打玩具、打書包、打模型，3D打印就不能打點(diǎn)“真”家伙嗎？打心臟？打飛機(jī)？打印整個(gè)世界？3D打印真能顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)？

　　GE中國(guó)研發(fā)中心的工程師們?nèi)栽诼耦^研究3D打印技術(shù)。就在這之前，他們剛剛用3D打印機(jī)成功“打印”出了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件。與傳統(tǒng)制造相比，這一技術(shù)將使該零件成本縮減30%、制造周期縮短40%。來不及慶祝這一喜人成果，他們就又匆匆踏上了新的征程。鮮為人知的是，他們已經(jīng)“秘密”研發(fā)3D打印技術(shù)十年之久了。

　　GE為什么要研究3D打印技術(shù)？GE是如何實(shí)現(xiàn)上述成果的？GE又打算將這一技術(shù)應(yīng)用在哪些領(lǐng)域呢？

　　十年研發(fā)路

　　話還要從頭說起。

　　十年之前，也就是2003年。那時(shí)，3D打印技術(shù)遠(yuǎn)沒現(xiàn)在這么火熱，GE中國(guó)研發(fā)中心就意識(shí)到了這一技術(shù)的廣闊前景，并專門組織團(tuán)隊(duì)去研究這一技術(shù)。

　　GE看到了什么呢？

　　GE看到的是未來和變革。在GE看來，在一些領(lǐng)域，3D打印技術(shù)能夠有效克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造的不足，甚至帶來設(shè)計(jì)上的變革。舉例來說，某些零件只有設(shè)計(jì)成非常復(fù)雜的形狀才能達(dá)到性能的最優(yōu)，比如更強(qiáng)的機(jī)械性能、更輕的重量等。而過于復(fù)雜的形狀對(duì)于傳統(tǒng)制造技術(shù)，無論是鑄造、鍛壓或者切削加工而言，都很難實(shí)現(xiàn)?；蛘哒f，即使能夠?qū)崿F(xiàn)也要付出巨大的代價(jià)。

　　比如說，不規(guī)則的蜂窩狀才能實(shí)現(xiàn)某一零部件的最佳性能，而傳統(tǒng)制造卻很難實(shí)現(xiàn)。無奈之下，研發(fā)人員只能按照傳統(tǒng)制造技術(shù)容易實(shí)現(xiàn)的幾何形狀去重新簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。這種簡(jiǎn)化包括將復(fù)雜的零件拆成幾個(gè)零件，分別制造好之后組裝在一起；也包括將一些很難加工的幾何形狀簡(jiǎn)化成容易加工的形狀，從而使得傳統(tǒng)技術(shù)能夠制造出這樣的零件。毫無疑問，這些都是對(duì)零件綜合性能的一種妥協(xié)。

　　性能的妥協(xié)是一方面，材料的使用量也會(huì)隨之而增加。對(duì)于像航空發(fā)動(dòng)機(jī)這樣的領(lǐng)域，零件的減重往往是設(shè)計(jì)和制造工程師們持之以恒追求的目標(biāo)。因?yàn)槊繙p輕一公斤的發(fā)動(dòng)機(jī)重量，所帶來的燃油排放的貢獻(xiàn)都是非常巨大的。

　　除此之外，眾所周知，航空發(fā)動(dòng)機(jī)里形狀復(fù)雜的零件又很多，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和制造技術(shù)面臨越來越多的挑戰(zhàn)，而3D打印正是能夠從根本上解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念和制造技術(shù)所無法解決的問題。正是基于這樣的出發(fā)點(diǎn)，GE于2003年正式啟動(dòng)了3D打印的項(xiàng)目研發(fā)，所針對(duì)的對(duì)象就是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中制造難度大的零件，力圖通過3D打印技術(shù)將零件的開發(fā)和制造成本大幅度降低，同時(shí)顯著縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

　　3D打印技術(shù)有幾種不同的技術(shù)路線，而GE中國(guó)研發(fā)中心主要從事的是激光燒結(jié)技術(shù)。該技術(shù)是以激光為熱源對(duì)粉末壓坯進(jìn)行燒結(jié)的技術(shù)。據(jù)了解，傳統(tǒng)的3D打印技術(shù)往往只能打印塑料等材料，而激光燒結(jié)技術(shù)的一大優(yōu)勢(shì)就在于可以打印金屬材料。也就是因?yàn)檫@一點(diǎn)，外界才會(huì)認(rèn)為3D打印技術(shù)有可能顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)。

