制造业如何+3D打印 4位行业“大牛”这样建言

第五届世界3D打印技术产业大会，多位国内外的专家学者共同分享3D打印的最新技术与发展方向。南方日报记者戴嘉信摄

他们是英国皇家工程院院士、美国爵硕大学教授、华中科技大学机械学院教授、惠普公司3D打印总裁，是全球3D打印行业内的技术专家和市场开拓者。因为在6月第三周举办的第五届世界3D打印产业技术大会，他们来到佛山市南海区大沥镇，共同就“3D打印重新定义制造业”话题展开了研讨。

创新驱动时代的到来，为南海乃至佛山的制造业提出了新命题。通过整合这些院士、专家的发言，同时邀请其进行对话，南方日报记者与他们进一步探讨了3D打印的技术发展趋势，以及他们对佛山制造业发展的建言。

整理：何帆燕蓝志凌盛正挺

新型材料的研发

将带来最好的

智能制造

希拉姆·罗摩克里希纳（SeeramRamakrisnna）

科技创新将为世界带来可持续发展，而材料创新一定是最核心的，其次是应用创新。从全球的经济趋势来看，大家都在寻求一种转型。那3D打印到底能给我们带来什么？

制造业要转型，必须要借助新的工具。制造创新很重要，中国有一句古话叫“工欲善其事必先利其器”。要做到制造创新，哪些是重要的？其中有一块就是材料。新的材料创新和新材料可以为我们带来全新的应用场景和技术。

在材料创新上，笔者带领的团队在研发方面做了很多工作，例如，铜纳米的粉末材料的研发。这种材料的特征是呈现出橙黄色和黑色之间的颜色金属材料，它具有很强的发散性。

众所周知，金属材料有良好的发散性，金属粉末在打印的时候可以保证产品表面非常平滑，它不单每个颗粒的型号大小都非常均匀，还可以实现几何式分布，能够适应于很强的结构，也可以适应于低温烧结。这都是很重要的特性，因为有了这些重要特性，金属材料就可以适用于多个领域。

医学领域正是其中一个应用领域。在该领域，金属材料可以用来打印脑部结构、心脏结构、髋关节的关节盖、韧带等。

回溯过往可见，3D打印一路走来并不容易，可展望未来，3D打印将走向何方？这增材制造就终结于3D了吗？当然不是。增材制造将越来越复杂，它也将应用于更复杂的设计。比如，人体的下颌骨未来能够打印出来，同时可以实现私人定制。

简而言之，就是客户想要什么，我们就帮他达成什么。这便是科技创新为人们带来的可持续发展，3D打印正是其中的一块内容。从原来的碳材料到现在的合金金属粉，新型材料的研发将带来最好的智能制造，因为它几乎是零污染，过程可控。

在我看来，3D打印未来的潜力巨大。其目前的主要的限制因素在于打印耗材还不够多样化。如果能够做到打印耗材更多样化，微型结构设计做得更优越，人们便可以在整个智能制造过程中管控得更好，3D打印技术也便能够应用于所有行业。

可以预见，在未来，不仅吃、用、穿、行，人们工作、生活的方方面面都可以运用3D打印来实现。

为了保证全球3D打印快速发展，尤其是中国的3D打印产业快速发展，最重要的是，要保持在材料方面的创新。材料的创新一定是最核心的因素，处于最核心的地位。其次是应用创新方面，即如何把好的材料创新应用到所有的领域当中。

在过去几年的努力下，3D打印技术如今到达了一个重要的转型阶段。比如，高端行业里的光学聚合物、金属喷雾、烧结、面板覆膜、金属机床等都是3D打印应用的重要领域，包括未来可以实现的“打印”飞机、“打印”房子，这些都是金属粉末材料的应用场景。在未来相当长的一段时间里，金属粉末材料的研发将占据整个行业的最核心地位。

同时，增材多样化的发展，使3D打印可以应用于航空器等多个领域，包括医学方面的应用。如果就3D打印产业的规划来说，医疗绝对是一个重要领域之一，它可以提供多个方面应用场景，例如骨骼、牙科、人体器官的模拟等等。

这些应用将反过来推动不锈钢、钛金属等新材料的研发。例如，在医学上对植入人体的假体要求是很高的，假体要符合人的功能性需求，必须要有生物的可适应性，而且无毒、不容易腐蚀，还要有设计感、具有多孔性，钛金属粉末正好具有这种特性，是增材里面的“高富帅”。除了材料外，增材技术的特性、电子丝纺技术的应用，能进一步扩展3D打印技术在医疗领域的应用。

