3D打印技術(shù)的長處和短板

        還記得電影《十二生肖》中，成龍扮演的國際大盜，戴著光學(xué)傳感手套觸摸獸首，將收集到三維數(shù)據(jù)通過無線傳輸系統(tǒng)傳回本部，同時，本部根據(jù)這些數(shù)據(jù)同步打印，復(fù)制出了一個完全一樣的獸首嗎？當時，不少人都感嘆這一場景太神奇。但其實，這也并不神秘，它就是3D打印技術(shù)的再現(xiàn)。

        “它是從虛擬到現(xiàn)實的理想捷徑，是第三次工業(yè)革命的重要環(huán)節(jié)之一，將對人類未來生活的各個方面產(chǎn)生深遠的影響。”記者對話中國工程院院士徐志磊，讓解析3D打印技術(shù)的長處和短板。 
        3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛 
        問：3D打印近幾年很火，我們曾聽說3D打印出真槍，甚至人的耳朵。這是個新興產(chǎn)業(yè)嗎？

        徐院士：不完全是，這類技術(shù)開始出現(xiàn)在20世紀80年代，但那個時候它不叫3D打印，我們在中國叫快速成型。它的核心就是將所需成型工件的復(fù)雜3D形體，通過切片處理轉(zhuǎn)化為簡單的2D截面的組合。因此不必采用傳統(tǒng)的加工機床和工模具，依據(jù)工件的三維計算機輔助設(shè)計(CAD)模型，在計算機控制的快速成型機上，沿著高度方向逐層沉積材料，成型工件的一系列2D截面薄片層，并使片層與片層之間相互粘接，終堆積成三維工件。 
        3D打印為什么這么火，我覺得還是取決于計算機和網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展。20年前，我們所處的還不是網(wǎng)絡(luò)時代，還不能發(fā)展得這么快。而現(xiàn)在，3D打印幾乎能做到“想打就打”了，只要電腦軟件能支持就可以。 
        醫(yī)學(xué)領(lǐng)域前景無限

        問：3D打印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域會有什么應(yīng)用？

        徐院士：生物3D打印在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用前景還是挺大的。因為它具有快速性、準確性以及擅長制作復(fù)雜形狀實體等特性。特別是個體之間的身體構(gòu)造、病理狀況，都存在特殊性和差異化，而3D打印能很好地滿足這一點。比如動手術(shù)之前，醫(yī)生就可以通過3D打印技術(shù)，打印出相應(yīng)的器官進行演練，從而更好地完成手術(shù)。 
        問：3D打印技術(shù)對于推動工業(yè)產(chǎn)業(yè)，尤其是制造業(yè)的進步，是否具有特別意義？ 
        徐院士：確實是。與前兩次工業(yè)革命相比，在3D打印技術(shù)得到廣泛運用的情況下，現(xiàn)代制造業(yè)也許不再運用工廠。這種將人力、資金、設(shè)備等生產(chǎn)要素大規(guī)模集中化的生產(chǎn)方式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N以3D打印機為基礎(chǔ)的，更加靈活、所需要投入更少的生產(chǎn)方式，這種趨勢被稱之為社會化制造。當這種方式得到廣泛運用，那么每個人都可以是一家工廠。 
        而且我認為，3D打印將極有可能孕育第三次工業(yè)革命。我打個比方，我們的生產(chǎn)線可以做到，送一頭牛進去然后出來牛肉罐頭，同樣也能把牛肉罐頭放進去，然后生產(chǎn)出一頭牛。后者就是3D打印能做到的。 
        3D打印將顯著提高人類對物質(zhì)世界的控制能力，幾乎是一種理想的工具手段，也許未來將會以我們難以預(yù)料的方式，改變?nèi)祟惖奈拿鬟M程。 
        精度和效率成主要挑戰(zhàn)

        問：3D打印技術(shù)很強大，但也面臨著不少問題和挑戰(zhàn)。要想進行大規(guī)模的應(yīng)用，短期內(nèi)是否還比較難?

        徐院士：你說得對。主要是精度和效率，我們做出來的不少成品精度在0.1毫米左右，表面光滑度也不高，真正要作為機械工程的零部件來說，它的精度還很不夠。所以，我們希望能夠爭取把金屬材料的精度，做到10微米(1微米=0.001毫米)、20個微米，40個微米。如果我們能達到這個水平，那就有可能直接用3D打印做零件，而不是翻模具重新來做。 
        另外，要把精度分辨得極高以后，它必然帶來的問題就是效率會比較低。所以怎樣又快又好地打印出成品，還需要我們改進和研究。除此之外，并不是傳統(tǒng)的材料，3D打印都可以拿過來用，現(xiàn)在用得多的是塑料，金屬和陶瓷等還在進一步的探索中。因此有必要開發(fā)更好的材料，這樣應(yīng)用范圍就會大很多。不過真正高精度、高強度的材料，做起來難度也大。因為一次3D打印做出來以后，還有長期應(yīng)用、耐疲勞等問題。另外，生產(chǎn)出來的材料，有的要求要大，有的要求要薄，這些要求以及工藝穩(wěn)定性都亟待解決。所以想要真正做到零部件生產(chǎn)，難度非常大。 
        因此3D打印離大規(guī)模應(yīng)用還有一定距離，短期內(nèi)還不能夠?qū)崿F(xiàn)，至少我們目前水平還沒有達到。除了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，我們的大學(xué)、研究所，要用更多的精力去研究光源、材料、制造零部件的3D打印設(shè)備，這些也是非常重要的。 
        問：3D打印技術(shù)現(xiàn)在處于一個什么樣的狀態(tài)？我國又有什么樣的計劃呢？ 
        徐院士：今年早些時候，中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長羅軍就表示過，中國有潛力成為世界大的3D打印市場。未來三年內(nèi)中國將正式啟動至少10個3D打印創(chuàng)新中心，發(fā)展500家傳統(tǒng)企業(yè)進入3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。3D打印市場的產(chǎn)值，則可能會從10億元人民幣，增長到100億元。 
        不過，事實上3D打印的顛覆之路還很長?？傮w而言，它目前仍處在起步階段，距離大規(guī)模應(yīng)用還有一段時間。傳統(tǒng)制造業(yè)所擅長的批量化、規(guī)?；a(chǎn)以及精益化生產(chǎn)，恰恰是3D打印的短板。而公眾對于3D打印技術(shù)的認識也不夠全面，它并非無所不能，其技術(shù)核心在于，它可以解決高難度、復(fù)雜、個性化的設(shè)計需要，只有當傳統(tǒng)生產(chǎn)方式無法應(yīng)用的時候，它的魅力才能顯示出來。
        目前，它的大優(yōu)勢在于產(chǎn)品高端開發(fā)和滿足個性化需求方面，雖然它的普及領(lǐng)域越來越廣，但更多的是用在高端研發(fā)，無法形成產(chǎn)業(yè)化。例如，網(wǎng)上售賣的一款3D打印機，打印一只普通手機殼大概需要兩小時，但打印的材料卻只能用價格不菲的ABS塑料。這樣一來，所花費的成本和時間，就會大大超過在超市購買一個手機殼的開銷，這也因此會限制3D打印技術(shù)，在低端民用市場的普及應(yīng)用。