让不可能变成可能陕西3D打印领航智能制造

  近日，西安交通大学发布了两项国际领先的最新科研成果，其中一项是由交大二附院承担的3D打印可动人工颈椎假体项目，主要是利用3D打印技术，为需要手术的严重颈椎病患者打印金属钛的颈椎，来更换病变的本体颈椎。这一个项目突破了国际上传统的颈椎手术方法，具有完全自主知识产权，已经初步投入临床应用。在不久前刚刚结束的陕西省科学技术奖励大会上，这项成果被授予2017年度陕西省科学技术一等奖。

  在生物打印领域，西安交通大学开展的3D打印个性化人工假体制造研究与应用获得标志性进展，西北工业大学研发的常温直接成形生物陶瓷术前诊断模型、全骨仿生模型已在北医三院、第四军医大学临床应用实验并进一步突破了生物陶瓷粘结剂活性技术瓶颈，西北有色金属研究院开发的多孔钛合金生物医用植入体，已有上百例植入人体临床试验。

  在非金属打印领域，西安交通大学创新陶瓷材料3D打印成形工艺，成功攻克了基于立体光固化成型法（SLA）3D打印的型芯、型壳一体化制备关键技术，解决了空心叶片铸型强度和精度问题，形成了燃气轮机空心叶片增材制造技术工艺，实现了大型燃气轮机空心涡轮叶片等复杂结构陶瓷零件的快速制造。开发了高温熔丝成形3D打印设备，可以轻松又有效打印纤维增强树脂基复合材料、尼龙等耐高温材料制品。研发了大尺寸的烧结成形工艺及样机，能形成多种非金属材料粉末烧结设备。

  在金属打印领域，西北工业大学突破铝合金SLM（选区激光熔化）成形设备多项整机设计和控制关键技术，研制了国内首台专对于铝合金高精度激光选区熔化成形工艺实验平台。

  西安铂力特激光成形技术有限公司成功打印出铜合金典型结构件，成为国内首个具备铜合金3D打印能力的团队。该项技术成果填补了国内空白，为后期实现航天、航空等领域复杂结构铜合金零部件3D打印提供了可能……

  今年1—4月份，陕西3D打印设备增长11.8倍。目前陕西省3D打印研发生产企业超过70家，年营业收入5亿多元，产业规模位居全国前列。目前，陕西3D打印已形成国家增材制造创新中心，西安高新区研发示范推广基地、渭南高新区教育培训生产基地和西安医学3D打印示范基地为核心的“一中心三基地”产学研发展格局。

  “3D打印从起步到现在20多年，之前应用面并不广泛，对各行各业的渗透也不充分。从2012年开始，3D打印以旋风般的姿态介入包括生活、工业在内的所有的领域。”西安铂力特激光成形技术有限公司总经理薛蕾接受各个媒体采访时说，目前3D打印的优势在很多行业内慢慢的开始凸显。他表示，3D打印因其快速制造、成形不受限的特点，在各个行业扮演逐渐重要的角色，它让设计更自由，制造更简单。近几年3D打印行业从始至终保持快速地增长，未来这个趋势还将继续保持。

  据铂力特相关工作人员介绍，作为3D打印有突出贡献的公司，铂力特目前主攻金属3D打印技术，公司业务主要涉及设备生产与打印服务，产品应用涉及航空航天、汽车制造、医疗等多个领域，且都取得了不俗成绩。特别是为国产大飞机C919打印了国际上尺寸最大的金属3D打印零部件让铂力特赢得了不少赞誉。尽管成立时间不长，但是铂力特已经能够为航空航天、医疗、模具等领域提供有别于传统加工工艺的轻量化、功能化、定制化金属产品，公司年产值达到3亿元，其中，设备生产占2亿元，打印业务1亿元。薛蕾说，由于金属3D打印在整个行业里面准入门槛较高，目前金属3D打印还处在市场的孕育推广期，未来随着做这一行的企业慢慢的变多，3D打印的市场将会有更细致的划分。

