“百家争鸣” 各方人士共推3D打印实现增材制造
- 2015-10-18 11:10:476859
近两年3D打印很热，一方面研究机构预测，3D打印呈现出快速增长的态势；另一方面已经开始呈现出泡沫。中国企业如何避免同质化，布局抢占技术制高点，推动关键零部件核心技术的突破，推动新应用模式，成为焦点。
与国外存在多方面差距
中科院宁波*制造技术研究所副所长张文武认为，我国3D打印与*水平存在多方面的差距。首先是原材料受限严重，众多重要金属粉体依赖进口，国产粉体质量有待提高。由于受到广泛重视，国内众多研究机构大力参与，目前粉体制造的水平在快速提高。其次是国产的激光及激光扫描振镜等运动系统核心元器件质量偏低，市场基本被国外垄断。随着大量海外人才的回归，这方面有所改观，但近期内仍然是国外占主导。再次，国内开发出了一系列3D打印软件系统，但与公司相比，软件的完整性和实用性存在差距。后，虽然国内3D打印与国外起步时间相当，但原创性工艺几乎被国外垄断，中国技术出口面临知识产权危机。
谈及目前中国3D及打印产业现状，赛迪智库装备工业研究所所长左世全坦言，一方面，中国各地积极布局3D产业，越来越多的企业进入3D打印领域，已经开始呈现出产业过剩、同质化的趋势。而且各地的3D打印产业园、3D打印企业主要集中在低端市场，做组装工作，核心关键零部件主要依靠进口，缺乏对基础材料的研究。另一方面，的3D打印巨头都在不断寻求新升级方向，希望进一步抢占话语权。
向多维仿生制造演进
目前，中国3D打印产业与国外尚存在差距，而国外产业巨头和研究机构又在各个技术制高点上进行新的探索，不断升级。在这样的背景下，国内企业如果不加紧在关键点上进行布局，未来的差距有可能被进一步拉大。
从对以及多元3D打印技术的升级与探索方向来看，出现了以下的趋势，值得关注。
一是生物3D打印加速产业化。清华大学生物制造中心教授徐弢坦言，生物3D打印技术以其特有的高精度、对复杂结构的强大成型能力、快速节能等优势，成为解决组织及器官移植短缺的有效的方式。从技术上看，生物3D打印以细胞、生长因子等组成人体组织和器官基本要素为加工对象，天然地与几乎所有医疗产业高度关联，其在医疗领域的衍生及渗透性可比拟信息技术在各个行业的重要作用，有广阔的产业发展前景。
二是从3D向4D打印方向推进。张文武坦言，目前的3D打印技术一般只打印三维几何形体，很少涉及自感知、自报警、自修复、自愈合等超越三维的智能嵌入。上新出现的“4D打印”是超越三维打印技术的一个前奏。
张文武认为，人类的制造技术一直在向大自然学习，3D打印是多维仿生制造的初级阶段。4D打印引入时间域的形体和功能变化。相对生物体，人类的制作技术还只是孩童阶段。生命可以自然生灭发展演化，人类的制造品未来将进一步与仿生看齐。机器人、智能技术、智能制造技术将融合。因此，3D形状只是制造技术的当前发展热点，长远的趋势必定是“多维仿生制造”，仿生则不仅仅是生物打印、活体打印，而是智能的嵌入和演化。
加速布局推动产业突破
徐弢认为，应该在以下几个维度进行布局，以推动中国3D打印的产业突破。在学术思想上，从三维到“多维仿生”，3D几何加智能感知、修复、执行等；从增材到“增益”，以提升功能及功能密度为优化目标。在技术创新上，大力扶持原创性技术、国产化关键核心元器件、材料研究；追求理想工程解，全局优化工艺、设计、生产形式。在架构与体制设计上，充分结合互联网、物联网、制造网、服务网，政、产、学、研、媒、用、金、法八方联合，建立创新联盟、创新设计智库。
中国航空工业信息中心专家宁振波表示，一是要以应用为导向来驱动3D打印技术的发展，二是要注重材料等3D打印的基础。要从软件、服务模式、应用与生态链等多维度来推动中国3D打印的发展。
专家观点
中科院宁波*制造技术研究所副所长张文武
推动3D打印要关注可靠性和成本
目前，已经有较为成熟的3D打印设备在市场上批量销售，但3D打印技术本身还面临着一系列的问题，如打印速度偏慢、打印材料性能差、成型装备和材料成本高、可操作性差、成型精度及质量不高等问题。特别是适用于当前许多3D打印设备的打印材料非常有限，打印尺度偏小，很难实现多维和多尺度的打印。都有待突破。
对增材制造、减材制造、等材制造进行融合创新，关注可靠性与成本，彻底攻破各行业的准入门槛，取得核心器件上的突破，是推进3D打印不断前进的关键。
清华大学生物制造中心教授徐弢
各国加速发展生物3D打印技术
世界各国正大力发展生物3D打印技术，抢占这轮新技术浪潮制高点。奥巴马政府将3D打印列为重振美国制造业的重要技术，特别是针对生物3D打印技术，已先后出台包括《2020年制造技术的挑战》、《美国多部门战略计划——组织科学与工程的战略发展》、《NSF研究和创新前沿生命与工程系统界面计划》等多个政策和指南；欧盟委员会也出台了《制造业的未来：2015-2020》等以发展生物3D打印技术为重要内容的战略报告。
更为紧迫的是，欧美发达国家对生物3D打印产业布局已紧锣密鼓地展开，借助国家和金融资本对生物3D打印产业进行重点扶持，以美国纳斯达克上市公司Organovo等为代表的一大批生物3D技术企业迅速发展，积极推行保护，加快行业标准制定，逐步提高生物3D打印技术及产业准入门槛。
中国科技大学材料科学与工程学院教授史玉升
增材制造有4个发展方向
增材制造技术向着如下几个方向发展：向日常消费品制造方向发展，向功能零件制造发展，向智能化装备发展，向组织与结构一体化制造发展。
增材制造技术的应用，为许多新产业和新技术的发展提供了快速响应制造技术。例如，在生物假体与组织工程上的应用，为人工定制化假体制造、三维组织支架制造提供了有效的技术手段。在汽车车型快速开发和飞机外形设计上应用增材制造技术，加快了产品设计速度。国外增材制造技术在航空领域应用量超过12%，而我国的应用量则非常低。增材制造技术尤其适合于航空航天产品中的零部件单件小批量的制造，具有成本低和效率高的优点，在航空发动机的空心涡轮叶片、风洞模型制造和复杂精密结构件制造方面具有巨大的应用潜力。
用增材制造技术制造高性能钛合金零部件是打造高附加值钛及钛合金产业的一个重要方向，在大型客机、汽车以及生物医用等钛合金零部件市场有广阔的市场前景。