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•什么是3D打印技術(shù)？

 

•3D打印有哪些優(yōu)勢？

 

•3D打印究竟可以解決哪些制造業(yè)難題？

 

•如何用3D打印技術(shù)為中國制造業(yè)培養(yǎng)新的競爭優(yōu)勢？

 

•當(dāng)3D打印技術(shù)與生命科學(xué)結(jié)合后，會為人類創(chuàng)造怎樣樣的奇跡？

 

•3D打印能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的太空制造嗎？

 

近日，中國工程院院士，西安交通大學(xué)教授、國家增材制造創(chuàng)新中心主任盧秉恒做客央視財經(jīng)頻道《中國經(jīng)濟(jì)大講堂》，為我們深度解讀3D打印如何突破高端制造的瓶頸？

 

什么是3D打印

 

制造技術(shù)按照在制造過程中材料質(zhì)量的增加或減少，可分為三種技術(shù)。

 

1、等材制造技術(shù)

 

就是經(jīng)常說的鑄造、鍛壓、焊接等方法，在制造過程中間基本上是按照砂型或者模具來進(jìn)行成型的，質(zhì)量在制造過程中并不發(fā)生變化。

 

2、減材制造

 

減材制造也稱為機(jī)械加工，是把毛坯材料按照圖紙來切削成小的零件。

 

3、增材制造

 

3D打印在制造過程中是將材料一點(diǎn)一點(diǎn)加起來的，因此3D打印也叫增材制造。

 

3D打印技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代初，其原理是將計算機(jī)設(shè)計出的三維模型分解成一系列平面切片，通過激光電子束、粒子束等能源將材料固化熔融，而一層層累加，最終形成三維結(jié)構(gòu)的物體。這種新型的制造技術(shù)可以不受環(huán)境和場地的限制，制造出任意結(jié)構(gòu)復(fù)雜精益的產(chǎn)品，幫助人們實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品制造。

 

3D打印的優(yōu)勢

 

1、讓高端制造省錢又省力

 

像航空航天、交通運(yùn)輸、高鐵汽車，都需要把裝備做到輕量化。用切削加工來去實(shí)現(xiàn)的話，95%至97%的材料被加工掉了，而3D打印就是哪些地方需要材料，就把材料加在哪里，是材料節(jié)約型的制造。

 

2、制造復(fù)雜精密設(shè)備手到擒來

 

3D打印技術(shù)可以進(jìn)行任意復(fù)雜形狀的設(shè)計制造。

 

3、讓產(chǎn)品開發(fā)簡單快捷

 

3D打印適應(yīng)各種個性化定制制造需求，不需要專門的工裝卡具模具，現(xiàn)在火箭整個殼體，火箭的連接環(huán)、燃料儲箱、捆綁支架，都已經(jīng)用3D打印制造，也包括飛機(jī)的機(jī)翼、導(dǎo)彈的殼體。天問號有幾百個零件也是3D打印成功的。

 

4、“萬物”皆可打印

 

3D打印技術(shù)可以適用各種材料，包括非金屬材料、金屬材料、陶瓷、復(fù)合材料等，越來越多的材料被研究用于3D打印，滿足各種工程的需要。金屬材料經(jīng)過3D打印，打印出來的零件的強(qiáng)度、韌性遠(yuǎn)高于鑄件，幾乎和鍛件差不多，有些性能甚至領(lǐng)先于鍛件。

 

3D打印補(bǔ)短板

 

中國制造業(yè)的短板，我們都進(jìn)行過充分的分析，首先中國制造業(yè)的產(chǎn)品基本上是低價位的或者中低價位的，占據(jù)價值鏈的中低端。高端的復(fù)雜的競爭不過國外，往往是生產(chǎn)能力很強(qiáng)，但是新產(chǎn)品開發(fā)的太慢太少。而一半以上產(chǎn)品的價值是由創(chuàng)新設(shè)計所決定的，有了3D打印技術(shù)，就可以大大加快自主創(chuàng)新進(jìn)程。

 

1、加快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新研發(fā)

 

用傳統(tǒng)的制造難以實(shí)現(xiàn)的設(shè)計，在運(yùn)用3D打印技術(shù)后，可以加快實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。

 

2、加速高端裝備的開發(fā)迭代

 

3D打印技術(shù)為制造個性化、復(fù)雜的產(chǎn)品，提供了一個非常好的工具。在這個工具支撐下，高端裝備的開發(fā)和迭代的速度就會大大加快。所以它成為一個高端制造業(yè)的競爭的“神器”。

 

3、提高戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)競爭力

 

我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)在興起，它在國民經(jīng)濟(jì)占的GDP比重也越來越高。3D打印也就是增材制造，可以使制造業(yè)更新?lián)Q代更加具有競爭力。

 

4、為個性化定制提供解決方案

 

3D打印為中國制造業(yè)培養(yǎng)新的競爭優(yōu)勢

 

以3D打印為代表的數(shù)字化增材制造技術(shù)被提升到國家戰(zhàn)略層面，2015年增材制造被列入中國制造2025需要加快研發(fā)的前沿技術(shù)裝備行列。2016年國家啟動實(shí)施了增材制造和激光制造重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)，旨在打造3D打印技術(shù)的創(chuàng)新體系，支撐我國高端制造業(yè)發(fā)展。

