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3D打印+為創(chuàng)新插上騰飛的翅膀

電影《第五元素》中，科學家僅用一只斷手，就打印出了一位活生生的美女。這僅僅是電影科幻嗎？不，未來這或許真的有可能成為現(xiàn)實。全球首創(chuàng)的3D生物血管打印機僅用2 min即可打印出10 cm長的血管，該項技術于2016年5月31日～6月2日亮相上海浦東世博展覽館。本次展覽是“第四屆世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)大會暨博覽會”的秀場，吸引了國內外132家企業(yè)參展，集中展示了3D打印技術及材料研發(fā)在工業(yè)制造、生物醫(yī)療、3D打印材料和文化創(chuàng)意等領域的最新成果。尤其在6月1日的“3D打印技術產(chǎn)業(yè)大會”中，35位3D打印各領域的專家、學者和企業(yè)高管齊聚一堂，共同探討了3D打印與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)理念及技術的創(chuàng)新與融合成果，并倡議共建3D打印生態(tài)鏈。本刊圍繞 “3D打印+ 構建3D打印生態(tài)環(huán)境”這一大會主題，就理念創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、技術創(chuàng)新、材料創(chuàng)新、應用創(chuàng)新、教育創(chuàng)新等方面進行了采訪，聽大家之說，啟迪新思路，為創(chuàng)新插上騰飛的翅膀！

1理念創(chuàng)新

作為一個創(chuàng)新的事情，你去規(guī)劃，你本身就是在阻礙創(chuàng)新。創(chuàng)新本來就是從無到有的一個過程，我都不知道會產(chǎn)生出什么，怎么去規(guī)劃？我們沒有什么規(guī)劃，只是遇到什么問題就去解決什么問題，我們最終的目標很明確，就是把這個技術盡快地、有效地用在人體上，為病人解決痛苦。

——四川大學再生醫(yī)學研究中心主任康裕建

我們可以看到在國際上一些新生的、快速發(fā)展的3D 打印企業(yè)的創(chuàng)始人本身是材料專業(yè)，卻轉身投入3D 打印設備領域。3D打印作為一種新工藝，設備的很多參數(shù)都是要和材料的性能結合。此外，一些3D打印的制造企業(yè)當發(fā)展到一定階段，會發(fā)現(xiàn)企業(yè)必須投入巨大的精力自主參與材料的開發(fā)，這樣才能讓企業(yè)的整個體系發(fā)展地更好。材料和設備在發(fā)展過程中應相互促進、協(xié)同發(fā)展。

——杭州先臨三維科技股份有限公司總經(jīng)理李濤

我一直呼吁3D打印應當與傳統(tǒng)制造工業(yè)結合起來，發(fā)揮3D打印的形狀優(yōu)勢做出高端鍛件的坯體，為傳統(tǒng)制造工業(yè)提供精密復雜的形狀。

——江蘇永年激光成形技術有限公司董事長顏永年

中國學生應該更自信，更相信自己的創(chuàng)新力，對創(chuàng)新應具有更輕松的心態(tài)和責任感。這是一個創(chuàng)造新想法的過程，不僅要關注技術層面，更要有想要創(chuàng)新的抱負。

——劍橋大學教授、世界3D 打印技術產(chǎn)業(yè)協(xié)會副主席Bill O’Neill

2模式創(chuàng)新

我國研發(fā)水平不夠是為什么呢？為什么很多新東西都是國外先搞出來呢？我們總是跟在后面？這個我覺得是我們企業(yè)與高等院校的研究脫離造成的。高等院校的研究是以撰寫文章為主，很難產(chǎn)業(yè)化。我國工業(yè)企業(yè)在技術研發(fā)上基本還是跟蹤國外成果，企業(yè)沒有成為研發(fā)的主力軍，這就是大問題。如果以企業(yè)研究力量為主導，高等院校從旁協(xié)助，這樣的創(chuàng)新研發(fā)產(chǎn)業(yè)化就快了。

