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第6章 关于3D打印(3)

我和不少专家都坚持认为,互联网已经推动了第三次工业革命,因为我们已经切身感受到互联网给我们的生产生活带来的巨大变化,而这些变化在很多方面是颠覆性的。

但是这个观点并未形成广泛的共识。持反对意见的人认为互联网只是改变生产方式和生活方式的一种工具而已,而前几年爆发的互联网泡沫说明这个产业的生命力是有限的。

互联网对促进信息化与工业化的融合,互联网与智能装备产业、互联网与传统产业的结合才刚刚开始,未来将是一个必然趋势。可以说,互联网对产业革命的贡献是积极的,举世瞩目的。

互联网是否推动了第三次工业革命,可能还需要继续观察。互联网对人类的贡献已经开始,但人类对互联网(广义来讲,应该是信息技术)的认知和使用还停留在一个刚刚起步的阶段。或许,未来某一天,不少人会改变自己的观点,会一致认同互联网(信息技术)催生了第三次工业革命。

同样,我们对互联网的深度应用,以及与传统产业的结合才刚刚开始。因此,我们对第三次工业革命的判断不能做到事前知晓,而应该是事后总结和发现。至于第三次工业革命是否已经开始,或者何时开始,我们目前还无法准确预测,最终结论还有待我们继续观察。

3D 打印能否推动第三次工业革命

关于第三次工业革命的论述中,最有力的一个佐证是关于3D打印在这场革命中担当的角色。

有专家认为,未来我们的模具制造行业、装备制造行业、玩具行业、轻工产品行业或许都可能被淘汰出局,我们的机床等传统加工产业都可能被3D打印取而代之……

想象空间虽然巨大,但要说3D打印技术全面替代传统产业,显然是不可能的。诚然,3D打印技术与传统技术结合,是一个必然的趋势。但这需要一个过程,主要是人们适应和接受新事物的过程,也是3D打印技术自身不断完善成长的过程。这一点,和互联网刚兴起时面临的问题相似。我们可以相信,时间会让一切变得更为明白,10年、20年将会是行业发展的一个个分水岭。每一个阶段,3D打印技术都能变得更加成熟起来,应用领域也将会被拓展。

1949年,美国帕森斯公司接受军方委托与麻省理工学院(MIT)开始共同研究,于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床,当时的数控装置采用电子管元件。20世纪60年代末,先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称DNC),又称群控系统;采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。90年代后期,出现了PC+CNC智能数控系统,即以PC机为控制系统的硬件部分,在PC机上安装NC软件系统,此种方式系统维护方便,易于实现网络化制造。不过是数十年的光阴,今天,数控技术已经非常成熟,并被广泛应用。

我认为3D打印技术在我国新兴产业的比重中占有重要位置,是基于目前国内的工业现状及未来的发展趋势所得出的结论。

我国还没有完成工业化。虽然工业化、信息化结合的口号已经提出多年,但传统粗放式的工业发展模式已经严重阻碍了生产力发展,产业升级和结构调整成为一项长期艰巨任务。而3D打印技术的产业化无疑将为我国新型工业化建设和促进传统产业的转型升级发挥十分重要的引领作用。

认为3D打印技术仍是神话的读者大可放心。今年美国得克萨斯州的SXSW艺术节上,奥利奥推出了3D打印贩卖机,饼干的大小、口味和颜色都可以由顾客自行决定。这是3D打印技术开始进入应用领域的最好证明。

无论是国内还是国外,从事3D打印技术研发的科研单位和企业已经成功地将这一重要技术应用到生产实践中,并改变了我们的生产方式。无论是美国、德国、比利时、英国、法国还是我国,大大小小上百家3D打印企业和科研单位,已经成功打印出数量庞大的金属部件和其他各种功能件。而应用最为广泛的是打印牙齿、骨骼修复,汽车新产品开模、发动机缸体缸盖模具制造、复杂结构件直接打印等,打印材料包括陶瓷、塑料和钢化玻璃、沙、尼龙、钛合金等30余种。

以色列3D打印系统提供商Object 3D打印机的彪马公司被证明,其运动鞋模型生产时间可缩短四分之三。而捷豹、路虎等汽车生产商则表示其所用环氧树脂基复合材料所制部件中,已有超过三分之一通过3D打印机生产。

当然,在这一轮关于3D打印的科研中,国内外的技术研究均暗自发力,试图抢占这一轮技术的制高点。国外3D打印技术一片火热,国内也早已起航。目前,清华大学、华中科技大学、北京航空航天大学、西北工业大学、西安交通大学、华南理工大学和中国科学院系统等科研单位的研发实力最强,并在产业化方面取得了一定进展。