  据了解，铂力特目前拥有100多人的全职研发团队，负责短期内能在市场见效的产品，而西工大作为铂力特的技术上的支持，将会提供长期的科研成果，这对于铂力特来说也是一个优势。

  “现在中国处于全球经济一体化的大背景中，各国之间大门是开放的，国内外相互交流和融入程度很高，要想发展，面对的必然是国内外的竞争对手，竞争绝不是家门口的竞争，你必须真正融入新的开放的竞争形态里。”薛蕾表示，3D打印也是一个全球竞争的行业，在技术层面，国内外差距并不明显，但是在产业化应用方面国内还是落后一些。“现在我们该借一带一路契机，将更加积极主动应对挑战。”

  所想，即所得。有人预言，3D打印将会给传统制造业带来颠覆性变化。早在2013年，麦肯锡报告就认为3D打印这项革命性技术将在未来影响我们的社会生活和生产组织形态，到2025年，它的经济影响可以高达5500亿美元/年。

  我国3D打印企业起步较晚，工业级应用则由于成本高、技术欠缺等问题，与市场衔接度较低，尚未形成宏观的经济效益，但低端技术运用已经趋于成熟。

  有数据显示，2012年中国3D打印机市场规模达到1.61亿美元，至2016年，中国3D打印产业规模达到11.87亿美元(约80亿元人民币)，复合增长率为49%。预计2018年我国3D打印市场规模可达到22.5亿美元，2022年达到80亿美元左右。

  作为3D打印领域最早的研究者之一、中国3D打印领域的领军人物，中国工程院院士、西安交通大学机械学院卢秉恒教授近期受邀参加综艺娱乐节目时表示：“其实我们现在不仅3D打印，还有4D打印，5D打印。”卢秉恒院士说，目前很多人体的重要器官都能通过3D打印来实现，未来3D打印将会朝着四维（打印好的东西跟着时间可以发生形状改变）和五维（打印好的东西跟着时间的改变，它的功能随之而发生改变）的方向发展。比如说用五维技术来打印会生长的人体器官，先打印一个框架之后再复合上人体的细胞以及生长因子，那么它在适合的环境下就向不同的组织进行转化，最后转化成人体自己的器官。卢秉恒院士表示：“这个想法目前还在科研中，不过已经有实验表明这是完全可能的。”从目前的发展现在的状况来看，3D打印的优势显而易见。“我们大家都知道飞机的发动机有很多零部件，最复杂的就是叶轮，以前制造一个发动机在大多数情况下要几年的时间，但是现在我们可完全一个礼拜就造出来一个发动机。”他说，用3D打印大大简化了制作的完整过程。不仅材料省了，周期快了，而且还更精准。“利用3D打印可完全构建一个创新型的社会，它可以激发每一个社会成员的创造力。”

  上世纪90年代初，卢秉恒院士到美国密歇根大学做高端访问学者，第一次在美国看到快速成型制造，甚为感触。他认识到这将成为一种颠覆性技术。1993年归国，已年近半百的他，立刻转换自己多年的研究方向，带着博士生们在简陋的实验室开始了对快速成型制造这一完全陌生领域的艰苦研发历程。经调研后，他把团队的研究重点调整到了SLA技术（光固化快速成型）上。面对国外技术壁垒和国内资金缺乏的困难，他另辟蹊径，开发出具有国际首创的紫外光快速成型机以及有国际领先水平的机、光、电一体化快速制造设备和专用材料，形成了一套国内领先的产品快速开发系统，把快速成型机的国产率提升到了80%-90%，极大推动了我国制造业的发展进步。