——江蘇永年激光成形技術有限公司董事長顏永年

為了推動新成果盡早進入實際應用，我們通常在研究階段就與企業(yè)合作，共同承擔研究費用。但我們在選擇合作企業(yè)的時候非常謹慎，通常會選擇與研究成果實際應用方向相關的企業(yè)，或者是從大學里孵化的企業(yè)，有時候我們自己也創(chuàng)辦新公司。我認為中國的創(chuàng)新模式非常好，企業(yè)和大學之間有很多良好的互動，政府也給予了不少支持。中國這種由政策激勵、校企合作所構成的創(chuàng)新模式，給我留下了深刻印象。

——劍橋大學教授、世界3D 打印技術產(chǎn)業(yè)協(xié)會副主席Bill O’Neill

總的來說，需要國家基金來推動科研發(fā)展。國家基金需要更多地投向工業(yè)應用領域，而不是把所有的資金都投入到前沿領域，前沿領域的很多成果都較難實際應用。高校的科研方向也需要更多地關注工業(yè)應用的需求。

——世界3D 打印技術產(chǎn)業(yè)協(xié)會主席 Graham Tromans

3技術創(chuàng)新

實際上每一種工藝都能兼容很多種材料，而隨著材料科學在復合材料方面的發(fā)展，材料和設備之間的兼容性會越來越高。同一種材料通過使用不同物理形狀和添加劑也在逐漸適應不同工藝，比如在FDM(熔融沉積式)中是絲材，燒結工藝中變?yōu)榉勰?。材料多元化的發(fā)展，更多的是通過經(jīng)驗性的嘗試。隨著經(jīng)驗的積累，我并不認為材料和設備的不通用性會是一個長期存在的問題。

——杭州先臨三維科技股份有限公司總經(jīng)理李濤

SLM(選擇性激光熔化成型技術)是目前精度最高、用途最廣、最為看好的3D打印技術。SLM 有3大優(yōu)點：① SLM 可以做內孔和內流道，不僅在生物醫(yī)用方面，在熱機(發(fā)動機、燃氣輪機和內燃機)提高效率方面都非常有用。比如以內部隨形冷卻流道冷卻可以優(yōu)化燃燒室的冷卻過程，普通流道就做不到；優(yōu)化燃油噴嘴的冷卻，甚至比渦輪盤葉片的冷卻效果更好，冷卻就需要彎彎曲曲的通道，只有SLM 才能做到。② SLM 可以做多孔的蜂窩結構。③ 就是一體化，SLM 制造部件的復雜程度不受限制。永年激光集中精力做SLM，先已做了4種機型，是真正的自主研發(fā)，業(yè)內領先水平。

——江蘇永年激光成形技術有限公司董事長顏永年

電極感應氣霧化(EIGA)工藝中材料不接觸坩堝，可有效避免坩堝材質對合金粉末的污染，生產(chǎn)出的粉末球形度好、細粉收得率高、粒度區(qū)間窄，已在軍用、民用和航空航天零部件、醫(yī)療器件研制等方面批量應用。真空感應氣霧化法(VIGA)，由于使用真空環(huán)境制粉，可以有效控制氧含量。

——中航邁特粉冶科技(北京)有限公司總經(jīng)理高正江

輪廓失效激光打印法是利用激光3D打印技術打印砂型輪廓，熱固性樹脂受熱融化，覆蓋在砂型表面形成薄膜。再將砂型置于400～600 ℃中加溫固化，砂型表面的樹脂覆膜揮發(fā)，完成砂型的制備。該過程只打印砂型表面，比SLS打印砂型快了5～15 倍，精確度在0.5 mm 左右。該方法“能夠開放設計人員思路”，非常有前景。在目前金屬直接3D打印的技術還不成熟的情況下，用激光3D打印技術制備砂型，能夠充分發(fā)揮3D打印精密形狀的優(yōu)勢。

——遼寧森遠增材制造科技有限公司

XJet公司的“液態(tài)金屬墨汁”的打印方法令人眼前一亮。該技術運用類似噴墨打印技術來作為增材制造的制造方法，將納米級的金屬粉末包裹在特制溶液里，通過類似噴墨打印機的陣列噴嘴將工作區(qū)域內同時覆蓋上厚度可至2 μm的特殊液滴。后通過高溫，可使包裹的液體蒸發(fā)并使得使金屬緊密連接。此方法可提升打印速度至目前3D激光打印的2～3倍