 

1、3D打印讓我國大型飛機(jī)承載結(jié)構(gòu)設(shè)計趕超國外

 

中國制造正在從跟蹤仿制走向自主可控，現(xiàn)在很多方面都做到了。我國3D打印技術(shù)在大型飛機(jī)承載件上的應(yīng)用已經(jīng)走在了國際前列。

 

2、自主研發(fā)核心技術(shù)避免“卡脖子”風(fēng)險

 

在增材制造一些核心器件上，尤其是核心軟件方面，我們都作了開發(fā)，所以就避免了現(xiàn)在中國制造業(yè)的短板。

 

3、從小到大不斷突破制造極限

 

3D打印制造的大型設(shè)備，我們做的尺寸的大小和我們應(yīng)用的程度，跟國外幾乎不相上下，有些我們還超過了國外。

 

4、增減結(jié)合讓產(chǎn)品更優(yōu)質(zhì)

 

我們的創(chuàng)新，是把增材和減材在一臺設(shè)備上完成了，它的機(jī)體是五軸聯(lián)動的數(shù)控機(jī)床，把一個打印頭和切削頭同時都集成一起，軟件也是我們自己開發(fā)的，這樣制造出來的零件，就是能夠達(dá)到我們工業(yè)切削加工所需要的精度和光潔度。

 

5、3D打印讓制造業(yè)迎來新時代

 

3D打印形成批量化的制造，尤其是多品種小批量產(chǎn)品制造的時代已經(jīng)到來。

 

6、增材制造是創(chuàng)新的驅(qū)動器

 

為了促進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展，我們也建立了制造業(yè)的創(chuàng)新中心，它的主要任務(wù)就是完成4級到7級成熟度之間的技術(shù)研發(fā)。由用戶定義，我們應(yīng)該開發(fā)哪些技術(shù)，用戶急需哪些技術(shù)，這樣來使我們的開發(fā)更能夠順利的推向產(chǎn)業(yè)化。

 

3D打印與生命科學(xué)

 

實(shí)現(xiàn)生物3D打印新技術(shù)的突破和應(yīng)用，成為科學(xué)家們的追求。

 

1、3D打印從創(chuàng)新到創(chuàng)生

 

3D打印也支持我們一些科技的革命，就是我們可以通過細(xì)胞打印，通過器官再創(chuàng)和基因改造，來打印出我們?nèi)梭w的器官，來服務(wù)我們?nèi)说慕】?。那么我們怎么樣?D打印技術(shù)用于精準(zhǔn)醫(yī)療呢？例如我們有一個病人受了外傷了，我們就把他的CT的數(shù)據(jù)，用一個軟件叫反求物軟件，把它破損那一塊兒，給它重新設(shè)計出來，通到我們的3D打印機(jī)中去，我們就可以把這塊骨頭修補(bǔ)出來。

 

2、3D打印讓人造器官不再是夢

 

以色列它已經(jīng)研究了能夠跳動的心臟。更大的難題是怎么樣使我們?nèi)嗽斓倪@些器官，雖然它能活了，但是它還沒有真正的活起來，真正的活起來必須和我們心臟的血管有效地聯(lián)系起來，必須和我們?nèi)梭w的神經(jīng)聯(lián)系起來，必須你這些神經(jīng)還都能夠受我們大腦中樞神經(jīng)的指揮。所以就是血管化的問題和神經(jīng)化的問題，是我們做人造的活性器官可能最大的一個障礙。當(dāng)然了也有材料方面的問題，也有一個器官的多種細(xì)胞的生長問題，生長或者控制這些規(guī)律，所以這些都需要交叉學(xué)科的研究。我認(rèn)為在不久的將來，這些東西都可以實(shí)現(xiàn)。

 

太空中的3D打印

 

3D打印技術(shù)的不斷進(jìn)步，讓人類開始嘗試將探索的目光投向遙遠(yuǎn)的太空。2014年美國國家航空航天局利用3D打印技術(shù)，在國際空間站上打印出了太空制造字樣的牌子，2020年5月我國長征五號運(yùn)載火箭則成功將一臺國內(nèi)自主研發(fā)的3D打印裝備送入太空，并在天空中成功實(shí)現(xiàn)了連續(xù)纖維復(fù)合材料的3D打印。

 

1、把3D打印搬上太空

 

無論現(xiàn)在做的登月工程，還是探測火星，太空探索一直是我們?nèi)祟惖膲粝搿Ｎ覀兛梢圆豢梢栽谔罩衼砝眯峭獾馁Y源來進(jìn)行太空制造，制造好的產(chǎn)品再降落到地球上，這樣使我們地球能夠增加更多的生活空間，能夠更大規(guī)模地減少我們地球上的能量消耗，來保護(hù)我們地球的環(huán)境。

 

2、太空制造的優(yōu)勢

 

•真空環(huán)境，因此不存在3D打印中材料的氧化問題。

 

•沒有熱傳導(dǎo)，3D打印所需要的能量也少。

 

•微重力環(huán)境，太空中有可能制造成本比地球上大為降低。

 

3、太空制造三部曲

 

•在地球上來打印宇航器。

 

•在空間站在軌制造用于維修宇航器的器件。

 

•在外太空來實(shí)現(xiàn)太空制造。