创新驱动增材制造的发展

卢秉恒

[作者简介]

卢秉恒院士：1945年出生，1967年毕业于合肥工业大学机械工程专业，1986年获西安交通大学工学壮学隹曾赴美帥i曲isan大学作高级访问学者及客座研究，现为中国工程院院士，西安交通大学教授、触生导师，兼任快速制造国家工程研究中心推、国务院机诫学科评议组召集人、中国机械工程学会

增材制造是现代制造技术的革命性发明。增材制造从上世纪80年代发明以来，迅速产业化，应用于各工业领域，产生了优异的效益。上世纪末，增材制造被美国自然科学基金称之为“20世纪最具性的制造技术”。

我们知道，制造技术从制造原理上可为三类：第一类技术是在制造过程中，材料仅发生了形状的变化，其质量（重量）基本上没有发生变化，可称之为等材制造，如铸锻焊等；第二类技术是在制造过程中，材料在不断减少，可称之为减材制造，如车、铣、创、磨等；第三类技术是在制造过程中，材料不断增加，称之为增材制造，如激光快速成型、3D打印等。等材制造已经发展了几千年了，减材制造发展几百年了，增材制造仅仅30年的发展史。从分类可知，增材制造相对于等材制造、减材制造就是制造技术三足鼎立的—大发明，是制造原理的—个重大突破。它的出现，使计算机对制造过程的控制，可以细化到—个点，因此，也只有到了信息化时代，才能付诸实现。

增材制造为创新设计释放了巨大的空间。增材制造新工艺，可以使所想即可得，使人们的设计思想不再受到可制造性的约束，为人们的设计创新开辟了巨大的空间。如任意复杂形状（包括内部形状，采用传统制造刀具不可达的方位），多零件、多材料集成为—体等要求，对于传统制造可能不可想象，现在采用增材制造均可轻易实现。人们采用增材制造工艺已经实现了许多热交换结构的创新，实现了最优的换热效率；GE公司采用增材制造用一个零件代替原设计20个零件组成的飞机发动机喷嘴，减重25%，增效15%，制造成本大幅度降低，已大批量生产；美国公司还采用增材制造，成形了能耐热3300多度的复合材料航天发动机零件，可能是其龙飞船2号推力200倍于龙飞船1号的关键。

3D打印是创新产品开发的利器。汽车车身设计，零部件制造、家电轻工产品、建筑设计，时尚消费品等等的新产品开发必须经过3D打印的验证，已成为其产品开发程序。因此，带来的好处是使开发周期，开发费用降低为原来的11/3-1/10。FORD汽车公司全面采用3D打印技术开发其汽车发动机，助力了企业的复苏。因此，美国为实现其重振制造业，在美国发明、在美国制造的口号，2012年第—个由国家资助的先进制造技术研究计划就是3D打印。3D打印在发达国家已成为其创新产品开发的利器。

3D打印（增材制造）技术有巨大的可创新空间。增材制造技术是一个发展仅30年的技术，相对于等材、减材制造，完全是一个全新的、有待发展的技术，尚处于萌芽期，发展期。无论是打印材料、打印工艺、打印装备在各个工业领域、文化创意、社会生活领域，均有巨大的创新空间。需要创新的技术，创新的装备，创新的应用和创新的商业模式。在研究方面，需要材料和材料的打印工艺创新，2-3年来，在国内外3D打印热的推动下，科研工作者、技术专家、企业家乃至创客群，倾注了高度热情和创新精神，使食材、建材、金属、非金属等等形形色色的材料进入实验和探索，各种打印应用的能源，器件被发明，说明其创新的空间巨大。当然，这是一项学科交叉技术，需要学科交叉和基础研究的支撑。特别是应用于航空航天的结构件强度、刚度、耐高韫等等性能和制造标准的建立与实现，需要系统的研究和雄厚的实验数据支持的创新。3D打印可能创新出引发社会重大变革的生产和商业模式。在我们进入了信息化和云时代，为了适应人们越来越强烈的个性化消费趋势，我提出了网络环境的集散制造模式，而3D打印就是支持集散制造的最适合工艺和制造方法。因为3D打印具有制造工艺相同，制造数据—致、报价简单等等优势，适合集成创客群形成设计资源集成，适合集成分散的3D打印设备形成集成制造资源，集成soho-族的个性化需求为集成订单。反之，它又可以通过网络实现设计和制造任务的分包，因此3D打印最支持集散制造模式。集散制造可能成为新一代的生产模式，商业摸式，引发第三次工业革命。

创新是赢得3D打印竞争的重要途径。3D打印热在国内外都吸引了众多的参与者。引燃了大众的创新热情。人们在了解、学习、研究、介入。各项研究、应用及产业不断涌现。这说明了创新驱动正在深入人心，对构建刨新型社会大有补益。但也难免有些人盲目进入，浮躁和追逐短期利益的现象也有出现。国内两年来，涌现了200多家制造桌面型3D打印机，不少缺乏核心技术，仅仅买来零部件，粗糙装配，低价竞争。可能事与愿违。进入信息社会后，依靠信息不对称发家是不现实的。3D打印需要的是创新。创新可以是多层次的。有知识创新、原理创新，更有大量的技术创新，工艺创新，结构创新、装备创新和产品创新。—招鲜，吃遍天。实际上，3D打印及其相关技术应用于各个工业和社会生活的领域，这—创新空间更大，盈利更丰厚，可以参与和有所作为的人们更广泛，值得我们更加关注和投入。

（作者单位：中国工程院，西安交通大学）副理事长、中国机械制造工艺协会副理事长、全国高校金属切削机床学会理事长，先进制造技术研究所所长、南京增材制造研究院院长等职。

卢院士主兽从事快速成型制造、微纳制造、生物制造工程，高速切削机床，农业节水灌水器件快速开发、微压印光刻制造等技术撮域的研究，先后主持2。余项国家重点科技攻关顷目，自1993年以来，在国内率先开拓光固化快速成型制造系统研究，开发出具有国际首创的紫外光快速成型机及有国际先进水平的机、光，电一体化快速制造设备币专用材料，形成了一套国内领先的产品快速开发系统，其中5种设备，3类材料已形成产业化生产。谊系统可以大大缩短机电产品开发周期，对提高我国制造业竞争能力及迎接入关挑战起到重-要作用，“九·五”期间，主持及参加了国家“九·五”重点科技攻关项目、863计划及国家自然科学基金等项目共9项， “十·五”期间主持国家重点科技项目，国家自然科学基金重点顷目以及教育部快速成型制造技术工程中心和快速制造与装备国家工程研究中心建设等项目， “国家自然科学基金”评审委员，教育部高等学校机学科教学指导委员会委员，机械设计、机械制造及自动化专业分全副主任。承担国家“九五’ ‘十五’ 重点科技攻关5项，国家863计划2项，国零自然科学基叠4项，省市重点项目3项；2000获国家科技进步二等奖，2005获国家技术发明二等奖，2001年获全国五一劳动奖章及蒋氏基金舍科技成就奖，近年来还获得3项省部级科技一等奖，发表论文300多篇，发明专利授权12项。曾获科牧郎。”‘九·五’国家重点科技攻关计划突出贡献者，“做出突出贡献的中国博士学位获得者”等荣誉称号、全国五一劳动奖章、全球华人蒋氏科嗽成就奖等奖项。

主要著作：《机诫制造技术基础》《21世纪产品快速开发技术》《RP与模具快速制造》，井在国内外期刊，会议上发表论文300余篇。