——世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)協(xié)會主席Graham Tromans

常規(guī)的工程塑料是難以實現(xiàn)3D打印的，塑料在激光的高溫下仍然有較高的粘度，聚合物流體難以充分擴散。比如目前聚合物3D打印的致密度最高可以達到94%，而金屬3D打印已經(jīng)可以達到鑄態(tài)的致密度。目前雖然光敏樹脂的強度比通常的聚合物部件高，但光敏樹脂需要紫外光照射固化，并不是一個通用的材料。盡管如此，聚合物3D打印材料這幾年的發(fā)展還是非常快的，在工業(yè)應用上也慢慢會有一些新突破。現(xiàn)在和20年前最大的區(qū)別是整個3D打印的產(chǎn)業(yè)鏈打開了。特別是大型化工企業(yè)，也逐漸開始關注3D 打印材料，比如杜邦、巴斯夫和帝斯曼等。

——北京易加三維科技有限公司總經(jīng)理馮濤

4材料創(chuàng)新

外資3D打印設備企業(yè)很多都傾向于“封閉”材料，他們從材料上獲取了高額利益，不愿意與國內3D打印材料企業(yè)合作，一定程度上制約了國內3D打印材料的發(fā)展。但現(xiàn)在，國內3D打印設備企業(yè)快速發(fā)展了起來，并用國外的打印材料驗證了設備的可行性?，F(xiàn)在很多國內的材料企業(yè)都主動找到國內設備企業(yè)合作，不僅合作愉快，同時加速了國內3D 打印材料的創(chuàng)新發(fā)展。相信國內的3D打印材料未來發(fā)展會越來越好，甚至可以做到國際替代。

——杭州先臨三維科技股份有限公司總經(jīng)理李濤

從目前經(jīng)驗來看，空心球少、球形度高、衛(wèi)星球少、流動性好、純度高并且粒度分布可控的金屬粉末是品質比較好的粉，這樣的粉有利于降低金屬3D打印部件的氣孔率。

——陜西宇光飛利質量部經(jīng)理盛紅梅

2016年5月16號，AP&C在美國奧蘭多發(fā)布消息，AP&C未來將繼續(xù)專注于金屬粉末，會繼續(xù)投資并擴大粉末制造能力，將新建3個霧化反應器，這將使AP&C的生產(chǎn)能力提高到年產(chǎn)500 t，其生產(chǎn)的高質量粉末將滿足生物醫(yī)療和航空航天領域的要求標準。該計劃最遲在2017年之前準備就緒。

——加拿大AP&C CEOAlain Dupont

我們不應該迷信國外的金屬粉末。我們現(xiàn)在也一直在考慮一個問題，完美的球形粉末是否就最好，怎樣搭配可以獲得最佳效果？我們也在嘗試用最簡單的方法來制備好用的3D打印金屬粉末。在標準制定方面，國外也僅頒布了一兩項金屬粉末的行規(guī)，ASTM的標準并無新意?，F(xiàn)有金屬粉末不能很好地適用于3D打印，說明3D打印的行業(yè)標準應有其特殊性，需要在技術累積到一定程度后，根據(jù)出現(xiàn)的問題定制標準才能比較完美。

——北京工業(yè)大學材料學院教授賀定勇

聚合物3D打印材料未來發(fā)展有兩個方向：第一是能夠普及到千家萬戶的通用材料，這類材料不僅要求一定的實用性，還要強調安全環(huán)保性。3D打印進入家庭是大勢所趨，我堅信這一點。第二是工業(yè)應用，需要有針對性地開發(fā)材料?，F(xiàn)在有機的工程材料、類工材料和特種工程材料越來越多。

——深圳市光華偉業(yè)有限責任公司董事長楊義滸

銀禧科技未來將用PEEK(聚醚醚酮)粉末，以及PEEK和其他粉末復合，制成可用于激光燒結的材料，以3D打印的方式引入到軍工和醫(yī)療行業(yè)中來實現(xiàn)減重的效果。PEEK比金屬輕很多，大約只有金屬重量的1/3，還可以滿足高溫高強的使用條件，PEEK材料用在3D打印這方面，國外也處于起步階段。