华中科技大学快速制造中心的史玉升研究团队先后获得国家科学技术进步奖和国家发明奖,在“大工作面粉末床预热温度场均匀控制装置及方法”和“高强度大型激光烧结制件的粉末材料制备及成形工艺”等影响大型复杂制件整体成型的关键技术方面取得了重大突破,成功研制出工业级的1.2米×1.2米快速制造装备,这是世界上最大成形空间的此类装备,超过德国EOS公司最大成形空间0.73米×0.38米和美国3D系统公司0.55米×0.55米的同类产品,使我国在快速制造领域达到世界领先水平。

德国EOS公司生产的激光金属粉末烧结快速成型设备EOS-M280

美国3D系统公司生产的ProJet 5000型号机器

北京航空航天大学同我国主要飞机设计研究所等单位“产学研”紧密合作,瞄准大型飞机、航空发动机等国家重大战略需求,在国际上首次全面突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体关键构件激光成型工艺、成套装备和应用关键技术,提出了钛合金等高活性难加工金属大型结构件激光直接制造成套装备“新原理”,已研发出具有“原创”核心技术、零件成形能力迄今世界最大(达4000毫米×3000毫米×2000毫米)、具有“结构简单、稳定高效、制造和维护使用成本低廉”等优点,适合钛合金等高活性难加工金属大型结构件直接成形的系列化激光直接制造工程成套装备,并已研发出五代、10余型装备系统,在飞机大型构件生产中已经受近十年的工程实际应用考验,突破了大型整体金属构件激光成型过程零件变形与开裂“瓶颈难题”和内部缺陷和内部质量控制及其无损检验关键技术,飞机构件综合力学性能达到或超过钛合金模锻件,使我国成为迄今世界上唯一掌握大型整体钛合金关键构件激光成型技术并成功实现装机工程应用的国家。

北京航空航天大学王华明团队生产的3D打印应用于航空带筋壁板关键结构件

北京隆源自动成型系统有限公司1994年注册于中关村科技园区。自1995年研制成功第一台激光快速成型机开始,便倾力开发出选区激光粉末烧结(SLS)快速成型机技术,同时致力于快速原型的应用加工服务的拓展,开发生产销售的AFS-320和AFS-450系列激光快速成型机已被广泛应用于科研院校、航空、航天、汽车、摩托车、船舶、家电、医疗、玩具等开发研制和生产单位。

国内外一些3D打印企业生产加工的激光粉末烧结加工产品

3D打印技术已经成功地将传统复杂的生产工艺简单化,将生产工艺领域的复杂问题程序化,并开始渗透到我们生产、生活的方方面面。

第二次工业革命最大的成就,是机械化的普及实现了规模生产,但是,流水线的产品无法满足日益突出的个性化需求,而我们今天的3D打印技术则可能将规模化大生产演变为若干个性化定制,打破集约化生产的传统模式。个性化产品的研究、开发和应用将会更为普遍,新的生产方式将会发生重大改变,传统的生产制造业将面临一次长时间的“洗牌”(与3D打印等新兴技术的融合)。

但是,这种个性化的定制就是第三次工业革命吗?3D打印技术是否能够推动第三次工业革命,目前来看还缺乏足够的实例支撑,我们对3D打印技术的认识和应用才刚刚开始。简言之,我们今天对3D打印这项技术的认识仅仅是未来3D打印技术的冰山一角。必须承认,我们还有很长的路要走。3D打印技术与互联网技术建立的云服务平台,以及与智能材料等其他新技术的结合,是未来智能制造技术的重大突破。

同样,不可否认的是,3D打印技术进一步成熟和应用以后,3D打印技术还会创造更多奇迹。客观地说,今天的3D打印技术还仅仅是一项非常基础的工业制造技术,还处于刚刚起步的阶段,还达不到巨大的爆发力和颠覆性。不过,我们能够从中感受到这股巨大力量的客观真实存在。想象和客观之间,还有一层需要科技工作者想办法捅破的窗户纸。

