經(jīng)過7月8-10日三天的精彩展期，第六屆亞洲3D打印、增材制造展覽會(huì)TCTASIA2020，終于在上海新國際博覽中心落下帷幕。

在TCT亞洲展舉辦的同期，TCT科技講臺(tái)與亞洲峰會(huì)，也如約和觀眾見面。來自上汽大眾、東風(fēng)汽車、一汽大眾、空中客車和成立航空等眾多OEM廠商以及來自復(fù)旦大學(xué)、空軍工程大學(xué)和中國航空制造技術(shù)研究院的專家們分別從應(yīng)用和學(xué)術(shù)等不同方向?yàn)橛^眾介紹了增材制造在不同領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題。

沈衛(wèi)東 車身研發(fā)高級(jí)總監(jiān)， 教授級(jí)高級(jí)工程師， 上汽大眾汽車有限公司

3D打印技術(shù)起源于上世紀(jì)80年代末，它的出現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)的制造技術(shù)。由于其集概念設(shè)計(jì)、技術(shù)驗(yàn)證與小批量制造于一體，為縮短汽車設(shè)計(jì)研發(fā)的后期，提高新產(chǎn)品的成熟度，快速推出新車型，降低產(chǎn)品開發(fā)成本和全新設(shè)計(jì)理念的汽車研發(fā)提供了高附加值的可能。

目前在汽車制造領(lǐng)域，3D打印技術(shù)可用于：前端產(chǎn)品研發(fā)，工裝的夾具、檢具制造和個(gè)性化定制和改裝。

造型是產(chǎn)品研發(fā)最前端的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的造型模型有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是與實(shí)車效果相去甚遠(yuǎn)，這導(dǎo)致造型的效果大打折扣。使用3D打印技術(shù)，保證了造型模型可以做到和實(shí)車一模一樣，從而更好地評(píng)判造型效果，確定造型方案。

另外，3D打印技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)中還被大量運(yùn)用于零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)驗(yàn)證。一個(gè)簡單的例子——汽車座椅，如何既舒適又保證強(qiáng)度？我們?cè)谇捌谧龊靡粋€(gè)方案之后，馬上通過3D打印技術(shù)做一個(gè)樣品，通過樣品來評(píng)價(jià)。這樣的結(jié)果是模具工裝的投入降低，同時(shí)把制造的時(shí)間縮短70%，還能減重15%，優(yōu)化的設(shè)計(jì)更是提高了產(chǎn)品的成熟度。

3D打印技術(shù)也在顛覆車身設(shè)計(jì)的思維。比如說在傳統(tǒng)的制造工藝下，一些圓角是沒法做出來的，但是3D打印技術(shù)就可以完美地解決這些問題。一些以前制造所不敢想象的毛坯件，還有輕質(zhì)材料都可以用3D打印來替代傳統(tǒng)工藝來解決。

3D打印用于工裝夾具和檢具的制造。我們長沙的總裝工廠就曾經(jīng)碰到一個(gè)問題，怎么快速去控制平整度？這個(gè)時(shí)候用傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是無法完成的，我們就想到了用3D打印技術(shù)做幾個(gè)快速的非標(biāo)檢具，很快就解決了問題?？梢哉f，只要掌握3D打印這門技術(shù)，就可以把它應(yīng)用在各個(gè)方面，不一定是產(chǎn)品研發(fā)，還可以用在制造部，甚至還可以用在設(shè)備維修方面。

3D打印技術(shù)用于個(gè)性化定制。比如說打印一些的客戶喜歡小玩具放在儀表盤內(nèi)，只要零件不是安全件，都可以做，從接受客戶的訂單到交貨一般都能在一周內(nèi)完成。

對(duì)于有興趣嘗試3D打印技術(shù)的汽車制造商來說，如何實(shí)現(xiàn)增材制造從概念到可以被安裝在實(shí)車上的一個(gè)個(gè)零件的進(jìn)程？這里我們可以參考戴姆勒的三步走的策略。第一步是在一個(gè)龐大的零件的數(shù)據(jù)庫里面，分析、找到適合于3D打印的零部件；第二步是概念驗(yàn)證，驗(yàn)證篩選出來這些零件，在經(jīng)濟(jì)性以及技術(shù)方面是不是可行？第三步就是利用3D打印來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的零部件生產(chǎn)。