　　其實(shí)，在這一技術(shù)上GE并不是從頭做起。簡(jiǎn)單的說，利用這一技術(shù)，如果將粉末壓坯燒結(jié)成立體的零部件，外界稱之為3D打印。如果將粉末壓坯只燒結(jié)成一個(gè)平面并應(yīng)用在表面修復(fù)上，業(yè)界稱之為激光熔覆技術(shù)。

某種程度上，激光熔覆技術(shù)和3D打印技術(shù)原理上非常類似。與傳統(tǒng)堆焊、噴涂、電弧焊以及電鍍等修復(fù)和表面工程技術(shù)相比，激光熔覆技術(shù)可以使涂層材料與原來的基體材料的表面有效的結(jié)合，從而顯著改善基層表面的耐磨、耐腐蝕、耐高溫程度。

　　據(jù)業(yè)內(nèi)專家介紹，國(guó)內(nèi)的不少企業(yè)都已經(jīng)掌握了激光熔覆技術(shù)。在現(xiàn)實(shí)中，這一技術(shù)也早已得到了廣泛的應(yīng)用。如，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的閥門總是一張一合，非常容易壞。熔覆上一層其他材料后，壽命就會(huì)明顯提高；很多機(jī)床的刀具上也是熔覆了一層其他堅(jiān)固的材料，從而有效提高了刀具的強(qiáng)度；鋼鐵廠的軋輥工作環(huán)境十分惡劣，用該技術(shù)熔覆上一層耐高溫材料后，性能會(huì)顯著提高。眾多模具內(nèi)部的損害往往也是靠該技術(shù)去修復(fù)。可以說，該技術(shù)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用前景都非常廣泛。

　　GE在激光熔覆技術(shù)上也已經(jīng)有了超過20年的應(yīng)用歷史了。據(jù)GE的研發(fā)人員介紹，GE在新加坡有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的維修工廠，每年要用激光熔覆技術(shù)修復(fù)的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片就高達(dá)上萬個(gè)。與傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)相比，該技術(shù)顯著提高了修復(fù)的速度和成本。

　　真實(shí)應(yīng)用前景

　　在激光熔覆等技術(shù)的基礎(chǔ)上，GE的科學(xué)家們又踏上了研究3D打印技術(shù)的征程。他們或許沒有想到的是，彈指一揮間，十年就匆匆飛逝。

　　為什么這么慢，難在哪里？

　　這其實(shí)就涉及到了3D打印的核心競(jìng)爭(zhēng)力。雖然以GE為代表的眾多企業(yè)都掌握了激光熔覆技術(shù)，雖然這一技術(shù)和3D打印技術(shù)原理類似，但兩者在難度程度上大有不同。在業(yè)界專家看來，激光熔覆技術(shù)畢竟只是平面二維的技術(shù)，對(duì)控制、軟件、運(yùn)動(dòng)、材料、激光技術(shù)等要求都比較低，而3D打印技術(shù)要打印的零部件往往極其復(fù)雜，對(duì)各方面要求非常高。

　　那什么才是3D打印的核心競(jìng)爭(zhēng)力？

　　GE的一位研發(fā)人員告訴記者，任何一項(xiàng)制造技術(shù)的基礎(chǔ)都是裝備，3D打印技術(shù)也不例外。技術(shù)裝備在3D打印中起著舉足輕重的作用，是這一技術(shù)的“硬件”。“工欲善其事，必先利其器”，沒有好的工具，也很難制造出好的產(chǎn)品。在這一點(diǎn)上，GE本著自己一貫的堅(jiān)持——選用最好的激光器，最好的數(shù)控系統(tǒng)，采用嚴(yán)格的材料供應(yīng)制度，以確保技術(shù)裝備的先進(jìn)性。但光有裝備還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

　　相對(duì)于作為技術(shù)基礎(chǔ)的裝備而言，在GE的該研發(fā)人員看來，以先進(jìn)設(shè)計(jì)理念、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、材料科學(xué)掌控、激光控制為核心的工藝開發(fā)能力才是其金屬3D打印的核心競(jìng)爭(zhēng)力所在。

　　同樣的設(shè)備，不同的人使用所制造出來的零件會(huì)有天壤之別，這背后的關(guān)鍵就是對(duì)工藝的理解和掌握。據(jù)記者了解，國(guó)際知名金屬材料3D打印龍頭企業(yè)EOS，它的設(shè)備的核心部件比如軟件系統(tǒng)、激光掃描頭、機(jī)械系統(tǒng)等都是采購或者委托制造的。EOS的核心技術(shù)就在于它是怎樣把這些系統(tǒng)集成起來，根據(jù)所開發(fā)的工藝參數(shù)找到最佳的匹配關(guān)系，而GE所關(guān)注的也正是如何在使用最先進(jìn)的硬件設(shè)備的前提下不斷提高自己的工藝開發(fā)水平，使之能夠制造出滿足使用要求的零件。

