即使對于普通人，3D打印技術(shù)也不再是個陌生概念，人們津津樂道的是用半個小時就可以打印出一個微縮版的自己。但其實，除了這些“花哨”的玩法，3D打印已應(yīng)用于飛機(jī)關(guān)鍵零部件的制造等高端制造領(lǐng)域。

輕觸按鈕，床板的上半部徐徐抬起，折疊成一個舒適的輪椅。幾乎不用移動身體，老人就從床上直接出了門。這“變形輪椅”實際上是北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動化學(xué)院研發(fā)的“床椅一體化機(jī)器人”。

事實上，3D打印、“床椅一體化機(jī)器人”等智能裝備、以數(shù)控機(jī)床為代表的高端數(shù)控裝備，正是當(dāng)前全球制造業(yè)布局的戰(zhàn)略重點(diǎn)。金融危機(jī)后，尋求產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的北京，同樣將這三個領(lǐng)域作為發(fā)展高端制造業(yè)的突破口。2011年11月，北京市科委啟動實施了以這三個領(lǐng)域為重點(diǎn)支持方向的“北京高端數(shù)控裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)跨越發(fā)展工程（精機(jī)工程）”。

兩年多來，“精機(jī)工程”在北京高端裝備領(lǐng)域共投入科技經(jīng)費(fèi)3億余元，帶動社會研發(fā)投入20億元。在3D打印等上述三個領(lǐng)域取得多項關(guān)鍵技術(shù)突破，并形成逐步完善的產(chǎn)業(yè)鏈。

另一組數(shù)字更能說明這一工程的意義。“精機(jī)工程”實施，帶動2012年北京高端裝備制造業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)值500億元，稅收20億元，利潤25億元。

北京3D產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善

國內(nèi)3D技術(shù)最廣為人知的應(yīng)用是，我國首創(chuàng)用3D打印造飛機(jī)鈦合金大型主承力構(gòu)件，該技術(shù)成功應(yīng)用于國產(chǎn)大飛機(jī)C919上。這一技術(shù)由北京航空航天大學(xué)激光增材制造技術(shù)團(tuán)隊研發(fā)。

該團(tuán)隊成員湯海波告訴筆者，3D打印技術(shù)是“增材制造”技術(shù)的俗稱，也稱“增量制造”、“添材制造”、“添加式制造”技術(shù)，是指依據(jù)三維CAD建模，在計算機(jī)自動控制下通過材料逐層添加堆積的成形制造技術(shù)。相對簡明通俗的可將3D打印技術(shù)分為“快速原型制造技術(shù)”和“高性能金屬構(gòu)件增材制造技術(shù)”兩類。

其中，大型金屬構(gòu)件激光增材制造裝備是發(fā)揮“變革性”的高性能金屬激光增材制造技術(shù)巨大潛力的設(shè)備基礎(chǔ)和必要手段，也是長期以來制約該先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”之一。

湯海波所在團(tuán)隊自開展高性能金屬激光增材制造技術(shù)以來，開展了其成套裝備技術(shù)研發(fā)，歷經(jīng)17年持續(xù)研究和完善，提出了“外置型”大型金屬激光增材制造裝備新思路，發(fā)明了“高效氣體充排—柔性密封”等系列核心關(guān)鍵技術(shù)，并自主開發(fā)出激光增材制造專用掃描路徑生成軟件、保障了制造零件的質(zhì)量和性能。

經(jīng)過5代系列科研型激光增材制造裝備的研發(fā)，激光增材制造數(shù)十種鈦合金、超高強(qiáng)度鋼大型復(fù)雜關(guān)鍵金屬零件在大型運(yùn)輸機(jī)、艦載機(jī)、C919大型客機(jī)、殲擊機(jī)等多型飛機(jī)中裝機(jī)應(yīng)用，并多次作為“唯一方案”解決研制“瓶頸”，發(fā)揮了不可替代作用，同時使我國成為迄今世界上唯一掌握高性能大型金屬零件激光增材制造技術(shù)并實現(xiàn)工程應(yīng)用的國家。

