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究竟要顛覆什么？

誕生于上世紀(jì)80年代末。是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，將計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)出來的圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入3D打印設(shè)備，打印機(jī)內(nèi)裝有粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過電腦控制將材料疊層添加構(gòu)造三維物體，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物的數(shù)字化、智能化增材制造技術(shù)。

自2009年以來，3D打印市場在北美和歐洲急劇增長。根據(jù)Stratasys公司2011年財(cái)報，其八成左右的收入來源于歐美市場，3D打印汽車零件還可以實(shí)現(xiàn)更加節(jié)能的目標(biāo)，進(jìn)一步減少溫室氣體排放。通過這樣的方式制造汽車，與85千瓦小時的電動汽車相比對環(huán)境和健康的影響還不到1/3。

今天，3D打印技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑、汽車制造以及尖端武器制造、航空航天等軍事領(lǐng)域。在我國，3D打印技術(shù)在民用領(lǐng)域已經(jīng)成為建筑、汽車及其零部件制造產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)推廣領(lǐng)域；在軍事領(lǐng)域，3D打印也已被全面應(yīng)用。

3D打印是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了制造從等材、減材到增材的重大轉(zhuǎn)變，改變了傳統(tǒng)制造的理念和模式，具有重大價值。3D打印在改變顛覆人們傳統(tǒng)制造模式的同時，綠色、節(jié)能等優(yōu)勢凸顯，其在全球的發(fā)展勢頭如火如荼。

3D打印在我國“開枝散葉”（上篇）

當(dāng)下，我國航空、航天、船舶、汽車、海洋工程等現(xiàn)代重大工業(yè)裝備正向著大型化、復(fù)雜化、功能化和極端條件下高可靠、長壽命服役方向快速發(fā)展，對裝備結(jié)構(gòu)、材料及制造均提出了更加苛刻的要求。輕量化、整體化、長壽命、高可靠性、結(jié)構(gòu)功能一體化以及低成本，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料應(yīng)用和制造技術(shù)共同面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，這取決于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)材料和現(xiàn)代制造技術(shù)的進(jìn)步與創(chuàng)新。而增材技術(shù)，這項(xiàng)具有短周期、低成本、激發(fā)創(chuàng)新的新興技術(shù)，代表著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展方向，屬于在重大裝備制造中具有重大應(yīng)用價值的變革性制造技術(shù)。

3D打印是制造業(yè)有代表性的顛覆性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了制造從等材、減材到增材的重大轉(zhuǎn)變

顛覆傳統(tǒng)建筑模式

《北京青年報》2014年8月21日報道：10幢3D打印建筑在上海張江高新青浦園區(qū)內(nèi)正式交付使用，作為當(dāng)?shù)貏舆w工程的辦公用房。這些“打印”出來的建筑墻體是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，按照電腦設(shè)計(jì)的圖紙和方案，經(jīng)一臺大型的3D打印機(jī)層層疊加噴繪而成，10幢小屋的建筑過程僅花費(fèi)24小時。

而這些建筑與眾不同的墻體，其實(shí)是用一種特殊的“油墨”，根據(jù)電腦設(shè)計(jì)圖紙和方案，在現(xiàn)場層層疊加“噴繪”而成。至于打印過程中的玄機(jī)，這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明者，上海盈創(chuàng)裝飾集團(tuán)的董事長馬義和說，這是他們眼下的最高機(jī)密。不過從拍攝的打印現(xiàn)場視頻片段可以看到，一只巨大噴頭像奶油裱花一樣源源不斷噴出灰色油墨，油墨呈“Z”字形排列，層層疊加，很快便砌起了一面高墻。之后，墻與墻之間還可像搭積木一樣壘起來，再用鋼筋水泥進(jìn)行二次“打印”灌注，連成一體。馬義和介紹，整個打印過程，只需要一張圖紙、一臺電腦、就地取材制造的足夠“油墨”，就可以在24小時內(nèi)打印出10幢200平方米建筑。

