3D打印 第三次工业革命的重大标志
作者：蒋建科 李秋荣 杭慧喆
2013年01月04日 来源：人民日报
2012年11月2日，南京紫金立德电子有限公司一工作人员展示3D技术打印的挂钟。
今年4月，英国《经济学人》刊文认为，3D打印技术将与其他数字化生产模式一起，推动第三次工业革命的实现。
传统制造技术是“减材制造技术”，3D打印则是“增材制造技术”，它具有制造成本低、生产周期短等明显优势，被誉为“第三次工业革命最具标志性的生产工具”。
3D打印技术的发展前景如何？中国能否抓住这一技术变革带来的机遇，在工业制造上赶超发达国家？记者对此进行了调查采访。
3D打印最大优势在于拓展设计人员的想象空间
只需在电脑中绘制一个三维鼠标图，按下“确定”键，一个实实在在的鼠标外壳就可“打印”出来
按照传统的制造方法，制造一个普通的鼠标外壳，大约需要七八道工序：绘制草图、制作泥模、雕刻鼠标原型、生产出模具、用压力将熔融的塑料注进模具，再冷却成型……
如果借助3D打印，你只需要在电脑中绘制一个三维鼠标图，按下“确定”键，稍等一会儿，一个实实在在的鼠标外壳就可“打印”出来。
从复杂的工业零件到日常生活中的锅碗瓢盆，只要有三维数据和相应的材料，无需借助模具或刀具，就可以被“打印”出来。
3D打印技术为何如此神奇？
据专家介绍，3D打印参照的是打印机技术原理，分层加工：将计算机设计出的物体分解成若干层平面数据，然后把金属、陶瓷等粉末材料按平面数据烧结，形成一个平面形状，再通过层层累积叠加，生成一个立体物体。
与传统的去除材料加工技术不同，3D打印将多维制造变为简单的由下至上的二维叠加，从而大大降低了设计与制造的复杂度。同时，3D打印还可以制造传统方式无法加工的奇异结构，尤其适合动力装备、航空航天、汽车等高端产品上关键零部件的制造。
华中科技大学快速制造中心是我国最早研发3D打印技术的单位之一，该中心主任史玉升认为，3D打印技术最大的优势在于能拓展设计人员的想象空间：“只要能在计算机上设计成三维图形的东西，无论是造型各异的服装、精美的工艺品，还是个性化的车子，如果材料问题解决了，都可以打印。”
史玉升甚至这样畅想：将来的某一天，准备出国的人在出门前觉得所穿鞋子太大众化了，可以自己设计并“打印”出一双独一无二的鞋子；然后开着早已“打印”好的个性化的轿车奔向机场；登上飞机得知，这是一架“打印”出来的飞机……
加工成本低、生产周期短、节省材料
大到飞行器、赛车，小到服装、手机壳都可3D打印。美国小型家用3D打印机“每4公里有一台”。中国正开发一款1万元左右的3D打印机，将向学校推广
与传统的制造技术相比，3D打印具有加工成本低、生产周期短、节省材料等明显优势，从航空、动力装备到医疗、体育、影视等诸多领域，均可大显身手。
事实上，在美英等国，3D打印技术已有较为广泛的应用。
大到飞行器、赛车，小到服装、手机壳，制造厂家借着3D打印的东风，焕发出新的生命力。由于3D打印制品能实现产品的自然无缝连接，从而达到传统制造方法远不可即的结构稳固性和连接强度，已成为国外研究空间飞行器的关键技术。据悉，美国国家航空航天局正在研究一项被称为“未来3D打印宇宙飞船”的技术，希望通过3D打印，制造出“廉价的机器人宇宙飞船”。
在美国，价格低、操作简便的小型家用3D打印机已到了“每4公里范围内有一台”的普及程度，其购买量不断攀升。
在我国，华中科技大学、西安交通大学、清华大学等高校和科研机构也相继研发出多种系列的3D打印机，部分技术已达到世界领先水平。
史玉升介绍，一些铸造企业应用他们研发的选择性激光烧结3D打印机，将复杂铸件的交货期由传统的3个月缩短到10天左右；某发动机制造商采用他们的设备，把大型六缸柴油发动机缸盖砂芯的研制周期，由过去的5个月缩短至1周。
目前，他们正在开发一款1万块钱左右的3D打印机，将来向学校推广。“3D打印技术可以让孩子们迅速将自己的创新设计变成实物，有助于提高中小学生的创新、设计和动手能力。”
“金属3D打印技术开辟了骨科植入技术的新纪元，使多孔生物学固定表面制造瓶颈迎刃而解。”上海交通大学李祥教授说，他们正致力于将此技术运用到临床医学治疗中。北京航空制造所基于3D打印技术研发了国内第一台电子束熔丝沉积成型设备，大幅提升了材料的利用率，减少了铣切量，缩短了制造周期。
有专家认为，3D打印作为一项颠覆性的制造技术，谁能够最大程度地研发、应用，就意味着掌握了制造业乃至工业发展的主动权。
中国被认为有望成为最大3D打印业国家
目前3D打印技术尚不具备取代传统制造业的条件，在大批量制造等方面，高效低成本的传统减材制造法更胜一筹
《国际增材制造行业发展报告》显示，3D打印技术2011年全球直接产值为17.14亿美元，年增长达29.1%。随着我国3D打印技术的不断突破和全球市场份额的增加，美国得克萨斯州大学Davidl·bourell教授预言：中国有望成为最大的增材制造业国家。
不过，让梦想照进现实的3D打印技术，目前还有一些短板。
“由于增材制造的材料研发难度大，导致3D打印制造成本较高；金属材料成形的制造效率不高，每小时大约只有100到3000克。”西安交通大学卢秉恒院士指出，目前增材制造技术在我国主要应用于产品研发，还面临制造精度不高等实际问题。
据了解，增材制造技术在我国重工业零部件制造方面得到一定应用，但尚未进入大规模工业化，其工艺与装备都有待进一步开发。
华中科技大学王运赣教授则认为：未来传统的减材制造法依然是主流，增材制造法是补充手段。他希望大家能理性看待3D打印，与长期使用的减材制造法进行比较，以便更好地发挥增材制造法的优势，克服增材制造的缺陷。
就目前的形势来看，3D打印技术尚不具备取代传统制造业的条件；在大批量制造等方面，高效低成本的传统减材制造法更胜一筹。
难以形成规模经济，是3D打印的软肋。如何迈过这道坎儿，是目前科技界和工业界的待解难题。