——銀禧科技

應用在生物醫(yī)學領域的聚合物材料不僅要有生物相容性，還應具有較好的強度。一般聚合物分子量高，強度可能就高，相應的熔融溫度就高，流動性差，部件中容易有氣孔，導致部件強度降低。在3D 打印的過程中，可能會想辦法尋找低分子量的材料，熔融溫度低，流動性好，部件的氣孔少，反而部件強度更高。

——北京易加三維科技有限公司總經(jīng)理馮濤

傳統(tǒng)的材料制備工藝很難模擬生物體的分級結構，如蝶翅、樹葉和貝殼等精細結構。但3D打印技術為仿生材料的制備提供了新方法，比如用羥基磷灰石仿生人骨的精細結構。這一方面的產(chǎn)業(yè)價值也非常大，未來會成為非常好的一個產(chǎn)業(yè)增長點。

——上海大學教授胡慶夕

5應用創(chuàng)新

3D 打印未來的發(fā)展在3大領域最重要：① 金屬3D打印應更多地應用在高端制造工業(yè)。高端制造是一個國家的根本，沒有高端制造就沒有火箭、雷達等等；在核電領域也可以應用。② 生物制造業(yè)，這方面涉及到金屬、非金屬和生物材料的成型技術等。③ 是文創(chuàng)方面的應用。我認為這3個方面應該并駕齊驅，不應該有偏廢。

——江蘇永年激光成形技術有限公司董事長顏永年

在生物醫(yī)療領域，仿生材料有很大的應用空間，這一方面可以利用的材料種類很多，從高分子聚合物材料到天然的生物材料，都有很大的使用價值。同時產(chǎn)業(yè)價值也非常大，未來會成為非常好的一個產(chǎn)業(yè)增長點。

——上海大學教授胡慶夕

6教育創(chuàng)新

我的研究團隊由物理、化學、計算機、材料等不同專業(yè)的學生組成，他們相互合作研發(fā)新技術。我們會為學生設置很明確的目標和很高的要求，比如制備方法要更好、材料力學性能應更強等。學生可以自由地嘗試來自不同專業(yè)的解決方案。我們提供支持，并鼓勵他們。在3D打印領域中，使用條件對材料提出了很高的要求，比如激光空間陣列或者生物醫(yī)療應用都對材料提出了各種各樣的要求，而我們是要研發(fā)能夠滿足所有這些要求的材料。一個來自不同專業(yè)背景的團隊可以令這些學生更活躍，更有創(chuàng)造性。

——劍橋大學教授、世界3D 打印技術產(chǎn)業(yè)協(xié)會副主席Bill O’Neill

我們利用3D打印技術，在國內首創(chuàng)“家庭創(chuàng)客行動”。旨在鼓勵家庭成為創(chuàng)客成長的細胞，培養(yǎng)孩子從“玩物”到“造物”，鼓勵廣大家庭成為社會創(chuàng)新的“細胞”。

——上海寶山區(qū)青少年科學技術指導站站長吳強

7服務創(chuàng)新

任何一個產(chǎn)業(yè)和科學的發(fā)展都離不開經(jīng)驗匯總、形成標準化的體系，建立一個可用于不同3D打印技術的材料數(shù)據(jù)庫是遲早的。當大家沒有在同一個標準下做，就會東一下西一下，就像手機剛發(fā)展的時候，所有插頭的標準都不一樣，但后來慢慢都會逐漸統(tǒng)一。

——杭州先臨三維科技股份有限公司總經(jīng)理李濤

搭建3D打印材料數(shù)據(jù)庫在形式和結構上還是需要有專業(yè)、權威的人來做這件事，需要解析到深度層面。首先從數(shù)據(jù)庫的形式方面來說：第一，需要和一些現(xiàn)代化的方法結合，將結構化的思維形象化表達，做到抽象和形象的結合，以一種學科范式來圖形化表達信息；第二，還需要考慮視覺心理學和認知系統(tǒng)等方面的知識，就像歐洲設計的新元素周期表，小學生也能看懂；第三，數(shù)據(jù)庫需要一種動態(tài)的非平衡系統(tǒng)，因為3D打印材料的種類隨著新設備、新設計和新工藝的產(chǎn)生在不斷更新；第四，數(shù)據(jù)庫還需要一些商業(yè)化的規(guī)劃設計，讓市場驗證其價值。其次，數(shù)據(jù)庫的結構尤其重要，最好能自動形成一些模塊化的東西，可以根據(jù)材料的物理化學性能自動選擇合適的制備方法。

