晋江纳金网工作人员正在操作3D打印机 （张九强 摄）

论3D打印

上世纪最重要的制造技术创新 打印今天与未来的颠覆性科技

3D打印是一个颠覆性的创新技术。

卢秉恒说，3D打印技术，被美国自然科学基金会称为上世纪最重要的制造技术创新。麦卡锡报告列出了对人类生活有颠覆性影响的12项技术，3D打印排在第九位，排在新材料和页岩气之前。当时预测在2030年全世界将达到1万亿左右美元的效益。2015年麦卡锡报告又将这一进程前移，认为2020年可达到5500亿美元的效益。

从制造方式来说，铸、锻、焊在制造过程中重量基本不变，属于等材制造，已有3000年历史。车铣刨磨机床通过材料的切削去除，达到设计形状，称为减材制造，已有300年的历史。增材制造，即3D打印技术，材料一点一点地累加，形成需要的形状，才30年的历史。

那么，3D打印将带来哪些变革呢？

——产品开发周期与成本大幅下降。

3D打印可以制造形状复杂的零件，所想即所得，它直接由设计数据驱动，不需要传统制造必需的工装夹具模具制造等生产准备，编程简单，因此在产品创新设计与设计验证中，特别方便。使产品开发周期与费用至少降低为一半，成为机电产品和装备快速开发的利器。

这种增材制造仅在需要的地方堆积材料，材料利用率接近100%。航空航天等大型复杂结构件采用传统切削加工，往往95%—97%的昂贵材料被切除。而采用3D打印，材料利用率由5%提升至85%，制造周期由数月压缩为几天。

此外，它可以快速、低成本实现单件制造，个性化制造。特别适合个性化医疗和高端医疗器械。如人工骨、手术模型、骨科导航模板等。

——基于3D打印的再设计，带来产品、装备的颠覆性变革。

3D打印可以将数十个、数百个甚至更多的零件组装的产品一体化一次制造出来，大大简化了制造工序，节约了制造和装配成本。以3D打印新工艺的视角对产品、装备再设计，可以制造传统制造技术无法实现的结构，为设计创新提供了非常大的创新空间。可能是3D打印为制造业带来的最大效益所在。

近两年，3D打印显现出颠覆性变革。如GE公司做的飞机发动机的喷嘴，把20个零件做成了一个零件，成本材料大幅度的减少，还节省燃油15%。美国3D打印的概念飞机，重量可以减轻65%。而3D打印汽车，可以把2万个零件集成为40个，6天打印完成且减重1/3。

——互联网+3D打印：催生万众创新、万家创业。

“GE公司在网上发布了一条消息，挑战3D打印，将飞机的一个零部件让创客设计。第一名只用了原始结构的1/6的重量就完成了全部测试，而设计者是19岁的年轻人。3D打印展现了全民创新的通途。”

卢秉恒说，3D打印已经成为创客最欢迎的工具之一。它可为可穿戴电子、家居用品、文化产业、服装设计等行业提供个性化定制生产模式，有望引领生产从大批量制造走向个性化定制的第三次工业革命，有力促进大众创新，万众创业。

眼下，“互联网+3D打印”的制造模式已经出现，即收集大众的个性化需求，由创客完成设计，设计方案由3D打印件进行验证；再由虚拟制造组织生产，由物联网来配送。美国众创公司，15000名访客、6000名创客。亚马逊利用网络销售3D打印商品，营业额已达数十亿美元，利润30%。“未来，这种模式将成为万众创新、万家创业的最佳技术途径。”卢秉恒说。

——从增材到创材，从创材到创生。

卢秉恒说，利用3D打印高能束的集中能量，以3D打印设备作为材料基因组计划的研制验证平台，可以开发出超高强度、超高韧性、超高耐温、超高耐磨的各种优秀材料，让增材制造变成创材技术。

此外，3D打印还可以创生，即应用于组织支架制造、细胞打印等技术，实现生物活性器官的制造，为生命科学研究和人类健康服务。比如，最近我国首创了利用导航模板实现癌症的靶向治疗，避免了放疗玉石俱焚的副作用。