  卢秉恒院士指出，目前我国3D打印技术应用企业的年产值普遍很低，而在国外的相关企业，一年的产值接近10亿美元。“我们的主要缺陷在于产业链尚未形成、产业化的应用规模远远不足，这一方面大有可为也大有作为”。他说，虽然我国3D打印技术起步较晚，但针对国际上的主流技术，我国都已开展研究，也在特殊领域开发了领先国外的装备。3D打印开拓了个性化定制的新时代，任意材料、任意批量、任意复杂结构、任意场合、任意工业领域都有它的施展空间，只要你有想法、有创意，3D打印就能将其打印实现，对驱动产品研究开发、产品结构设计制造模式的创新有很重要的意义。目前，卢秉恒所带领的团队在航空航天和医疗领域的3D打印技术应用上走在世界前列，在大型复杂结构的航天装备、医用器械已经有了突出的成果和显著的效果。

  “不管多么高精尖的技术，一定要推广应用，要服务老百姓的生活，不然就毫无意义。老百姓讲究的就是一个实用、方便。”在非凡士科技创始人之一的王辉看来，从概念走向应用，3D打印经历的巨大变化，然而，要使3D打印真正走入寻常百姓家，我们还有很多工作要做。

  “2013年我们在国内创立首家3D打印照相馆之前，很多人连3D打印是什么也不知道。我们的想法很简单，是通过3D打印照相馆这样一个实体的、直观的呈现方式让大家探索3D打印是个啥东西，没有人大胆地尝试的话很多技术难以得以实现和运用。”

  创业之前，王辉原本是国内一家大型制造企业陕西分部的负责人。后来，王辉偶然接触到3D打印技术，通过个人对市场的敏锐直觉和深入一线的调研后，他毅然放弃了让同事和朋友羡慕不已的职位，大胆创业。并于2013年元旦对外发布中国首家3D打印照相馆，个人肖像在2013年1月4日人民日报头版大幅刊登，成为3D打印技术市场化应用的一个里程碑式的人物。

  “要把一个想法变成实践，中间需要很长的时间，有很长的路要走。而且研究出来之后老百姓接不接受还得另说。”这几年，王辉始终致力于3D打印技术的推广应用，他将公司一层的空间分成两个部分，一半做成品展出，一半当成活动室，定期会有家长或是学校组织中小学生前来参观学习。同时，非凡士还积极与学校对接，目前已在五六十家中小学开设课程，讲授3D打印的有关知识，并定期开展一些活动。

  “我想给孩子们提供一个可以探索的平台，要保持孩子的创造力跟想象力，让孩子的想法可以有一个实践的平台，培养他们的动手能力。学习不能光是纸上谈兵，得让他们在实践中去慢慢慢慢成长。”

  他觉得，很多人把3D打印看成是无所不能的，这其实就是把这项技术夸大和神话了。身处这个行业之中，他很清醒地意识到，这个行业还是有一些技术瓶颈。受制于技术、材料、工艺等多方面的原因。不是所有东西都可以用3D打印做出来。“不能用大炮去打蚊子。用苍蝇拍打蚊子较为贴切。”

  王辉说，3D打印更适合小批量生产，所以它更应该被看成是传统制造业的一种补充，两者相互促进，不存在取代一说。例如某些物件，在前期可以用3D打印去验证，但若需要大批量生产的线D打印的成本比传统的模具注塑高得多。所以还是要依照产品需求来选择，“不同的领域需求不同，它的价值不同。我们要做的就是让3D打印的实践更贴近生活，创造更多的可能性，给大家提供更多的选择。”

  “未来3D打印将会构建出一个创新型的社会，它能激发出每一个社会成员的创造力，只要你有一台计算机，你可以在任何一个地方进行3D打印。”就3D打印的前景而言，卢秉恒院士觉得应是在太空制造中的应用，直接在太空中打印空间站需要的零件，如果这一设想可以在一定程度上完成这将会带来极大利好。

  按规划，“十三五”期间，陕西3D打印产业将实施高端设备制造、生物组织制造、大型精密部件制造与修复、普及型打印机制造等“四大工程”。依托陕西省3D打印产业技术创新联盟，力争到2020年，建成较为完善的区域增材制造科学技术创新体系和产业体系，整体技术保持国内领先水平，部分领域达到国际先进水平。

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