正是基于上述种种，本人对于3D打印这一高精尖的技术未来是非常乐观的。这不仅因为，从设计的角度来说，3D打印对结构没有障碍，对于整个供应链来说，3D打印能够提供更多的快速反应，3D打印能够真正把需求和供应两方面结合在一起。

（作者系英国皇家工程院院士、新加坡工程院院士）

3D打印产业市场可从四方面引爆

史蒂芬·尼格罗（StephenNigro）

3D打印在中国有很长的历史了，惠普在中国也有很长的历史。惠普在1986年于中国成立第一家技术公司，目前在中国有7000名雇员。惠普有一个简单的愿景：改变这个世界怎么样进行制造和设计，或者说，惠普想成为下一个工业革命的引导者。

如果把现在称为工业3.0时代，那么什么是工业4.0呢？工业4.0就是用数字来控制一切，这个技术就变成一切自动化。我们看到，3D打印就是因应这种需求而产生的，这其中蕴含2万亿元的庞大的3D打印应用市场，近年来其增长速度非常之快，可达到20％—30％的增长率，现在能达到这样快的增长速度的行业并不多。

如今，3D打印产业市场大门已经打开，该如何引爆？应该从四个方面：一是硬件，二是软件控制系统，三是可选性，四是重新设计。

第一个是在硬件方面。包括技术、注塑类型的挤出机器等，所有硬件方面的发展已经打开了一个大门；第二个是软件控制系统，可以使用软件进行精确的制造过程控制；第三个是可选性，以前人们的需求需要一段时间才得以满足，因为从刚开始有设想到样本生产到真正进入制造领域有一个过程，但今天有可选性的耗材不需要仓存，一旦不合适可重打一次，这一可选性给了制造厂商或者设计师们有更多想象空间。

以上三点促使了3D打印发展非常快速，而且为整个市场带来极大不同。

第四个是重新设计。“重新设计”是什么概念？就是重新定义。以前整个世界是一种大空间的世界，到了今天，有了3D打印又可以叫做微观世界，因为可以用一个很小的机器设备和很小的空间生产你所需要的产品，这无疑给予了市场无限的商机。

3D打印产业的发展离不开政府推动，从政府推动的角度看，除了制定相关政策以外，建议相关政府在标准制定方面做出更多的引导性作用。这些年，惠普积极地参与了政府的工作，重新定义制造业，推出3D打印的标准。

3D打印标准的推出是非常重要的。以德国化工企业巴斯夫（BASF）为例，按照标准，巴斯夫推出了新型的耗材，得益于良好的管控系统，其开展3D打印业务的成本不断降低。

惠普在这方面很有心得。两年前惠普把自身研发的新型耗材推到全世界的制造中心，目前惠普很多产品都已经应用到了3D打印零部件，这将使得惠普的服务更加精准，可通过指引把3D打印的应用规模进一步扩大。

如今，3D打印的相关技术正在全球蓬勃发展，可以说3D打印已进入了自动化的阶段，因为这是一种世界范围的开源协同，3D打印的设备、生产能力等方面都得到了不断发展。就惠普而言，3D打印实现了从制造、样本的生产到大规模的生产的转变。简而言之，它让一切皆有可能。

（作者系惠普公司3D打印总裁）

3D打印改变了传统铸锻分离历史

张海鸥

过去的金属3D打印制造模式只有铸没有锻，但技术创新让中国已掌握了“铸锻合一、趁热打铁”技术，突破了3D打印不能打印锻件的瓶颈。由此，传统的铸锻分离历史已被改变，金属铸锻实现了单机小载荷、节能、省材的绿色制造。

这对于制造业而言，意义非凡。自古以来，铸锻都是先铸后锻，需要先将金属熔化。进入现代，铸锻服务的是大机械制造，现在的传统制造流程是铸锻、焊铣分开，这样一个流程图需要很多的工序、很多的装备，而且时间长，污染也很大。

3D打印制造模式由于只有铸没有锻，是一种优质的绿色制造。但在常规的3D打印技术中，由于熔化得很快，温度梯度高，产生的气孔很难出来，另外由于温度梯度很高，容易产生裂纹等缺陷。

因此，现阶段的制造模式对于制造金属锻件来讲，依赖重型的装备长，流程长，重污染，是一种非绿色的铸造过程。而3D打印制造模式由于只有铸没有锻，是一种高价、效率比较低的优质的绿色制造。

