3D打印是今年來的熱門話題，外媒體把3D打印成為推動(dòng)第三次工業(yè)革命的重要推動(dòng)力，“它是從虛擬到現(xiàn)實(shí)的理想捷徑，是第三次工業(yè)革命的重要環(huán)節(jié)之一，將對(duì)人類未來生活的各個(gè)方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。”本周，記者對(duì)話中國(guó)工程院院士徐志磊，讓解析3D打印技術(shù)的長(zhǎng)處和短板。

　　3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

　　問：3D打印近幾年很火，我們?cè)犝f3D打印出真槍，甚至人的耳朵。這是個(gè)新興產(chǎn)業(yè)嗎？

　　徐院士：不完全是，這類技術(shù)最開始出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，但那個(gè)時(shí)候它不叫3D打印，我們?cè)谥袊?guó)叫快速成型。它的核心就是將所需成型工件的復(fù)雜3D形體，通過切片處理轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的2D截面的組合。因此不必采用傳統(tǒng)的加工機(jī)床和工模具，依據(jù)工件的三維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)模型，在計(jì)算機(jī)控制的快速成型機(jī)上，沿著高度方向逐層沉積材料，成型工件的一系列2D截面薄片層，并使片層與片層之間相互粘接，最終堆積成三維工件。

　　3D打印為什么這么火，我覺得還是取決于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展。20年前，我們所處的還不是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，還不能發(fā)展得這么快。而現(xiàn)在，3D打印幾乎能做到“想打就打”了，只要電腦軟件能支持就可以。

　　問：這個(gè)技術(shù)能運(yùn)用在哪些領(lǐng)域上？

　　徐院士：小到細(xì)胞、牙齒、骨骼甚至我們自身，大到房屋、汽車、飛機(jī)等，都能夠打印成型。

　　我認(rèn)為航空與軍工業(yè)，是3D打印比較容易發(fā)展的方向。對(duì)于國(guó)防工業(yè)的器件，用3D打印技術(shù)來做，可能是一個(gè)很好的應(yīng)用領(lǐng)域。因?yàn)閲?guó)防工業(yè)用的材料或者零部件，它的數(shù)量不是特別大，所以零件適合用3D打印來做，如果用傳統(tǒng)的技術(shù)來做，可能它的生產(chǎn)條件、設(shè)備、代價(jià)就會(huì)比較高。比如波音公司，或者像美國(guó)的F35、F22，例如德國(guó)的奔馳、寶馬等一些車部零件，就已經(jīng)開始用3D打印來制造了。

　　在產(chǎn)品的原型或模型制作上，3D打印也已經(jīng)得到了運(yùn)用。另外，一些非金屬工程零件的制作，3D打印也能駕馭，而且一些很復(fù)雜的、傳統(tǒng)工藝制作起來很費(fèi)勁的、很精密的結(jié)構(gòu)，它更是能夠勝任。

　　能推動(dòng)制造業(yè)的進(jìn)步

　　問：3D打印這一技術(shù)比起傳統(tǒng)制造業(yè)而言，優(yōu)勢(shì)在哪里？

　　徐院士：減材制造是機(jī)械制造業(yè)最常用的成型方法，但它采用的毛坯通常需鑄造或鍛造而成，并且還需要模具，加工周期較長(zhǎng)，材料利用率較低，成本較高。此外，還受刀具或模具的限制，有時(shí)甚至無法成形一些內(nèi)外形狀很復(fù)雜的工件。另外，在鑄造過程中，往往要將所需要的形狀，從一整塊原材料中制造出來，這不可避免地會(huì)帶來浪費(fèi)。

　　但3D打印技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的工藝改進(jìn)和新材料的應(yīng)用，具有顛覆性的意義和作用。與傳統(tǒng)制造業(yè)先制作模具，然后才能把設(shè)計(jì)原型制作出來的生產(chǎn)方式不同，3D打印技術(shù)無需制作模具，也不需要任何機(jī)械加工，只需要通過電腦輔助技術(shù)得到3D數(shù)據(jù)，并傳送到3D打印機(jī)上，即可制作。這種數(shù)字化制造模式，不但降低了因模具生產(chǎn)和改進(jìn)所投入的成本，也大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也避免了模具在生產(chǎn)完成后便無價(jià)值的資源浪費(fèi)。

　　問：除了成本之外，它還有其他的優(yōu)勢(shì)嗎？或者說它在其他領(lǐng)域會(huì)有什么應(yīng)用？

　　徐院士：生物3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用前景還是挺大的。因?yàn)樗哂锌焖傩浴?zhǔn)確性以及擅長(zhǎng)制作復(fù)雜形狀實(shí)體等特性。特別是個(gè)體之間的身體構(gòu)造、病理狀況，都存在特殊性和差異化，而3D打印能很好地滿足這一點(diǎn)。比如動(dòng)手術(shù)之前，醫(yī)生就可以通過3D打印技術(shù)，打印出相應(yīng)的器官進(jìn)行演練，從而更好地完成手術(shù)。

　　它的優(yōu)勢(shì)在建筑設(shè)計(jì)業(yè)也有所體現(xiàn)。通常建筑的設(shè)計(jì)需要經(jīng)過多次改動(dòng)。但是制作模型往往并不是件簡(jiǎn)單的事，特別是在一遍遍的改動(dòng)下。而3D打印就能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)師們的工作量，只要把圖紙通過軟件輸入3D打印機(jī)內(nèi)，幾個(gè)小時(shí)就能打印出來。一些比較前衛(wèi)的、復(fù)雜的建筑，人工制作模型比較困難的，3D打印技術(shù)就能夠提供這樣的幫助。