　　毫無疑問，任何一個(gè)工藝性的技術(shù)都是一個(gè)積累的過程。有國(guó)內(nèi)專家指出，國(guó)內(nèi)也有企業(yè)能用3D打印機(jī)打印出零部件，但性能會(huì)差很多。“不能說拿來一個(gè)設(shè)備，兩天就能做出世界一流的產(chǎn)品。很多時(shí)候就像愛迪生一樣，試了幾千次才能找出做出好的照明燈的方法。”

　　“一天、兩天，一個(gè)月、兩個(gè)月，一年、兩年，你背后積累的知識(shí)庫越來越大、越來越雄厚時(shí)，才能支撐你達(dá)到你想要的目標(biāo)。”

在十年的時(shí)間里，GE中國(guó)的研發(fā)人員通過不懈努力、針對(duì)GE的產(chǎn)品零件，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工藝開發(fā)、運(yùn)動(dòng)控制、材料數(shù)據(jù)、激光控制等多方面不斷探索，總結(jié)成功和失敗的經(jīng)驗(yàn)，積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　“十年磨一劍”，正是依靠這些深厚的積累， 他們才能夠成功地將鈦合金材料打印成飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片的前緣。與原來傳統(tǒng)制造工藝相比，由于3D技術(shù)不用開模、沖壓、切削和組裝，據(jù)GE內(nèi)部自己的評(píng)估，這將能降低約30%左右的生產(chǎn)成本、縮短40%的制造周期。同樣重要的是，傳統(tǒng)制造工藝的材料利用率只有10%~20%左右，而3D打印技術(shù)卻可以大幅度提高材料的使用效率。

　　而就在GE中國(guó)研發(fā)中心埋頭鉆研3D打印技術(shù)的同時(shí)，GE美國(guó)總部也在緊密的觀察著這一技術(shù)。它們發(fā)現(xiàn)了一家名叫Morris Technologies的3D打印創(chuàng)業(yè)公司。這家企業(yè)規(guī)模并不大，只有130名員工，卻在3D打印核心的工藝技術(shù)開發(fā)上積累了多年。如今，它們已經(jīng)有實(shí)力利用激光燒結(jié)技術(shù)將多種金屬材料打印成各種復(fù)雜的零部件。

　　2012年11月20日，GE成功的將這家企業(yè)收入囊中。緊接著，GE利用這一技術(shù)生產(chǎn)了LEAP航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的噴嘴。據(jù)《麻省理工科技評(píng)論》報(bào)道，在這一發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴上，3D打印的陶瓷矩陣可以有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效率，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的工作溫度，從而不再需要原來的額外散熱部件，以往用于降溫的那部分空氣也可以直接用于燃料燃燒，效率提高非常明顯。據(jù)稱，GE已經(jīng)計(jì)劃用3D打印技術(shù)批量生產(chǎn)25000個(gè)這樣的噴嘴，并于未來投入使用。

　　除此之外，據(jù)報(bào)道，GE還計(jì)劃將此技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療機(jī)械、電力設(shè)備的零部件制造上，而GE中國(guó)研發(fā)中心也正在積極評(píng)估這一技術(shù)在GE其他業(yè)務(wù)集團(tuán)的應(yīng)用可能性。

　　那么，3D打印是否真的可以顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)呢？

　　GE似乎不這么認(rèn)為。在GE的該研發(fā)人員看來，3D打印技術(shù)其實(shí)是傳統(tǒng)制造技術(shù)的提升和補(bǔ)充。傳統(tǒng)的鑄造、沖壓、切削在大批量生產(chǎn)時(shí)有自己成本上的優(yōu)勢(shì)，而3D 打印技術(shù)也將在復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及特殊要求的地方找到用武之地。

　　GE全球研發(fā)中心先進(jìn)技術(shù)負(fù)責(zé)人邁克爾.埃德戚克也持同樣的觀點(diǎn)。其在接受記者專訪時(shí)表示，3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)制造是一個(gè)融合的過程。“傳統(tǒng)制造技術(shù)加工成一個(gè)毛坯，然后用3D打印堆積其他附加件。”在他看來，3D打印將在一些高性能、多品種、小批次的產(chǎn)品中發(fā)揮作用。他甚至預(yù)測(cè)，三年內(nèi)，3D打印將在航天、醫(yī)療等領(lǐng)域應(yīng)用，之后隨著技術(shù)的進(jìn)一步完善，成本的進(jìn)一步降低，該技術(shù)將在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。