湯海波表示，北京市科委高度重視和支持高性能金屬激光增材制造技術(shù)的發(fā)展，2012年以來北京市科技計劃重點(diǎn)項目“大型高性能金屬零件激光增材制造裝備樣機(jī)研制”旨在開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、引領(lǐng)高端裝備制造業(yè)的激光增材制造裝備樣機(jī)，2013年繼續(xù)資助該裝備的系列化、工程化發(fā)展。

除北航外，清華大學(xué)開展了多功能快速成形設(shè)備、熔融沉積制造設(shè)備、電子束制造設(shè)備、生物打印技術(shù)研究。中國科學(xué)院光電院、自動化所等院所以及中航625所等國家重要科研機(jī)構(gòu)，在軟件設(shè)計、金屬材料、激光器等方面都具有很強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢。

此外，從材料研制和生產(chǎn)到數(shù)字化設(shè)計，再到關(guān)鍵部件研制和生產(chǎn)、整機(jī)研制和生產(chǎn)、應(yīng)用，北京具備全產(chǎn)業(yè)鏈的競爭優(yōu)勢。如何讓這些優(yōu)勢資源發(fā)揮更大效益？2009年以來，北京市有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)多次到北航等單位進(jìn)行專題調(diào)研，對相關(guān)技術(shù)發(fā)展做出重要批示，北京市科委系統(tǒng)調(diào)研掌握了3D打印、機(jī)器人等產(chǎn)業(yè)在北京的基本情況，在此基礎(chǔ)上啟動了一批重大科技項目。目前，投入科技經(jīng)費(fèi)近6000萬元，帶動社會研發(fā)投入2億元。

同時，北京市科委積極打造公共服務(wù)平臺，如建設(shè)數(shù)字化制造業(yè)研發(fā)平臺及數(shù)字化制造業(yè)服務(wù)與培訓(xùn)基地。2011年、2012年連續(xù)在3D打印、機(jī)器人等新興產(chǎn)業(yè)布局了研發(fā)平臺，認(rèn)定北航、機(jī)械研究總院、清華、625所等單位組建的北京市級重點(diǎn)實驗室或工程技術(shù)研究中心。

支持北京DRC工業(yè)設(shè)計創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)“3D打印”產(chǎn)業(yè)設(shè)計展示、制造服務(wù)、信息匯集、產(chǎn)業(yè)孵化、人才培訓(xùn)、國際交流、材料查詢和市場與政策研究等內(nèi)容，并已將其納入到北京市科委“首都科技條件平臺”體系內(nèi)。開設(shè)“3D打印”體驗館，推進(jìn)3D打印技術(shù)在普通大眾間的傳播和推廣。

除了實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破，商業(yè)模式創(chuàng)新也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展必不可少的環(huán)節(jié)。北京市推動相關(guān)單位利用電子商務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè)了國內(nèi)首家在線3D打印電子商務(wù)服務(wù)平臺——3D打印電子商務(wù)叁迪網(wǎng)，2012年成功上線運(yùn)行，以汽車設(shè)計、3C產(chǎn)品、裝備制造、動漫設(shè)計、個性化需求等為主要用戶，提供在線3D打印服務(wù)。

智能制造技術(shù)方興未艾

在新一輪科技革命中，發(fā)達(dá)國家大力倡導(dǎo)“再工業(yè)化，再制造化”戰(zhàn)略，提出智能機(jī)器人是實現(xiàn)未來制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。

前文提到的床椅一體化服務(wù)機(jī)器人主要由床體、座椅、信息與控制系統(tǒng)四大部分組成。該模塊化可變形的多功能床椅一體化系統(tǒng)即可自動從護(hù)理床變形為輪椅，又可從輪椅反向變換回護(hù)理床。在護(hù)理床狀態(tài)時，通過語音控制可以實現(xiàn)翻身、抬背與曲腿等功能，此外還配備了血壓、脈搏、體溫等生理參數(shù)監(jiān)測及報警系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)視頻娛樂與吃藥提醒系統(tǒng)等，可以與遠(yuǎn)方的子女進(jìn)行視頻情感交流；在輪椅狀態(tài)時，通過手柄控制輪椅可以在衛(wèi)生間、室內(nèi)和走廊等空間進(jìn)行移動，進(jìn)行大小便自理，也可自動尋路對接回床的功能。