　　問：3D打印技術(shù)對(duì)于推動(dòng)工業(yè)產(chǎn)業(yè)，尤其是制造業(yè)的進(jìn)步，是否具有特別意義？

　　徐院士：確實(shí)是。與前兩次工業(yè)革命相比，在3D打印技術(shù)得到廣泛運(yùn)用的情況下，現(xiàn)代制造業(yè)也許不再運(yùn)用工廠。這種將人力、資金、設(shè)備等生產(chǎn)要素大規(guī)模集中化的生產(chǎn)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N以3D打印機(jī)為基礎(chǔ)的，更加靈活、所需要投入更少的生產(chǎn)方式，這種趨勢(shì)被稱之為社會(huì)化制造。當(dāng)這種方式得到廣泛運(yùn)用，那么每個(gè)人都可以是一家工廠。

　　而且我認(rèn)為，3D打印將極有可能孕育第三次工業(yè)革命。我打個(gè)比方，我們的生產(chǎn)線可以做到，送一頭牛進(jìn)去然后出來牛肉罐頭，同樣也能把牛肉罐頭放進(jìn)去，然后生產(chǎn)出一頭牛。后者就是3D打印能做到的。

　　3D打印將顯著提高人類對(duì)物質(zhì)世界的控制能力，幾乎是一種最理想的工具手段，也許未來將會(huì)以我們難以預(yù)料的方式，永久改變?nèi)祟惖奈拿鬟M(jìn)程。

　　精度和效率成最主要挑戰(zhàn)

　　問：3D打印技術(shù)很強(qiáng)大，但也面臨著不少問題和挑戰(zhàn)。要想進(jìn)行大規(guī)模的應(yīng)用，短期內(nèi)是否還比較難？

　　徐院士：你說得對(duì)。主要是精度和效率，我們做出來的不少成品精度在0.1毫米左右，表面光滑度也不高，真正要作為機(jī)械工程的零部件來說，它的精度還很不夠。所以，我們希望能夠爭(zhēng)取把金屬材料的精度，做到10微米(1微米=0.001毫米)、20個(gè)微米，40個(gè)微米。如果我們能達(dá)到這個(gè)水平，那就有可能直接用3D打印做零件，而不是翻模具重新來做。

　　另外，要把精度分辨得極高以后，它必然帶來的問題就是效率會(huì)比較低。所以怎樣又快又好地打印出成品，還需要我們改進(jìn)和研究。除此之外，并不是傳統(tǒng)的材料，3D打印都可以拿過來用，現(xiàn)在用得最多的是塑料，金屬和陶瓷等還在進(jìn)一步的探索中。因此有必要開發(fā)更好的材料，這樣應(yīng)用范圍就會(huì)大很多。不過真正高精度、高強(qiáng)度的材料，做起來難度也大。因?yàn)橐淮?D打印做出來以后，還有長(zhǎng)期應(yīng)用、耐疲勞等問題。另外，生產(chǎn)出來的材料，有的要求要大，有的要求要薄，這些要求以及工藝穩(wěn)定性都亟待解決。所以想要真正做到零部件生產(chǎn)，難度非常大。

　　因此3D打印離大規(guī)模應(yīng)用還有一定距離，短期內(nèi)還不能夠?qū)崿F(xiàn)，至少我們目前水平還沒有達(dá)到。除了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，我們的大學(xué)、研究所，要用更多的精力去研究光源、材料、制造零部件的3D打印設(shè)備，這些也是非常重要的。

　　問：3D打印技術(shù)現(xiàn)在處于一個(gè)什么樣的狀態(tài)？我國(guó)又有什么樣的計(jì)劃呢？

　　徐院士：今年早些時(shí)候，中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長(zhǎng)羅軍就表示過，中國(guó)有潛力成為世界最大的3D打印市場(chǎng)。未來三年內(nèi)中國(guó)將正式啟動(dòng)至少10個(gè)3D打印創(chuàng)新中心，發(fā)展500家傳統(tǒng)企業(yè)進(jìn)入3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。3D打印市場(chǎng)的產(chǎn)值，則可能會(huì)從10億元人民幣，增長(zhǎng)到100億元。

　　不過，事實(shí)上3D打印的顛覆之路還很長(zhǎng)。總體而言，它目前仍處在起步階段，距離大規(guī)模應(yīng)用還有一段時(shí)間。傳統(tǒng)制造業(yè)所擅長(zhǎng)的批量化、規(guī)?；a(chǎn)以及精益化生產(chǎn)，恰恰是3D打印的短板。而公眾對(duì)于3D打印技術(shù)的認(rèn)識(shí)也不夠全面，它并非無所不能，其技術(shù)核心在于，它可以解決高難度、復(fù)雜、個(gè)性化的設(shè)計(jì)需要，只有當(dāng)傳統(tǒng)生產(chǎn)方式無法應(yīng)用的時(shí)候，它的魅力才能顯示出來。

　　目前，它的最大優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)品高端開發(fā)和滿足個(gè)性化需求方面，雖然它的普及領(lǐng)域越來越廣，但更多的是用在高端研發(fā)，無法形成產(chǎn)業(yè)化。例如，網(wǎng)上售賣的一款3D打印機(jī)，打印一只普通手機(jī)殼大概需要兩小時(shí)，但打印的材料卻只能用價(jià)格不菲的ABS塑料。這樣一來，所花費(fèi)的成本和時(shí)間，就會(huì)大大超過在超市購(gòu)買一個(gè)手機(jī)殼的開銷，這也因此會(huì)限制3D打印技術(shù)，在低端民用市場(chǎng)的普及應(yīng)用。