此次打印出的房子不大，最高不過兩層，面積也就十來個平方，墻體呈現(xiàn)出年輪蛋糕的結(jié)構(gòu)，由一層層水泥材料堆疊而成，每層大約2厘米高。打印一張A4紙的打印機(jī)，體積已經(jīng)不小，要打印一幢房子，該要一臺多大的打印機(jī)？馬義和告訴媒體記者：“高6.6米、寬10米、長32米的打印機(jī)，底面占地面積足有一個籃球場那么大，高度足有三層樓高。且打印機(jī)長度還可以延伸，完全拉開足有150米長。馬義和前幾年對它完成了設(shè)計(jì)研發(fā)，然后全球定制零部件，最終在蘇州工廠組裝而成。這次現(xiàn)身青浦的3D打印房屋，就是在蘇州打印好后搬運(yùn)到上海的?！贝舜尾稍L中，記者還了解到：3D打印不僅是一種全新的建筑方式，更是一種顛覆傳統(tǒng)的建筑模式。它不僅更加堅(jiān)固耐用、高效、節(jié)能、環(huán)保、解放人力，還能大大降低建造成本。而且3D打印最大亮點(diǎn)就是把建筑垃圾再利用，同時讓新的建筑不會再產(chǎn)生出新的建筑垃圾。

與傳統(tǒng)建筑行業(yè)相比，3D打印的建筑不但建材質(zhì)量可靠，還可節(jié)約建筑材料30%～60%、縮短工期50%～70%、減少人工50%～80%……據(jù)他測算，打印至少能使建筑成本降低50%以上，讓更多人住得起房子。

2015年，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展可謂風(fēng)云跌宕、群星閃耀。在這一年中，3D打印技術(shù)逐漸揭開了神秘的面紗，走進(jìn)人們的工作和日常生活中，從基本的打印到企業(yè)生產(chǎn)流水線，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制作等方面都取得了突破性的進(jìn)展。在2015年12月26～27日，率先將3D打印噴涂技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)村房屋建設(shè)的“晉馬綠宅”在山東省濟(jì)寧市成功舉辦了招商會，有來自全國50多個城市的100多位客商參加了會議。會議得到了廣大客商的一致認(rèn)可，多家客商現(xiàn)場簽約成為“晉馬綠宅”加盟商。

3D打印不僅是一種全新的建筑方式，更是一種顛覆傳統(tǒng)的建筑模式

安徽晉馬環(huán)保節(jié)能科技有限公司董事長魏雄告訴記者，目前我國即將進(jìn)入“十三五”時期，“居者有其屋”是擺在國人面前急需解決的問題。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，農(nóng)村的住房問題正面臨著新的選擇，繼續(xù)走傳統(tǒng)建筑市場的老路，讓農(nóng)民集體上樓并不完全符合當(dāng)前農(nóng)村的實(shí)際情況?，F(xiàn)在的農(nóng)村住房建設(shè)迫切需要一種新的建筑方式以滿足農(nóng)村的發(fā)展需求，“晉馬綠宅”的綠色輕鋼集成建房模式成為農(nóng)村自建房市場的新選擇。

魏雄董事長還說：“現(xiàn)在農(nóng)村住房逐漸從磚混向框架結(jié)構(gòu)演變，這是一種與國際自建住房市場相接軌的發(fā)展趨勢。對于改變國內(nèi)目前鋼產(chǎn)能過盛、鋼價格下跌的現(xiàn)狀，也具有良性的市場推動作用?！畷x馬綠宅’采用3D打印噴涂技術(shù)建成的綠色輕鋼集成房屋抗震性能高、節(jié)能環(huán)保、美觀時尚、建筑工期短，充分順應(yīng)了國家建設(shè)新農(nóng)村，提倡綠色環(huán)保生活，提高農(nóng)民生活水平的政策號召，必將成為我國農(nóng)村住房未來的發(fā)展方向?！?/p>

開啟汽車制造業(yè)第三次革命

目前，3D打印在汽車制造業(yè)的應(yīng)用也在不斷探索。2011年，世界首款“打印汽車”正式亮相。據(jù)悉，這款被命名為“Urbee”的打印汽車是由一個特制3D打印機(jī)層疊建造車身。打印汽車一經(jīng)面世，即引起了各界人士的熱議。3D打印顛覆了人們的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，人們不禁要問，這神奇的技術(shù)還有什么不可能打印？

