话题:3D打印及其商业挑战
时间:2015-08-16 15:06 来源:中国科技人才

嘉宾:吴鑫华 澳大利亚技术科学与工程院院士

         林   峰 清华大学机械工程系教授、博士生导师

3D打印的发展已有近30年历史,并且越来越风靡。现在我们来谈谈3D打印的发展历程,以及它走向商业运营过程中的挑战。

1.3D打印技术发展的进程如何?是否会颠覆传统制造业?

吴鑫华:我主要是做金属的3D打印,金属3D打印其实是近五年的事情。高功率的激光能熔化金属,能够精确地在一个金属的粉末床上画出一条线来,就是纤维激光,高功率的纤维激光也就是近五年才发展起来。这个3D打印从我们专业来讲就是怎么传播的工艺或者选取文化的工艺,在形成一个大的构件的情况下,用小的单元一个一个堆积起来。这跟过去常规的铸造和锻造来比,以前是从大块的逐渐减少到中间的某一个形状,正好就是反过来的工艺过程,跟建长城差不多。

林峰:3D打印技术是一种分层次化的概念,就是把复杂的结构离散,离散以后一层一层堆积起来,这种方式可以使一个复杂结构的制造问题得到简化,以一种标准的方式来制造不同结构、不同材料的零件,这样使一个制作的问题简单了。你想要一个感兴趣的东西,只要给出数据,三维打印机就能打印出来,这有可能是一种新型的生活方式,也是兴趣爱好的一种表现方式。不过,传统的制造技术也在不断发展,即使是以前的长流程,批量生产的成本还是相对较低的,所以,3D打印技术对传统工业应该只是一个补充,还不能完全替代传统工业。

2.3D打印技术未来将给我们生活带来什么样的变化?

吴鑫华:我觉得生活变化最大的还是医疗方面,所有的植物体可以按照量体裁衣的方式去做。我们代替骨头的金属构件都是实心的。从人的结构来讲,老人、中年人、孩子骨头的疏松度是不一样的,各个位置都不一样,将来3D打印很容易做到根据个人的要求,各个部位的要求去做跟它完全一样的植物体构件,大大减轻它在人体里造成的障碍。

从航空航天来讲,主要还在于如何使用它,如果使用得好,很多瓶颈构件就能生产,就能加快步伐,这个性能不一定要超过现有的性能,只要达到现有的性能就可以,但是你得做出来。目前有的复杂构建要10~15个步骤才能做出一个,3D打印一两步就能做出来了,所以就会加快它的步伐,从大的范围来讲,可能对航空工业的发展是一个好事情。

林峰:对我们创新文化也会有影响。将来很多小学生、中学生有什么新的想法,在家里或者在学校的3D打印机就可以制作出来、实现他的想法,因为3D打印没有特别大的限制,它的结构形状会比较灵活。以前我们找一个专门的材料或者专门的机床、工具去制造,这个门槛就稍微高了一些,而有了3D打印机,他只要想做出来就能做出来,所以对启发、开发青少年创新思维还是有帮助的。以后可能会有更多的、丰富多彩的创意,通过3D打印机打印出来。另外我们生活中还有一些装饰、雕塑,现在也可以通过3D打印做出来,现在有很多搞艺术创作的人,还有搞数学的人,把数学的成就变成非常复杂的空间图案的结构,用3D打印打出来就给人一种新的理念,开放我们的视野,开放我们的感觉。所以3D打印对创新文化的推动是有帮助的。

3.3D打印技术在我国航天领域应用情况如何?

林峰:航空应用有两大类:一类是在地面,就是为航天器包括火箭,制作一些关键的零部件,原来用传统的工艺比较复杂、比较难做,或者需要很多零件,分别制造再组装起来,现在用3D打印可能能解决复杂结构的制造问题,可以做整体的零件,能够减轻重量、提高性能,这是地面的应用。另一类是在空中,像美国做的Made in Space,叫做空间制造。他们就希望在太空的轨道上制造一些飞船上需要用的工具,或者直接制造飞船里的一些构件。这种就不需要从地面把这些零部件带上去,效率更高,也很有前景。再往远了想,比如我们在火星、月球上建一个基地,这种原地的制造,可能都需要类似3D打印的方式,用当地的原材料,短流程地制造出来。

4.3D打印技术在日常生活中的普及还需要多长时间?

林峰:现在更加容易普及了,因为3D打印机十年前都得十几万人民币一台,现在几千块钱人民币,如果说要买一台放在家里,应该不是太难的事情。现在主要困难在于它的模型,我要做一个杯子也好,做其他的也好,得有一个数字模型,需要用一些造型软件来把它制造出来,所以普及的时候会遇到一些数据的瓶颈问题。另一方面,有人把它的设计放在网上,有的是付费的,有的是免费的,这以后是个商业模式的问题。设计的瓶颈也需要去克服,开发一些基于网络的造型软件,让儿童或者没有受过专门训练的人也可以获得他需要的东西,这也是一个学习的过程,让大家能够去学会数字化的设计,然后再用这个方式做出来。

5.3D打印技术如何应对商业市场的挑战?

吴鑫华:从金属的3D打印构件来讲,有两类比较大的挑战:一类是航空航天,还有一类是医疗。从医疗类来讲,现在中国没有标准,在FDA已经通过了五六个构件商业化的生产,已经拿到了生产许可。从美国市场和美国生产商来讲,它就可以大规模地使用这样的技术,变成一个批量化生产的产品,可以投放全世界市场。

在中国,航空航天方面主要是国家的单位控制,而不是由市场主导,这就限制了它很多的运用,实际上跟真正的技术先驱者不是那么容易接轨,这也是中国体制造成的。中国有很多政策上的保护,不容易跟民间企业或者国外单位合作,就是因为体制的限制,造成它很有可能就得不到最佳的资助。况且,中国不但没有标准,也不知道怎么去申请这些程序,谁先建立这样的标准和程序。谁就能主导全世界的市场。