3D打印冲击中国工业体系 在美国的基础上不断学习变革
- 2013-01-08 10:01:095732
美国3D打印设备巨头3DSystems（DDD.NYSE）的创始人，查尔斯·胡尔（CharlesW.Hull）比颜永年小1岁，他至今仍管理着公司，担任执行副主席一职，还是公司的技术官。
1982年，在一家紫外线设备生产企业任职的胡尔，尝试把光学技术应用于快速成型领域。他将一种液态光敏树脂倒入大容器中，在容器里放置一个升降平台，容器上方的紫外激光器根据计算机指令照射液面，所到之处，材料会发生光聚合反应，迅速从液态转变为固态，当一层打印完成后，未被照射的地方仍保持液态，此时在液面以下0.05毫米-0.15毫米的升降平台会下降一层，激光器开始打印第二层。这个过程不断重复，直到整个物件制造完毕。这项立体光刻（SLA）技术就是早的3D打印。
胡尔于1986年申请了，并成立3DSystems公司。“30年前发明这项技术时，我们觉得这对制造业来说是一个机会。”胡尔的合伙人、3DSystems公司总裁亚伯拉罕·雷切特勒（AbrahamReichental）对《财经》记者说，“现在，客户比我们还要积极，推动我们进行适用性研究。五年前，大部分客户购买设备用于设计；从两年前开始，有一半的客户用在了直接制造上。”
3D打印不需要模具，可以直接进行样品原型制造，因而大大缩短了从图纸到实物的时间。任何形状复杂的零件，都可以被分解为一系列二维制造的叠加。
这种快速制造的理念还衍生出多种不同的技术类型，除了SLA，常见的有熔融沉积造型（FDM）、选择性激光烧结（SLS）、三维打印（3DP）等，其基本工作原理都是逐层增加材料，终形成物件，因此，这些技术都被通俗地称作3D打印。
许多种“耗材”都可使用3D打印：沙子、人造橡胶（26075,-435.00,-1.64%）、塑料（10930,50.00,0.46%）、金属，甚至生物材料；3D打印的应用范围已经渗入生物医疗、航空、汽车、工业设计等多个行业，且仍在不断拓宽。“就连美国海军都购买了90台机器用于航空领域的研发。”雷切特勒说。
*的实验室里，正在实践一些更具雄心的想法：澳大利亚的研究人员加快了制造金属零件的速度，试制出打印汽车金属零部件的设备；意大利的一个研究团队正开发用于特种建筑的3D打印机，计划使用月球尘埃为材料，在月球上快速建造人类基地。
除了省去制造模具的成本以外，相比传统制造工艺，3D打印对材料的利用率也惊人。美国F-22猛禽战斗机大量使用钛合金结构件，如使用传统的整体锻造方法，大的钛合金整体加强框材料利用率不到4.9%，使用3D打印利用率接近100%。
3D打印技术通过对金属材料的烧结或熔化，直接生成出金属零部件的发展趋势，让传统制造业感受到巨大压力。“如果在金属材料上得到广泛应用，3D打印就可能新一轮工业革命。”华中科技大学机械科学与工程学院教授张海鸥预测说。
中国3D打印研究的序幕才在中国缓缓拉开，像许多科研领域一样，大学和科研院所比企业对技术创新的潮流更为敏感，因而先启动：清华大学、西安交通大学、华中科技大学与北京隆源自动成型系统有限公司，以技术引进为主，迅速形成了国内“三校一企”的3D打印研究阵营。
这一格局也映射出了中国科技创新的普遍现象：原发性的创新缺失，仍处于以跟踪模仿和消化吸收引进技术为主的阶段。
上世纪90年代初，一台3D打印设备价格100多万元，在清华任教的颜永年拿不出这笔钱。
在国内，启动像3D打印这样从零开始的技术研究难度很大，研究者必须给出充分的预期成果和应用前景论证，更重要的是，要具备一定的前期研究基础，否则，科技主管部门一般不会为之立项并给予相应经费。
由于项目面临诸多的不确定性，当时颜永年也没有说服学校*，将3D打印作为一个重点项目来支持。而国内企业大部分还在忙于追赶传统制造业工艺和技术，亦难以顾及如此前沿的领域。
在这种情况下，课题组只好自己组建实验室。1992年，颜永年发动课题组，截流了原本可作奖金发放的经费，耗尽以前“科研收益的积蓄”，兴建了一座简易的3D打印实验室。
幸运的是，一家代理3DSystems产品的香港公司正期望获得核心控制软件的经验，双方各取所需，成立了中国家快速成型设备公司——北京殷华激光快速成型与模具技术有限公司（下称北京殷华）。清华提供智力支持，香港公司提供一台SLA250设备。与胡尔的机器失之交臂三年后，颜永年见到了真东西。
在取得初步研究成果后，课题组终于陆续获得了国家自然科学基金、国家“863”计划、国家攻关计划项目的经费支持。
然而，彼时这一产业在国外正经历低潮期，总产值在10亿美元水平徘徊多年。经过一段时间后，部委机构的热情渐冷，投入3D打印领域的研究经费大减，中国3D打印基础研究放缓。2003年左右，颜永年也将研究重点转向了国家当时大力推动的重型压机领域，仅留下小部分研究力量继续开发3D打印技术。
经费的减少，亦让华中科技大学和西安交通大学的3D打印科研团队感到了寒意，好在其分别成立了校办企业，经营收入反哺科研，研究得以延续。
九年之后，3D打印悄然成为2012年热门的科技名词。