在2014年3月5～17日舉行的日內(nèi)瓦車展上，EDAG推出一款名為“EDAGGENESIS”的3D打印汽車，該款3D打印的汽車外觀炫酷極具科技感，采用多種最先進(jìn)的3D打印技術(shù)制成，并進(jìn)行單個組件、模塊乃至單件車輛獨(dú)立生產(chǎn)且組裝而成。據(jù)悉，在此之前，福特汽車已經(jīng)率先在汽車零部件生產(chǎn)中運(yùn)用3D打印技術(shù)。

3D打印技術(shù)能快速制作造型復(fù)雜的零部件，讓汽車零部件的開發(fā)成本更低，效率更高，并且已經(jīng)在底盤、內(nèi)飾、車身外覆蓋件方面實(shí)現(xiàn)了3D打印生產(chǎn)，將加速汽車制造業(yè)變革。

汽車制造業(yè)是一個適合各種創(chuàng)新技術(shù)嘗試應(yīng)用的行業(yè)，正在興起的3D打印技術(shù)就是其中一個。在傳統(tǒng)汽車制造領(lǐng)域，汽車零部件的開發(fā)往往需要長時間的研發(fā)和測試。從研發(fā)到測試階段還需要制作零件模具，不僅時間長，而且成本高。當(dāng)存在問題時，修正零件也需要同樣漫長的周期。而3D打印技術(shù)則能快速制作造型復(fù)雜的零部件，當(dāng)測試出現(xiàn)問題時，修改3D文件重新打印即可。3D打印技術(shù)讓汽車零部件的開發(fā)成本更低，效率更高。此外，運(yùn)用3D打印技術(shù)在設(shè)計(jì)早期驗(yàn)證產(chǎn)品裝配可行性時，能及時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)差錯、復(fù)雜零部件或樣機(jī)原理的可行性。例如缸蓋、同步器開發(fā)，以及橡膠、塑料類零件的單件生產(chǎn)。

金屬3D進(jìn)軍航空航天領(lǐng)域

金屬3D打印，多被用于機(jī)械制造和航空航天工程中形狀復(fù)雜的零件制造，對技術(shù)指標(biāo)要求極高。但如果你認(rèn)為金屬3D打印的技術(shù)還是“外國的月亮圓”的話，那可能你就犯了一個錯誤，因?yàn)槿粽摻饘?D打印技術(shù)與航空工程的融合應(yīng)用技術(shù)，世界頂尖水平的所在地就是沈陽。走進(jìn)這里，你會感受到最新的金屬3D打印技術(shù)的精妙，發(fā)展脈絡(luò)的精彩，以及那些鮮為人知的關(guān)于3D打印故事的引人入勝。

王向明——中航工業(yè)沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所的項(xiàng)目總設(shè)計(jì)師、飛機(jī)結(jié)構(gòu)3D打印應(yīng)用技術(shù)的領(lǐng)軍人物，2003年起便組建技術(shù)團(tuán)隊(duì)，開展了3D打印在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究。通過10余年堅(jiān)持不懈地持續(xù)探索，造就如今居于世界前列的金屬3D打印技術(shù)與航空工程的融合。

金屬3D打印技術(shù)能在沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所“開枝散葉”，緣于10多年前的一次偶遇和執(zhí)著，用王向明的話來說，這可以稱作是“一個核桃”的故事。

2003年，北京航空航天大學(xué)的王化明教授（2015年當(dāng)選中國工程院院士）來到沈陽飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，并隨身帶來了一個類似“核桃”形狀的金屬物體，猶如技術(shù)“種子”，開始孵化鈦合金結(jié)構(gòu)激光增材制造應(yīng)用技術(shù)，這也是二人正式創(chuàng)建聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)、展開全面技術(shù)合作的開端。通過5個方面13個技術(shù)方向的研究，歷經(jīng)10多年時間，走過了3個里程碑。第一個里程碑是2005年，突破鈦合金次承力件關(guān)鍵技術(shù)，使我國成為繼美國之后，世界上第二個掌握飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件激光成形技術(shù)及裝機(jī)應(yīng)用的國家。第二個里程碑是2009年，突破了鈦合金大型、復(fù)雜主承力件關(guān)鍵技術(shù)，使我國一躍成為迄今世界上唯一掌握該技術(shù)并實(shí)現(xiàn)裝機(jī)工程應(yīng)用的國家。第三個里程碑是2012年，在新機(jī)研制中實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用。團(tuán)隊(duì)先后榮獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎和兩項(xiàng)國防科技一等獎。