綜上所述，現(xiàn)在通過3D打印技術(shù)，我們可以實(shí)現(xiàn)汽車工業(yè)的高附加值的應(yīng)用，關(guān)鍵是我們一定要學(xué)會(huì)怎么去利用這樣一個(gè)先進(jìn)的技術(shù)。

陳剛教授，復(fù)旦大學(xué)

隨著技術(shù)的發(fā)展,近年來3D打印技術(shù)在醫(yī)療器械領(lǐng)域已獲得應(yīng)用上的突破。這主要是因?yàn)閭€(gè)性化醫(yī)療需求日益顯著,而在市場(chǎng)上鮮有標(biāo)準(zhǔn)化量產(chǎn)產(chǎn)品,而3D打印體現(xiàn)出來的個(gè)性化、小批量和高精度正好滿足了這一需求。

目前3D打印在生物醫(yī)藥中的應(yīng)用主要有：骨科、齒科、器官和組織以及生物傳感器幾個(gè)領(lǐng)域。其中，骨科和齒科已經(jīng)是3D打印發(fā)展較為成熟的兩個(gè)領(lǐng)域。

3D打印解剖模型在骨科手術(shù)的使用已被廣泛證明是有益的。在脊柱手術(shù)治療中，最重要的是準(zhǔn)確置釘，減少手術(shù)并發(fā)癥，頸椎的椎弓根細(xì)小，置釘難度大，手術(shù)過程易出現(xiàn)并發(fā)癥，而3D打印的導(dǎo)板能有效解決上述問題。導(dǎo)向器輔助下的椎弓根定位準(zhǔn)確，使用方便，可減少螺釘?shù)钠x。在脊柱側(cè)彎的手術(shù)中，3D打印機(jī)可視化技術(shù)更能直接測(cè)量畸形的角度，分析螺釘植入的最佳方案。

對(duì)于骨科植入物來說，模仿骨骼的特性使其在體內(nèi)的利用率最大化非常重要，而3D打印的金屬細(xì)胞支架如下的特性是模仿骨骼性能成為可能：具有生物相容性能使支架上的細(xì)胞自然生長，在植入?yún)^(qū)域與現(xiàn)有的組織具有機(jī)制相似性、有適當(dāng)?shù)目紫堵式o細(xì)胞提供適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)以及廢物的傳輸通道、擁有能吸引細(xì)胞附著及在其表面生長的表面形態(tài)。

齒科3D數(shù)字化解決方案利用模型及口內(nèi)3D掃描技術(shù)采集數(shù)據(jù)，通過齒科CAD軟件輸出設(shè)計(jì)，最終通過光固化3D打印技術(shù)生產(chǎn)工作模型、正畸模型、種植模型、種植導(dǎo)板、蠟型冠橋、支架等，或利用金屬3D打印直接打印金屬冠橋和支架，制作固定活動(dòng)的修復(fù)體。

毫無疑問，3D打印技術(shù)給齒科帶來了更高精度、更低價(jià)格的產(chǎn)品。但也應(yīng)該看到，打印材料是在牙科領(lǐng)域推廣應(yīng)用的瓶頸。目前在牙科市場(chǎng)上應(yīng)用最為廣泛的制造材料有以下幾種：陶瓷、鈷鎘合金、樹脂、氧化鋯、鈦合金等。目前仍未有和人體牙齒各項(xiàng)性能均匹配的材料，未來或許在材料的探索中仍存在潛力。

人體器官的壞死和病變等引發(fā)的器官移植一直是臨床的一大難題。一方面，找到合適的捐獻(xiàn)器官并不容易；另一方面，來自不同個(gè)體的器官容易引發(fā)不同程度的排斥反應(yīng)，最終導(dǎo)致植入失敗。因此，人工制造復(fù)合需求的人體組織器官是臨床亟待突破的問題；以特定組織的功能細(xì)胞或多功能干細(xì)胞結(jié)合定向分化誘導(dǎo)因子作為“墨水”，打印出一層細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)，隨后采用3D成型技術(shù)進(jìn)行制造，層層疊加，最后形成立體的細(xì)胞組織架構(gòu)，也就是臨床所需的人工組織和器官。

