3D打印開啟第三次工業(yè)革命？

從茶杯、高跟鞋，到人耳等身體器官，再到汽車、飛機零部件，3D打印的產(chǎn)品已經(jīng)無處不在。種種跡象表明，曾經(jīng)不“切一刀”就無法登上大雅之堂的年代已經(jīng)一去不返了，3D真的來了，從生產(chǎn)到生活，從工業(yè)到民用，從高端到大眾，它正迅速地改變?nèi)藗兊膽T性思維，打破舊有模式。

其實，3D打印只是更容易被大眾理解。它還有另外一些叫法，即快速原型制造、增材制造、實體自由制造。這些都是同一種技術(shù)的不同叫法，即增材制造技術(shù)。它是采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的切削加工技術(shù)，它是一種自下而上的制造方法。

隨著這種制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用，第三次工業(yè)革命悄然來襲的說法也不絕于耳。美國《時代》周刊將增材制造列為“美國十大增長最快的工業(yè)”。英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志則認(rèn)為“它將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動實現(xiàn)第三次工業(yè)革命”。那么，該如何界定第三次工業(yè)革命？它的重要標(biāo)志又是什么呢？

機械工業(yè)信息研究院重大裝備信息中心主任石勇接受本報記者專訪時提出：“是不是能夠引發(fā)一場工業(yè)革命，關(guān)鍵是看工具是否有根本性的變化。”人類由石器時代到鐵器時代，由機械代替手工，是工具改變了人類的生產(chǎn)、生活方式。以3D打印為代表的增材制造正在成為制造技術(shù)發(fā)展的新趨勢，它是一項顛覆性技術(shù)，這項技術(shù)將促使裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)生重大變革。“工具”變了，時代也就真正變了。隨著成本降低，它將可能帶來制造方式、組織結(jié)構(gòu)和商業(yè)模式的重大轉(zhuǎn)變，這個轉(zhuǎn)變有可能會帶來新工業(yè)革命。這便是最近呼聲日漸升高的第三次工業(yè)革命了。

中國機械工業(yè)聯(lián)合會特別顧問朱森第接受本報專訪時表示，先進(jìn)制造將使我國有可能在第三次工業(yè)革命中發(fā)揮重要作用，并引領(lǐng)我國制造業(yè)走出一條發(fā)展新路，助推中國由制造大國向制造強國轉(zhuǎn)變。盡管先進(jìn)制造包含多項內(nèi)容，增材制造只是其中之一，但作為其重要組成，增材制造技術(shù)已被各國政府高度重視。中國工程院院士、西安交通大學(xué)教授盧秉恒表示，它將改變未來的生產(chǎn)和生活模式，并正在重塑全球制造業(yè)競爭格局。

在近日召開的2013先進(jìn)制造業(yè)大會上，與會專家一直重復(fù)同一個觀點，即增材制造并不會完全替代傳統(tǒng)的制造業(yè)，理由有三：不能實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)；制造精度不高；不是所有材料都可以應(yīng)用。但增材制造技術(shù)是制造業(yè)的發(fā)展趨勢，它將成為制造業(yè)領(lǐng)域競爭的重要力量。第三次工業(yè)革命實質(zhì)上是制造業(yè)的革命，其對先進(jìn)制造的引領(lǐng)作用已日益凸顯。 （司建楠）

A、概念內(nèi)涵

何為增材制造技術(shù)？

何為增材制造？按照最新定義，增材制造技術(shù)是采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)的材料去除的切削加工技術(shù)，是一種“自下而上”的制造方法。

近二十年來，增材制造技術(shù)發(fā)展迅猛。快速原型制造、增材制造、實體自由制造，3D打印技術(shù)等各異的叫法分別從不同側(cè)面表達(dá)了該制造技術(shù)的特點。

這一技術(shù)不需要傳統(tǒng)的刀具、夾具及多道加工工序，而是利用三維設(shè)計數(shù)據(jù)在一臺設(shè)備上可快速而精確地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，從而實現(xiàn)自由制造，解決了許多過去難以制造的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件的成型問題，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。而且越是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，其制造速度快的優(yōu)勢便越是顯著。

增材制造技術(shù)將傳統(tǒng)的復(fù)雜制造系統(tǒng)縮小到一臺制造裝備中，是制造技術(shù)的革命性變革，也將給社會的生產(chǎn)和生活方式帶來新的變革。

毋庸置疑，增材制造具有美好的發(fā)展前景，但也存在巨大的挑戰(zhàn)。專家認(rèn)為，目前最大的難題是材料的物理與化學(xué)性能制約了實現(xiàn)技術(shù)。例如，在成型材料上，目前主要是有機高分子材料。金屬材料直接成型是近十多年的研究熱點，正在逐漸轉(zhuǎn)向工業(yè)應(yīng)用，其難點在于如何提高精度。新的研究方向是用增材制造技術(shù)直接把軟組織材料（生物基質(zhì)材料和細(xì)胞）堆積起來，以形成類生命體，再經(jīng)過體外培養(yǎng)和體內(nèi)培養(yǎng)去制造復(fù)雜的組織器官。

B、發(fā)展趨勢

實現(xiàn)多種材質(zhì)的快速成型

專家指出，目前增材制造技術(shù)的發(fā)展趨勢大致朝三個方向發(fā)展。

方向一：向日常消費品制造發(fā)展。三維打印技術(shù)是國外近年來的發(fā)展熱點。該設(shè)備稱為三維打印機，將其作為計算機一個外部輸出設(shè)備而應(yīng)用。它可以直接將計算機中的三維圖形輸出為三維的塑料零件。在工業(yè)造型、產(chǎn)品創(chuàng)意、工藝美術(shù)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)價值。

方向二：向功能零件制造發(fā)展。采用激光或電子束直接熔化金屬粉，逐層堆積金屬，形成金屬直接成型技術(shù)。該技術(shù)可以直接制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬功能零件，制件力學(xué)性能可以達(dá)到鍛件性能指標(biāo)。進(jìn)一步的發(fā)展方向是陶瓷零件的快速成型技術(shù)和復(fù)合材料的快速成型技術(shù)。

方向三：向組織與結(jié)構(gòu)一體化制造發(fā)展。實現(xiàn)從微觀組織到宏觀結(jié)構(gòu)的可控制造。例如在制造復(fù)合材料時，將復(fù)合材料組織設(shè)計制造與外形結(jié)構(gòu)設(shè)計制造同步完成，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)體的“設(shè)計－材料－制造”一體化。美國已經(jīng)開展了梯度材料結(jié)構(gòu)的人工關(guān)節(jié)，以及陶瓷渦輪葉片等零件增材制造的研究。