大型航空鈦合金零件的材料利用率非常低，平均不超過10%，同時，模鍛、鑄造還需要大量的工裝模具，由此帶來研制成本的上升。通過增材制造技術(shù)，不僅可以節(jié)省材料2/3以上，數(shù)控加工時間減少一半以上，同時不再需要模具，可實(shí)現(xiàn)“快速反應(yīng)”。更重要的是，增材技術(shù)解放了制造工藝對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的約束，可以制造出最優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)件，從而將研制成本尤其是首件、小批量的研制成本大大降低。

“綠色”前景可期（下篇）

在2015年聯(lián)合國全球契約中國網(wǎng)絡(luò)主辦的第三屆“生態(tài)文明·美麗家園”關(guān)注氣候中國峰會上，國務(wù)院參事、中國科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組組長牛文元表示，裝備制造占中國GDP總額的1/4，發(fā)展綠色裝備制造要以具備帶動性、示范性的典型產(chǎn)品和行業(yè)為對象，以推動產(chǎn)業(yè)鏈整體解決方案為主線，重點(diǎn)突破綠色設(shè)計(jì)、綠色工藝、綠色回收資源化等綠色制造關(guān)鍵技術(shù)和共性技術(shù)。特別對3D打印、先進(jìn)制造、精細(xì)制造、納米制造、智能制造、柔性制造等領(lǐng)域要給予重點(diǎn)關(guān)注。

已經(jīng)有不止一人預(yù)言，在未來工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用方面，金屬3D打印將擁有強(qiáng)大的競爭力。現(xiàn)在桌面3D打印機(jī)打印出來的普通的成品大都是塑料制品，主要用來展示及作為模型等，在實(shí)用性方面還有所欠缺。但隨著科技發(fā)展和推廣應(yīng)用的需求，利用快速成型直接制造金屬功能零件，將成為了快速成形主要的發(fā)展方向。金屬零件增材技術(shù)作為整個3D打印體系中最為前沿和最具潛力的技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向，它所能呈現(xiàn)的功用和空間無法預(yù)料。

綠色工業(yè)的排頭兵

綠色工業(yè)是新材料、新工藝、新經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)的重要組成部分。綠色工業(yè)的產(chǎn)品種類多、附加值高、用途廣、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度大，直接服務(wù)于各個領(lǐng)域，也是人類社會綠色發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。

在2014年的中建八局西虹橋項(xiàng)目裝配式建筑現(xiàn)場交流會上，中建八局總工程師馬榮全告訴記者：“3D打印裝配運(yùn)用作為預(yù)制裝配式建筑的五大特點(diǎn)之一，已經(jīng)被寫入上海市公共建筑預(yù)制裝配式設(shè)計(jì)規(guī)程。在制作柱模時，中建八局率先使用了3D打印技術(shù)，而后在現(xiàn)場澆筑核心區(qū)混凝土，省去模板支設(shè)工序。在對柱模外壁進(jìn)行裝飾處理時，3D打印技術(shù)更是顯示出了巨大的潛力，今后建筑工地不會再是一片狼藉，城市空氣質(zhì)量也會得到改善。”

在第三屆“生態(tài)文明·美麗家園”關(guān)注氣候中國峰會上，全國工商聯(lián)環(huán)境商會秘書長駱建華建議，企業(yè)綠色發(fā)展要充分利用互聯(lián)網(wǎng)的理念、思維與方法，提升企業(yè)綠色發(fā)展的效率，降低成本，形成更廣泛的以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新要素的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展新形態(tài)。