生物傳感器簡單來說，就是將生物敏感物質(zhì)的濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種檢測(cè)儀器。它能實(shí)現(xiàn)對(duì)人體內(nèi)一些生物活性物質(zhì)，如酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、核酸等的“即時(shí)檢測(cè)”（POCT）。

未來十年，生物傳感器的發(fā)展不再是像智能手表或者健身手環(huán)那樣，而是通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)的個(gè)性化需求。常用的生物傳感器3D打印技術(shù)包括擠出、光固化打印及噴墨打印。

周鑫副教授，空軍工程大學(xué)

對(duì)于大國空軍來說，單個(gè)基地動(dòng)輒數(shù)千架飛機(jī)，老型號(hào)、小批量或引進(jìn)裝備的保障成為一大難題。無論美國、俄羅斯還是中國空軍，都面臨著配件/備件短缺、傳統(tǒng)制造成本過高等問題。而針對(duì)這一系列問題，快速反應(yīng)的增材制造技術(shù)幾乎是最優(yōu)選擇。

但是，應(yīng)當(dāng)看到，任何高科技的產(chǎn)品/技術(shù)在使用、發(fā)展到一定階段后都會(huì)面臨一個(gè)死亡陷阱。如果它不能得到大眾的接受以及進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，那么它很有可能就會(huì)面臨著“死亡”的命運(yùn)。

而增材制造現(xiàn)在正面臨著這樣的命運(yùn)：

首先，增材制造的核心技術(shù)有待突破。增材制造的核心包括原材料、制造設(shè)備、設(shè)計(jì)和工藝軟件。

①原材料主要有：金屬粉末、液態(tài)光敏樹脂、高分子顆粒等，不僅種類有限，且制造的精度、復(fù)雜性、強(qiáng)度都亟需提高，目前國內(nèi)使用的高端原材料都只能依賴進(jìn)口；

②制造設(shè)備的關(guān)鍵器件，如激光器、掃描振鏡、噴頭、精密光學(xué)器件等大部分都來自進(jìn)口；

③制造設(shè)備的性能也有待提高，尤其在精度、速度和效率穩(wěn)定性方面；

④目前主流的設(shè)計(jì)軟件（如SolidWorks、UG、ProE、AutoCAD）和工藝軟件（如Magics和Minics）基本由國外壟斷。這些因素導(dǎo)致目前增材制造應(yīng)用價(jià)格昂貴。

其次，相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系不健全。增次制造技術(shù)發(fā)展迅速，然而已發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)卻非常有限。由于沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，即使用同一個(gè)三維模型，不同生產(chǎn)商設(shè)備制造的產(chǎn)品都不盡相同，這使得該技術(shù)的大范圍推廣使用受到了制約。

再次，材料和產(chǎn)品性能有待認(rèn)證或鑒定。增材制造技術(shù)作為一項(xiàng)新技術(shù)，其產(chǎn)品性能、質(zhì)量、精度、可靠性等方面都備受質(zhì)疑，即使是同一臺(tái)設(shè)備在不同環(huán)境下打印出的不同批次的產(chǎn)品都有可能存在差異。3D打印技術(shù)的可重復(fù)性和環(huán)境適應(yīng)性都有待進(jìn)一步提升。

最后，增材制造技術(shù)數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)未建立。增材制造是建立在三維建模基礎(chǔ)上的，每個(gè)產(chǎn)品都有對(duì)應(yīng)的三維模型數(shù)據(jù)。要實(shí)現(xiàn)裝備現(xiàn)場(chǎng)的快速維修，需要有相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫支撐。這個(gè)數(shù)據(jù)庫需要裝備、研、產(chǎn)等多方支持，而航空裝備的種類很多，零配件型號(hào)各異，建立數(shù)據(jù)庫的工作量并非一朝一夕可以完成。