如果我们能够正确引导3D打印技术的发展,3D打印技术对传统制造业的转型升级和结构性调整将会发挥十分积极的作用。

虽然有着种种不确定,但也拥有种种可能,3D打印技术作为一次重大的技术革命,已经成为广泛共识。

3D打印的魅力所在

3D打印如此神秘,于是滋生了各种想象,不过,这些想象对不了解它的人,反而会起到反作用,让本来有些清晰的3D打印,变得更加扑朔迷离。

3D打印技术能够打印出飞机、汽车,飞机还能够飞,汽车还能够跑,这到底是怎么回事?3D打印怎么这样神秘……

这样的报道看得多了,也的确容易使人陷入迷惑。比如有位美国专家在其关于3D打印的书中写道,我们今后不需要在商场购买商品了,我们只要买一台3D打印机回家,需要任何东西都可以通过3D打印机来打印……故事很动听,对于初次接触3D打印技术的人来讲,的确可能对3D打印技术充满无限遐想,但这种想象把产业潜意识地向泡沫化的方向描述,看起来流光溢彩,其实不堪一击。

媒体的报道有放大功效,因为他们喜欢展望未来,可当梦想照进现实,很多人难免对3D打印技术有不同程度的失望。因为,所谓的3D打印飞机、汽车,打印的只是外壳或者某些零部件,并没有能力一次性打印出整个飞机和汽车内部上万个零部件和电子电路。而我们日常家庭生活中所需的东西更是门类繁多,不可能只用一台3D打印机就能打印出我们家庭生活中需要的所有物品。

3D打印技术的确能够打印出我们设计出来的任何东西,但是,每样东西都是具有功能性的,而功能性主要取决于材料,什么样的材料决定了什么样的功能需求。我们可以在家中摆放一台使用墨盒的打印机,却无法在家里摆放数目众多的3D打印材料,否则,家庭将变成工厂。我们做不到这一点,且大多数家庭也不会这么做。要不然,家庭都变成了工厂,家庭的乐趣还有什么呢?而且打印许多功能性的材料,需要多种大型的工业级打印机来完成,并且打印的许多功能性产品还需要许多后期加工。

当下提倡推动3D打印机进入学校、进入家庭,指的只是桌面级3D打印机的普及,目的是为了培养孩子动手、动脑的能力,鼓励孩子学会创新。

传统制造技术能够生产制造出来的任何产品,运用3D打印技术都能够直接打印出来。传统制造技术不能生产制造的复杂产品,利用3D打印技术也能够直接打印出来。但是,我们并不能证明3D打印技术未来就可以全面替代传统制造业,3D打印技术不是一个筐,什么想象都能往里装,它不能达到“万能”的境界。

很多业内专家和媒体总是希望将3D打印技术描绘成无所不能,我们认为,这无益于3D打印技术的发展。任何一项新兴技术都具有相对的优势和劣势,3D打印技术的发展一定要发挥其比较优势。3D打印技术是一项严谨的科学制造技术,差之毫厘失之千里,我们要普及推广这项技术,应该发挥这项技术的比较优势和相对优势,尽可能找到这项技术的应用领域,而不是把这项技术故意包装成什么都能做。

3D打印技术作为一项非常前沿的新兴技术,在发展初期的确需要广泛报道以达到对普通民众普及的目的,引起社会各界的广泛关注之后推动技术和应用的进步。但是,大众化的科普以后,需要我们精准定位,向社会各界准确传递3D打印技术知识:3D打印技术究竟是一项什么样的技术,主要用在哪些方面;与传统制造技术比较,哪些是它的优势,哪些是它的劣势;3D打印技术与传统制造技术是一种什么关系;我们应该如何引导和扶持3D打印技术的发展……这正是我们当前应该关注和努力的方向。

客观地讲,在很多领域,3D打印技术和传统制造业比较,并不具有绝对的竞争优势。传统制造技术经过数千年的积累和完善,已经非常成熟。无论是工艺、材料、成本、配套,还是人才、市场,传统制造技术都优势明显。那么3D打印技术的优势何在?神秘之处在哪里?我们认为,3D打印可以克服传统打印的建模难题,对于传统制造业不能生产制造的任何高难度、复杂的、个性化的制造,通过3D打印技术都能够迎刃而解,这才是3D打印技术最大的魅力所在。

2013年5月中旬,我在北京宴请欧盟前主席、意大利前总理普罗迪先生时,没有想到他对3D打印技术也非常关注,我们一起就3D打印行业的热点和难点问题交换意见。他问我,3D打印技术未来是否会成为一个大众化的产业。我告诉普罗迪先生,回答这个问题之前,我们首先要搞清楚3D打印与传统制造业的关系。3D打印永远也不可能替代传统制造业,因此,3D打印永远也只是一个小众化的产业。但是,尽管小众,在国内至少也蕴藏有万亿级的市场空间,需要我们去开发。

3D打印是炒作吗

社会大众对3D打印技术的认识过于模糊,和媒体夸大其辞的炒作、一些出版物对3D打印技术流于表面的描写、企业对3D打印无所不能的功能认识有关。

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