作為綠色工業(yè)的排頭兵，3D打印可以通過減少原材料使用來節(jié)省能源。通常大家會認(rèn)為，工廠量產(chǎn)的塑料制品如果按每一個來算，會比在3D打印機(jī)上獨(dú)立生產(chǎn)所消耗能量要少。這就和“在一口大鍋里熔化東西總比在一個試管里來的高效”這個道理一樣。然而美國密歇根理工大學(xué)的材料科學(xué)和工程、電子和計(jì)算機(jī)工程副教授JoshuaPearce最近發(fā)表學(xué)術(shù)文章認(rèn)為，3D打印不僅僅更便宜，而且更加綠色環(huán)保。在3D打印機(jī)上制作東西比從工廠中量產(chǎn)之后運(yùn)送到倉庫的生產(chǎn)方式所耗費(fèi)的能源更少、釋放更少的二氧化碳。

3D打印技術(shù)有著廣闊的前景，這不僅僅因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)制造等方面有著非常強(qiáng)大的靈活性和功能性，還表現(xiàn)在該技術(shù)在發(fā)展過程中對環(huán)境保護(hù)有著重要的意義。由于3D打印在室溫下就可以進(jìn)行工作，在安全性得到大幅提高的同時不會產(chǎn)生有害刺激氣體（光敏材料具有綠色、無毒、安全的特性）。感光材料具有綠色環(huán)保、色彩豐富、透明、夜光、熒光、香芬、溫變（可隨溫度持續(xù)變色）等等，能夠支持各種特殊效果的處理和環(huán)境要求。安徽的“晉馬綠宅”就兼顧了變廢為寶、節(jié)能減排、推廣綠色建房方式的農(nóng)村建房新理念。

3D打印技術(shù)對傳統(tǒng)制造業(yè)流程而言，無疑是一場顛覆性的革命

機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存

目前全球有兩家3D打印機(jī)巨頭，其中美國的3D打印機(jī)制造商Stratasys于1992年賣出第一臺商業(yè)化產(chǎn)品，該公司在納斯達(dá)克上市，此前收購了以色列一家名為Objet的3D打印機(jī)公司。另一家則是同在納斯達(dá)克掛牌的3DSystems公司，它在2012年初通過收購另兩家3D打印機(jī)品牌ZCorporation和VidarSystems奠定其江湖地位。上述兩家公司創(chuàng)造著每年近兩億美元的市場營收，Stratasys的客戶不乏寶馬、戴爾、英特爾、耐克等世界500強(qiáng)企業(yè)。

3D打印技術(shù)所引發(fā)的掘金潮大有愈演愈烈之勢。上述報道中還引述了Objet在中國大華東地區(qū)的代理商林永利的說法，指出去年3D打印機(jī)在國內(nèi)企業(yè)級裝機(jī)量約為400臺，近兩年增長尤其快，年增速均在70%左右，“市場規(guī)模肯定超過1億元人民幣”。

有業(yè)內(nèi)人士指出，雖然目前3D打印技術(shù)在國內(nèi)只是剛剛起步，但其背后所蘊(yùn)含的潛力非同尋常：3D打印機(jī)和相關(guān)的技術(shù)對傳統(tǒng)制造業(yè)流程而言，無疑是一場顛覆性的革命，對于正處在轉(zhuǎn)型關(guān)口的中國制造業(yè)來說，機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。

有分析進(jìn)一步指出，如果未來中國制造業(yè)不能在以3D打印技術(shù)為代表的數(shù)字化制造技術(shù)上奪得一席之位，那么中國制造曾經(jīng)擁有的優(yōu)勢，都變得不再具有吸引力，國內(nèi)制造業(yè)也可能會面臨毀滅性的打擊。

大數(shù)據(jù)時代，3D打印這個詞匯從陌生到熟悉，從模糊到清晰，走過了這個時代許多新鮮事物發(fā)展演變的路徑。人們熟悉的印象里，那個一層一層逐級攀升的塑料材質(zhì)的物體既可以制成自己的肖像，也可以造出各種模型。但與民眾接觸到的更具娛樂意味的3D打印技術(shù)相比，因材質(zhì)不同而另稱的金屬3D打印，則因?yàn)榧夹g(shù)含量和應(yīng)用領(lǐng)域的不同而更具有高端性和神秘感。

“上上個世紀(jì)的思想，上個世紀(jì)的技術(shù)，這個世紀(jì)的市場……”這句對3D打印的評語，現(xiàn)在來看異常貼切。

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