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卢秉恒院士:加快应用3D打印技术 跑马圈地正当时

  论3D打印

  上世纪最重要的制造技术创新 打印今天与未来的颠覆性科技

  3D打印是一个颠覆性的创新技术。

  卢秉恒说,3D打印技术,被美国自然科学基金会称为上世纪最重要的制造技术创新。麦卡锡报告列出了对人类生活有颠覆性影响的12项技术,3D打印排在第九位,排在新材料和页岩气之前。当时预测在2030年全世界将达到1万亿左右美元的效益。2015年麦卡锡报告又将这一进程前移,认为2020年可达到5500亿美元的效益。

  从制造方式来说,铸、锻、焊在制造过程中重量基本不变,属于等材制造,已有3000年历史。车铣刨磨机床通过材料的切削去除,达到设计形状,称为减材制造,已有300年的历史。增材制造,即3D打印技术,材料一点一点地累加,形成需要的形状,才30年的历史。

  那么,3D打印将带来哪些变革呢?

  ——产品开发周期与成本大幅下降。

  3D打印可以制造形状复杂的零件,所想即所得,它直接由设计数据驱动,不需要传统制造必需的工装夹具模具制造等生产准备,编程简单,因此在产品创新设计与设计验证中,特别方便。使产品开发周期与费用至少降低为一半,成为机电产品和装备快速开发的利器。

  这种增材制造仅在需要的地方堆积材料,材料利用率接近100%。航空航天等大型复杂结构件采用传统切削加工,往往95%—97%的昂贵材料被切除。而采用3D打印,材料利用率由5%提升至85%,制造周期由数月压缩为几天。

  此外,它可以快速、低成本实现单件制造,个性化制造。特别适合个性化医疗和高端医疗器械。如人工骨、手术模型、骨科导航模板等。

  ——基于3D打印的再设计,带来产品、装备的颠覆性变革。

  3D打印可以将数十个、数百个甚至更多的零件组装的产品一体化一次制造出来,大大简化了制造工序,节约了制造和装配成本。以3D打印新工艺的视角对产品、装备再设计,可以制造传统制造技术无法实现的结构,为设计创新提供了非常大的创新空间。可能是3D打印为制造业带来的最大效益所在。

  近两年,3D打印显现出颠覆性变革。如GE公司做的飞机发动机的喷嘴,把20个零件做成了一个零件,成本材料大幅度的减少,还节省燃油15%。美国3D打印的概念飞机,重量可以减轻65%。而3D打印汽车,可以把2万个零件集成为40个,6天打印完成且减重1/3。

  ——互联网+3D打印:催生万众创新、万家创业。

  “GE公司在网上发布了一条消息,挑战3D打印,将飞机的一个零部件让创客设计。第一名只用了原始结构的1/6的重量就完成了全部测试,而设计者是19岁的年轻人。3D打印展现了全民创新的通途。”

  卢秉恒说,3D打印已经成为创客最欢迎的工具之一。它可为可穿戴电子、家居用品、文化产业、服装设计等行业提供个性化定制生产模式,有望引领生产从大批量制造走向个性化定制的第三次工业革命,有力促进大众创新,万众创业。

  眼下,“互联网+3D打印”的制造模式已经出现,即收集大众的个性化需求,由创客完成设计,设计方案由3D打印件进行验证;再由虚拟制造组织生产,由物联网来配送。美国众创公司,15000名访客、6000名创客。亚马逊利用网络销售3D打印商品,营业额已达数十亿美元,利润30%。“未来,这种模式将成为万众创新、万家创业的最佳技术途径。”卢秉恒说。

  ——从增材到创材,从创材到创生。

  卢秉恒说,利用3D打印高能束的集中能量,以3D打印设备作为材料基因组计划的研制验证平台,可以开发出超高强度、超高韧性、超高耐温、超高耐磨的各种优秀材料,让增材制造变成创材技术。

  此外,3D打印还可以创生,即应用于组织支架制造、细胞打印等技术,实现生物活性器官的制造,为生命科学研究和人类健康服务。比如,最近我国首创了利用导航模板实现癌症的靶向治疗,避免了放疗玉石俱焚的副作用。

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