在電視媒體的報(bào)道中，3D打印似乎簡(jiǎn)化成了一臺(tái)臺(tái)可以放在桌面上的打印機(jī)，它們以塑料為材質(zhì)，打出各種小模型、小玩具。其實(shí)，3D打印目前真正直接用于制造業(yè)的，是遠(yuǎn)離日常生活的重工業(yè)領(lǐng)域，比如航空航天、核電設(shè)備等。

12月3日，在上海舉行的“3D打印技術(shù)與未來(lái)”高峰論壇上，有中國(guó)3D打印之父之稱的中國(guó)工程院院士盧秉恒稱，3D打印作為科技專項(xiàng)，其重點(diǎn)突破的領(lǐng)域應(yīng)該是航空航天產(chǎn)品高效研制、醫(yī)學(xué)組織器官定制化制造，以及汽車、微納器件。而這里面，航空航天又為重中之重。

盧秉恒透露，上述建議作為中國(guó)增材制造（即俗稱的“3D打印”）發(fā)展戰(zhàn)略的一部分，已經(jīng)由中國(guó)科學(xué)院院士路甬祥及中國(guó)工程院院長(zhǎng)周濟(jì)領(lǐng)銜制定，并提交給了高層領(lǐng)導(dǎo)。

目前，中國(guó)在將3D打印技術(shù)運(yùn)用于航空航天領(lǐng)域上走在了全球的前列。

“百分之八九十的企業(yè)會(huì)死掉”

3D打印，其實(shí)就是增材制造。目前關(guān)于其定義形形色色。清華大學(xué)機(jī)械工程系教授、先進(jìn)成形制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任林峰給出的解釋是：如果是傳統(tǒng)的加工方式，是通過(guò)增加制造工具和機(jī)床的加工維數(shù)，從最早的三軸聯(lián)動(dòng)、四軸聯(lián)動(dòng)到五軸聯(lián)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)的軸數(shù)越來(lái)越多，以應(yīng)對(duì)零件復(fù)雜程度的越來(lái)越提高。這是一種增維制造的方法。而三維打印是一種降維制造過(guò)程，它把三維零件結(jié)構(gòu)的加工過(guò)程先離散成一系列二維的片層，然后堆疊起來(lái)，最后完成三維結(jié)構(gòu)成型。它把零件的復(fù)雜程度簡(jiǎn)化了。所以降維制造或是分層制造，是它最明顯的特點(diǎn)。

“離散-堆積原理是三維打印的基本原理。”林峰說(shuō)。

離散的過(guò)程把三維的零件沿一個(gè)方向切成一片一片，就像微積分中的“微分”過(guò)程。在每一個(gè)片層里面，可以進(jìn)一步離散，變成一條條線段。每條線段中又可以進(jìn)一步離散，變成一個(gè)個(gè)點(diǎn)。最后把它連起來(lái)形成一種低維的型體，點(diǎn)線面。這是在計(jì)算機(jī)中處理的數(shù)據(jù)過(guò)程。然后在設(shè)備的物理環(huán)境中再把這些點(diǎn)線面疊在一起，形成三維的實(shí)體零件，這是一個(gè)堆積的過(guò)程。離散和堆積兩個(gè)環(huán)節(jié)在三維打印里缺一不可。像蓋房子，就是一個(gè)堆積的過(guò)程，但是不把它稱為三維打印，因?yàn)樗辉谟?jì)算機(jī)離散數(shù)據(jù)的控制下，而是在人為操作下運(yùn)行。

目前，國(guó)內(nèi)凡是掛上3D打印招牌的，都會(huì)迎來(lái)資本市場(chǎng)的熱炒。對(duì)此，卓越集團(tuán)董事長(zhǎng)、軟銀賽富投資合伙人陸豪提出了冷思考：互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代早期，只要觸網(wǎng)的都會(huì)拉升，現(xiàn)在的3D打印也是，百分之八九十會(huì)死掉，剩下百分之二三十才是真正做到有應(yīng)用方案和收益的。

