成千上萬(wàn)，也就是上百、上千就這么大了，它這個(gè)零件適合用3D打印來(lái)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(lái)做，可能它的生產(chǎn)條件、設(shè)備、代價(jià)就很高。比如說(shuō)波音公司，或者像美國(guó)的F35、F22，里面有多少零件是用3D打印做的，估計(jì)還是有的。比如說(shuō)德國(guó)的奔馳、寶馬，有一些零部件已經(jīng)開(kāi)始使用3D打印來(lái)做了。
　　這個(gè)就是航空工業(yè)用得比較多，我們一起來(lái)的專家有些是北航出來(lái)的，他們很理解，這個(gè)東西做得比較多，我這里也會(huì)詳細(xì)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(lái)說(shuō)，3D打印大概是最容易進(jìn)入與發(fā)展的一個(gè)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(kāi)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(gè)來(lái)做就做得蠻好，生物結(jié)構(gòu)材料里面用得還是相當(dāng)可以的�，F(xiàn)在還有一個(gè)重要的東西，就是還是先在實(shí)驗(yàn)室階段，美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(gè)材料變成可以設(shè)計(jì)的，可以設(shè)計(jì)出一種原來(lái)沒(méi)有這個(gè)材料的，我們現(xiàn)在把它用人工的方法來(lái)合成、設(shè)計(jì)這種新的材料。比如說(shuō)兩種不同的材料融合在一起，用3D打印兩個(gè)噴嘴復(fù)合一個(gè)材料出來(lái)，這種技術(shù)在大學(xué)也是可以開(kāi)發(fā)的。
　　這個(gè)圖我特別感興趣，也非常有意思，他用塑料的設(shè)計(jì)做一個(gè)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(qiáng)度比較高，能夠在一定程度上跟金屬材料的強(qiáng)度進(jìn)行比較。這種他用自己設(shè)計(jì)的八角形的航架結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)新材料，將來(lái)不管對(duì)于航空行業(yè)還是其他行業(yè)，這個(gè)都是非常有意義的，現(xiàn)在還處于研究階段。
　　因?yàn)?D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(jìn)去，把材料一層一層積上去，因此他們用噴墨打印的出來(lái)來(lái)做一個(gè)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(guó)家能夠從學(xué)校里面從這個(gè)領(lǐng)域去開(kāi)發(fā)很多微結(jié)構(gòu)的材料，這也是一個(gè)材料科學(xué)的問(wèn)題。
　　這個(gè)圖是用鋁框架，做的時(shí)候是鋁的，把氧化銅裝進(jìn)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(jìn)去以后，它就可以做成非常好的復(fù)合型武器材料。這個(gè)是美國(guó)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室做的，有了3D打印以后，他們就可以設(shè)計(jì)一些新的完全沒(méi)有人知道的材料。
　　前面已經(jīng)很多專家講過(guò)了，我們還是面臨很多的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，挑戰(zhàn)主要是精度和效率，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在看到展示臺(tái)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(gè)東西當(dāng)然有很高的前景。但是真正要作為機(jī)械工程的零部件來(lái)說(shuō)，它的精度是很不夠的，所以，我們希望能夠爭(zhēng)取把金屬材料的精度能夠做到0.01，或者10個(gè)微米、20個(gè)微米，40個(gè)微米也可以用，希望能夠做到這個(gè)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(lái)搞。
　　另外一個(gè)，你要把這個(gè)精度分辨得極高以后，它必然帶來(lái)的問(wèn)題就是效率比較低，在精度和效率中間要深化研究這個(gè)問(wèn)題。再一點(diǎn)，比如說(shuō)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(lái)不及熔化、來(lái)不及凝固，也來(lái)不及兩個(gè)微克的時(shí)間，能夠很好的融合，或者是擴(kuò)散融合，直接融合，這個(gè)物理過(guò)程是非常矛盾的，所以我們正好需要在這個(gè)領(lǐng)域里面開(kāi)展很多科學(xué)研究來(lái)解決這類問(wèn)題。還有就是做出來(lái)的零件，本身能不能達(dá)到原來(lái)的強(qiáng)度和水平，這也是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。
　　第三個(gè)挑戰(zhàn)，并不是傳統(tǒng)的3D打印材料里面都可以拿過(guò)來(lái)用，因此有必要開(kāi)發(fā)更好的材料，能不能用3D打印來(lái)做，這樣的話，這個(gè)范圍應(yīng)用就很多，真正的高精度、高強(qiáng)度的材料做起來(lái)難度也很大，因?yàn)橐淮?D打印做出來(lái)以后，還有長(zhǎng)期應(yīng)用、疲勞應(yīng)用等等問(wèn)題，還有一段過(guò)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(gè)問(wèn)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(guó)公司來(lái)給我介紹情況，看起來(lái)是非常有前途的，但是我們需要解決問(wèn)題相當(dāng)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(chǎng)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(gè)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(lái)的，不然我們?cè)趺茨軌蝮w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(gè)環(huán)節(jié)，也是重要的領(lǐng)域，希望我們共同來(lái)攻關(guān)。來(lái)自中國(guó)3d打印聯(lián)盟