利用3D打印技术，中国创造了新的制造模式，发明了微铸锻铣合一的超短流程制造锻件的新方法，把上述的长流程压缩，采用金属丝、采用装备直接得到锻件，过去多设备、多工序、长流程的传统模式，由此变成了采用单一设备、工序合一、超短流程的新制造模式。

此前全球金属3D打印行业共同面对的一大难题，是打印的部件达不到高强韧性要求。笔者有幸主导开发了“铸锻铣合一”增材制造技术和设备，发明了超细等轴晶单键微铸锻复合成形工艺，这种工艺的中间环节是单纯的3D打印，可以获得比传统锻造更优越的锻造性能，从而攻克3D打印不能打印锻件这样一个难题。

从性能上来讲，应用新工艺新方法制造出来的产品，比传统锻造的抗拉强度有所提高，特别是在伸长率、收缩率和冲击率方面有比较大的优势。至今为止，那些产品的成形过程中几乎没有发生过断裂、破裂。

此外，因为采用了新方法新技术，传统铸锻沿零件无法数字化成形的难题也得到了破解，让成品率从原来的10%变成100%。

3D打印即增材制造是先进制造业的一个手段，各大经济强国都在增强研发增材制造产品、创造更多应用场景。在现有技术的产业化方面，中国拥有较大的市场，在技术的应用创新方面也进行了不少探索。

不过，发展3D打印产业，实现从跟跑到领跑，最重要的是需具备原创式创新技术。目前国内的新技术很多都还来自国外，自身缺乏原创的、颠覆式的技术。

要改善这一局面，地方政府制定政策要进一步以技术开发为导向。同时，创新还要以市场为导向，遵循市场竞争规律。建议可大力支持最新锐的技术，尤其是对获得了知识产权、受到了市场验证的新技术。地方政府可以组织国内外专业力量对新技术进行认定区分，对行业的创新发展进行专业化引导。

（作者系华中科技大学机械学院教授）

多一个维度4D打印时代已来

周功耀

婚纱、礼服可“折”起来打印，打开激发能量就能穿，这是新颖的4D打印能实现的。什么是4D打印？总的来说，4D打印是一个崭新的领域，从发明到现在还不到5年，它代表了最先进、最前沿的技术，也正是美国的业界当下正如火如荼地进行的一项探索。

简单来说，4D打印主要是在3D打印的基础上，多加了一个元素或者多加了一个维度。这个维度不是尺寸、形状的维度，而是时间和形状的维度。其关键在于材料研发。

例如，笔者所带领的团队便发明了一种新的材料，这种材料有多功能性，使用双光源。当受到光源照射时，其底下的薄片就会变形、拱起。激发它的能量是光能，受到激发后它马上可以作出反应行动，变成人们所需要的形状。这就是4D打印。

3D打印技术在上个世纪80年代于美国率先起步，发展至今已经历了数十年。这数十年的发展让人们清晰地看到，3D打印的前途是无量的，它的应用领域无处不在。

在美国，肉食、巧克力、蛋糕都可以3D打印。在居住领域，当地早也已经出现了多处由3D打印制造的建筑物。在出行方面，3D打印可以把一台无人飞机的整个结构一次性制造出来，所以说，3D打印已经渗透到了衣食住行各个领域。

在笔者看来，也只有当3D打印能够应用在各个领域，包括工业领域、科学领域、艺术领域、文化领域、教育领域、衣食住行领域、医学领域、考古领域等各个方面为人们使用，它的价值才能够真正体现出来。现在的困境是，这种体现得还不够，它需要人们一起想办法，把它的价值充分展现出来。

想象一下，以后的每个家庭只要有几台3D打印机，那么人们的衣食住行便都可以解决了。目前，美国最大的机械制造公司GE，以及汽车制造厂福特都正在用3D打印来实现生产转换，打印飞机叶片、发动机、轴等关键零件。3D打印的应用是无穷的，就看人们敢不敢做、敢不敢想。

中国的3D打印前景很辽阔，但不能继续跟随式地向前发展。例如，低端3D打印已经做得很好、很多了，尤其是在FDM的桌面机领域，中国实现了全球最高的量产，在全世界市场的覆盖面也是最广的。

然而，人们需要看到，在技术创新以及产品高端性等方面，中国的3D打印技术与全球先进水平还有一定的距离。因此，要发展3D打印，不但要跟着走，而且还要跑着走，甚至还要超前地走。

如何做到这一点呢？它需要业界沉下心来，做一些核心技术、前沿技术的研究。这些东西可能暂时看不到什么经济效益，但是5年、10年一定会有更大的突破。

（作者系美国爵硕大学教授、德稻3D打印暨增材制造大师）

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