——深圳前海慈云數(shù)碼科技有限公司總經(jīng)理張良

在和國際上一些機構合作中，希望把市面上所有材料的數(shù)據(jù)都匯總在一個平臺上面，為企業(yè)和創(chuàng)客提供一些工具。這種工具已經(jīng)開始發(fā)展，比如需要一個材料有較好的拉伸性能和抗沖擊性能，這個數(shù)據(jù)庫就可以按這兩個性能數(shù)據(jù)對材料排序，或許還可以根據(jù)價格，找出一個最佳性價比。創(chuàng)客們只需要知道怎樣使用這個搜索工具，就能找到需要的信息。桌面機如果沒有品牌，未來就是淘寶的狀態(tài)。當價格降得很低時，能有利潤嗎？如果有利潤，一定有假冒偽劣；如果沒有利潤，企業(yè)何以存續(xù)？如果無序低價競爭，結果很可怕。FDM發(fā)展到這一步，如果還需要調溫度、調材料，這個打印機一定會被淘汰。未來的發(fā)展方向是智能化的“傻瓜機”，這樣3D打印進入家庭的潮流就會出現(xiàn)。

——深圳市光華偉業(yè)有限責任公司董事長楊義滸

未來，不是每家工業(yè)制造企業(yè)都需要購買幾十萬、幾百萬、上千萬的3D打印設備的。傳統(tǒng)制造業(yè)及工業(yè)企業(yè)中3D打印的應用還是很小的，他們有需求，但不是每時每刻都需要，不是生產(chǎn)鏈的應用，只是某個階段的應用，例如在研發(fā)階段、設計驗證階段等。因此，第三方的3D打印服務平臺應運而生，這是未來3D打印產(chǎn)業(yè)的一個方向。

——中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席執(zhí)行官羅軍

8結語

中國工程院院士徐志磊指出，3D打印是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，需要多學科的介入與共同開發(fā)。目前，行業(yè)存在的問題是質量評級體系還有待完善。未來加強基礎理論研究、制定切實可行的產(chǎn)業(yè)標準和提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性是促進3D打印行業(yè)穩(wěn)步向前的重要節(jié)點。羅軍指出，本屆大會提出了“3D打印+”概念，就是希望將3D打印向各個領域不斷推進，構建3D打印生態(tài)鏈，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)及制造業(yè)轉型升級、加速創(chuàng)新成果轉化插上騰飛的翅膀。

據(jù)3D打印在線報道，2016年3D打印行業(yè)包括設備、材料和3D打印服務市場將達到73億美元，而到2020年，這一預測數(shù)據(jù)將增長至210億美元。目前全球25%的廠商已經(jīng)投入了3D打印行業(yè)，另外還有31%的企業(yè)也計劃在兩年內跨入3D打印行業(yè)。2016年5月7日，惠普公司隆重推出兩款款基于惠普多射流熔融(Multi-Jet Fusion)技術的3D打印機，宣告了惠普公司已開始進軍3D打印，這將可能改變整個行業(yè)對3D打印的認識。

“以人為本”、“量體定制”……，這些是未來傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展不得不面對的潮流，利用“3D打印+”的理念，與大數(shù)據(jù)、云計算、觸屏技術等高新技術結合，未來的3D打印將更加智能化、外觀會更加時尚、方便攜帶、且具有多功能性。大會主席羅軍強調，3D打印產(chǎn)業(yè)即將重新洗牌，最終會向工業(yè)生產(chǎn)和生物醫(yī)學方向大力發(fā)展。

(本文根據(jù)大會影音資料整理本刊通訊員吳琛牛京喆責任編輯王方)