在陸豪看來(lái)，只有找到了真正適合3D打印特征的應(yīng)用，才能具備價(jià)值。

而重工、醫(yī)療以及建筑等，是最有可能的。

主力應(yīng)用航空制造

北京航空航天大學(xué)材料學(xué)院材料加工工程系主任、材料加工工程學(xué)科責(zé)任教授王華明，是3D打印航空科技領(lǐng)域的引領(lǐng)者。其帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次突破了飛機(jī)鈦合金等大型主承力構(gòu)件激光成形工藝、裝備和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)。

在3日的論壇上，王華明就航空與3D打印結(jié)合，舉了中國(guó)C919大型客機(jī)的例子。該機(jī)型的機(jī)頭駕駛室的主風(fēng)擋窗框，就運(yùn)用了他們的激光3D打印技術(shù)。“商飛如果從國(guó)外訂貨，周期至少兩年，僅模具費(fèi)用就需要1300萬(wàn)元人民幣。當(dāng)時(shí)工期還剩55天，商飛找到我們，時(shí)間很緊，但我們還是完成了，而成本僅為120萬(wàn)元。”

憑借“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”，王華明今年獲得了國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。今年9月，中共中央政治局就創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，來(lái)到中關(guān)村集體調(diào)研學(xué)習(xí)，其第一站便是3D打印，作為領(lǐng)軍人物，王華明向中共中央總書記習(xí)近平作了15分鐘的匯報(bào)。

航空制造之所以與鈦合金有著不解之緣，是因?yàn)殁伜辖鹁哂忻芏鹊?、比?qiáng)度高、屈強(qiáng)比高、耐蝕性及高溫力學(xué)性能好等突出特點(diǎn)。其在航空裝備中用量越來(lái)越大，而且主要被用作各種機(jī)身加強(qiáng)框、梁、接頭等飛機(jī)大型關(guān)鍵主承力結(jié)構(gòu)件。

可查資料顯示，波音公司和空客公司研制的新一代民用客機(jī)(787、380)中，鈦合金用量已由第三代(747、300）的不到4%上升到9%以上，第三代殲擊機(jī)中鈦合金結(jié)構(gòu)件用量由F-16的約3%增加到了F18、蘇-27的15%以上，而第四代殲擊機(jī)F-22中鈦合金結(jié)構(gòu)件用量已占機(jī)身結(jié)構(gòu)總重量的41%。大型整體鈦合金結(jié)構(gòu)件用量的高低，已成為衡量飛機(jī)等國(guó)防裝備技術(shù)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。

但是，由于受鈦合金本性的影響，采用“鍛造+機(jī)械加工”等傳統(tǒng)技術(shù)制造這些大型復(fù)雜鈦合金關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，不僅需要大型鈦合金鑄錠熔鑄與制坯、萬(wàn)噸級(jí)以上重型液壓鍛造工業(yè)裝備，而且制造工序繁多、工藝復(fù)雜，需要大型鈦合金鑄錠真空熔鑄、大規(guī)格鍛坯制備、大型鍛造模具加工等，零件機(jī)械加工余量很大、材料利用率低(一般小于5%～10％)、數(shù)控加工時(shí)間長(zhǎng)、制造成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)。

而高性能金屬結(jié)構(gòu)件激光熔化沉積“近凈成形”制造技術(shù)，利用快速原型制造的基本原理，以金屬粉末(或絲材)為原材料，通過(guò)高能激光束對(duì)金屬原材料的逐層熔化堆積，直接由零件CAD模型一步完成全致密、高性能、大型復(fù)雜金屬零件的“近終成形”制造，是一種具有“變革性”意義的數(shù)字化、短周期、低成本、先進(jìn)“近凈成形”制造新技術(shù)，在航空、航天等國(guó)防裝備研制與生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

“根據(jù)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料制備、構(gòu)件制造一體化的特點(diǎn)，3D打印對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)雜、超復(fù)雜的大型乃至超大型結(jié)構(gòu)，有著低成本、短流程、快速數(shù)字制造的特點(diǎn)。”王華明稱，“有了3D打印后，一些超大超復(fù)雜的產(chǎn)品制造就成為了可能，這便解放了設(shè)計(jì)師，使他們可以大膽設(shè)計(jì)。”