“3D打印不是變魔術(shù)”

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對話齊歡博士
　　“3D打印”這個概念幾乎一夜之間流行起來，媒體上充斥了近乎天方夜譚似的報道，無論是日用品、工業(yè)品，小到茶杯，大到飛機、建筑，甚至空間站，都可以“打印”出來！“第四次工業(yè)革命”就要開始了……
　　聽起來怎么不大像是一項技術(shù)，而像是魔術(shù)呢？“3D打印”也仿佛就是傳說中的那盞阿拉丁神燈�？上В�魔術(shù)都是假的，阿拉丁神燈也并不存在，“3D打印”被神話了，和當(dāng)年被神話了的“納米科技”一樣。
　　“我們打印不出飛機，也打印不出汽車，‘3D打印’替代不了傳統(tǒng)制造業(yè)，當(dāng)然，它可以改善傳統(tǒng)制造業(yè)的某些流程，提升某些環(huán)節(jié)的效率�！鄙虾＝煌ù髮W(xué)密西根聯(lián)合學(xué)院從事激光“3D打印”研究多年的齊歡博士告訴記者。
　　記者：請首先簡單介紹一下3D打印這個概念。
　　齊歡：3D打印并不神秘，也不新鮮，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)有近三十年的歷史。所謂“3D打印”，是現(xiàn)有的多種“增材制造技術(shù)”的統(tǒng)稱。物體成型的方式主要有四類：減材成型、受壓成型、增材成型、生長成型，車銑刨磨鉗以及沖壓等傳統(tǒng)機加工方法是減材成型，3D打印則是增材成型。根據(jù)不同技術(shù)原理、所采用的材料不同，目前3D打印技術(shù)有數(shù)十種，我主要研究的是激光熔覆金屬粉末快速成型技術(shù)，這也是目前在工業(yè)領(lǐng)域最有應(yīng)用前景、最尖端的一種3D打印技術(shù)。
　　記者：我開門見山，3D打印可以直接打印出一部汽車么？
　　齊歡：理論上講，只要能設(shè)計出來，就能打印出來，不光是單個零件，甚至包括裝配好的運動總成都能一體打印出來。但實際上受材料的限制——目前能打印的材料還很有限，主要有樹脂、石蠟、石膏、尼龍絲、鈦合金、陶瓷、金屬粉末等十幾種。原理上，雖然可以用金屬粉末打印出白車身，但是那樣造出來的汽車估計誰也買不起，成本和效率都不能想象。
　　記者：有報道說3D打印比傳統(tǒng)制造業(yè)更高效啊！
　　齊歡：那看打印什么了。如果打印的是單件、單一材料的小玩意兒，比如用石膏材料打印一個小花瓶，效率的確比傳統(tǒng)制法更高，可是就金屬材料而言，目前的3D打印效率非常低。舉個例子吧，用我們的送粉激光熔覆技術(shù)“打印”一個直徑1厘米的金屬螺栓，一層一層“打印”，每層20微米，1厘米需要打印500層，每層需要10秒，總共要5000秒，也就是要將近一個半小時！
　　記者：那成本呢？
　　齊歡：就金屬激光3D打印而言，目前設(shè)備成本很高，其次，打印用的金屬粉末也比傳統(tǒng)機加工用的材料貴多了，目前我們打印這樣一條金屬螺栓，成本大概得上百元一個吧。
　　記者：效率這么低，成本又這么高，看來3D打印并不神奇�。�
　　齊歡：現(xiàn)在3D打印這個概念的確是被神話了。3D打印不能取代傳統(tǒng)制造業(yè)，它只是傳統(tǒng)制造業(yè)的一個很好的補充，適用于個性化和定制生產(chǎn)，適用于那些造型復(fù)雜、批量不大的特殊產(chǎn)品，對于可以大批量規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品，3D打印并不合適。除了成本和效率外，3D打印還有一個制約，就是適合打印的材料目前還很有限，而且一次成型，只能打印單一材料。不久前，世界第一支3D打印的gun，槍體是塑料，撞針是金屬，就要分別打印，然后組裝。像汽車這樣涉及那么多零件、多種不同材料，是不太可能直接打印出來的。
　　記者：那3D打印目前主要能做些什么？
　　齊歡：3D打印目前主要應(yīng)用在三個領(lǐng)域：一是桌面打印機，主要是制作工藝品和模型，使用非金屬材料；二是工業(yè)級金屬材料3D打印機，主要用來做一些非功能性零件和產(chǎn)品原型；三是醫(yī)藥生物領(lǐng)域使用的3D打印機，使用的是生物材料，可以打印細胞、仿生結(jié)構(gòu)等。就汽車行業(yè)而言，3D打印在造型、制模等領(lǐng)域，都有很好的應(yīng)用前景。比如，造型階段，用3D打印的模型取代傳統(tǒng)的手工油泥模型，不僅精度更高，而且可以加快開發(fā)進度。
　　（汪云青）
　　“打印整架飛機是胡說”
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　　3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長羅軍也認為目前的3D打印有點被神話了，他說，目前的3D打印并不適合批量生產(chǎn)，說可以打印出整架飛機更是胡說�！耙患茱w機由成千上萬個不同材質(zhì)的零部件組成，不可能在一臺打印機上實現(xiàn)�！绷_軍解釋說，3D打印的核心技術(shù)有兩個，一個是激光噴嘴，另一個就是材料，前者關(guān)系產(chǎn)品的精度和硬度，后者關(guān)系產(chǎn)品的實用性。在他看來，目前材料是3D打印發(fā)展亟待突破的瓶頸。受材料限制，現(xiàn)在還只能打印一雙像鞋子的“鞋子”，而不是能穿的鞋子。并不是什么都適合3D打印，這也是為什么目前全球3D打印市場一年的總規(guī)模還不到20億美元的原因。
　　國內(nèi)3D打印領(lǐng)域的權(quán)威，清華大學(xué)教授顏永年也表示，3D打印在效率、成本、性能等方面還不能與傳統(tǒng)制造業(yè)相比，打印一個大的零件通常要好幾天，而傳統(tǒng)制造方法可能只需要幾分甚至幾秒鐘。
　　背景知識:
　　3D打印技術(shù)是一種“增材成型技術(shù)”，采用分層加工、迭加成形的方式逐層增加材料來生成3D實體。它首先將物品轉(zhuǎn)化為3D數(shù)據(jù)，然后運用粉末狀金屬或塑料等可黏合材料逐層打印。3D打印技術(shù)最突出的優(yōu)點是無需模具，也不需要機械加工，就能直接從設(shè)計好的計算機圖形數(shù)據(jù)中生成任何形狀的物體。而傳統(tǒng)的制造業(yè)最核心的一個環(huán)節(jié)就是要開模，這個環(huán)節(jié)往往耗時很長。
　　齊歡
　　人物簡介
　　美國密歇根大學(xué)機械工程博士，2005年加入美國通用電氣公司（GE）全球研發(fā)中心，任研究員、研發(fā)項目負責(zé)人。2010年回國加入上海交大密歇根聯(lián)合學(xué)院。先后參與了美國國家科學(xué)基金(NSF)、美國國家標準技術(shù)學(xué)會(NIST)的多項研究項目。在GE工作期間，負責(zé)主持研發(fā)激光快速制造技術(shù)在飛機發(fā)動機、渦輪發(fā)動機等關(guān)鍵部件的制造與維修應(yīng)用。近年來的研究重點是：利用激光熔覆技術(shù)修補渦輪發(fā)動機單晶結(jié)構(gòu)葉片、激光快速制造的自動閉環(huán)控制系統(tǒng)、新型復(fù)合材料的制備等。