文/本刊记者   马珉    王玲    摄影/张琨

以3D打印为代表的数字化制造技术，被《经济学人》杂志认为是引发第三次工业革命的关键因素，“其将改写制造业的生产方式，进而改变产业链的运作模式”。3D打印技术从研究型大学萌芽，截至目前，已经成功地实现了商品化，必将引起整个制造业的变革。为了解3D打印技术的发展路径、现状，探讨3D打印产业的未来发展方向以及中国该如何应对3D打印带来的技术革命等问题，《高科技与产业化》杂志特别采访了西安交通大学教授——卢秉恒院士。

心之所想，技之所达

本刊记者：您是国内最早从事3D打印研究的科学家，也是最早将3D打印技术产业化的领军人物，请您对3D打印作一个概括性的描述。

卢秉恒：如果把制造技术进行分类，可以分成三类，等材制造、减材制造、增材制造。

“等材制造”是采用铸造、焊接及锻压等技术对材料进行加工，制造过程中，基本上不改变材料的量，或者改变很少。

“减材制造”是利用切削机床对毛坯进行加工，由大变小，而形成最终所需要形状的零件。

以上技术均属于传统制造技术。

而“增材制造”即3D打印技术出现于上世纪80年代，是一种利用材料累加原理，从无到有地制造零件的新型制造技术。它不仅更新了传统的制造方式。美国自然科学基金委员会将其定义为“上世纪制造工艺的一项最重要的革命性发明。”

那么3D打印技术在制造领域究竟引发了哪些改观呢？

首先，3D打印技术使产品的开发速度大幅提升。过去开发一个产品，尤其是具有复杂形状的零部件，需要大量相关工具、卡具及模具等生产准备，并配合专用的加工设备才能实现。而所开发出的产品并非一次成功,还需经过验证和市场的检验，对最初设计进行多次循环改进，才能开发出符合市场需求的新产品,过程复杂而漫长，而3D打印技术使得人们彻底摆脱了对工具、卡具等辅助加工设备的依靠，一道工序即可完成新零件部件的制造，大大加快了产品的开发进程。

其次，3D打印技术可带来设计理念的改变，过去因传统加工方式的约束，而无法实现的复杂产品制造变为可能，人们可以大大提高零部件的集成度，简化产品设计。

如飞机的一个部件，原来由300多个零件组成的一个部件，美国公司把它简化为三个零件，大大简化了设计与制造过程，提高了安全性。所以有人想象，可否用3D打印技术直接打出一架飞机来，可以大大简化飞机的制造装配过程，这个设想并非不可实现。因为3D打印技术可以将机体框架、近十万个的蒙皮铆钉及必须的焊接程序应用该技术整体打印而简化。当然，这还需要飞机设计专家的一些考证。如果从制造技术上可以达到这个程度，那么可供设计师想象的空间就非常广阔了。而对于热交换器件，也可以采用3D打印技术一次实现最理想的冷却管道和流道，提高产品的换热效率。

第三，3D打印技术可能会带来某些产品生产模式的变化。目前的大工业生产模式，一个产品的制作需要偌大的厂房、众多的机器、大量专业的设计与加工技术人员才能实现。并且，因专用装备、生产辅具等投资成本原因，产品样式有限，供客户选择的空间很小。而3D打印技术的推广与普及将使产品个性化成为可能，并带来生产的组织模式随之变化，将来的设计师不用再去工厂，他可以在家里把设计好的东西提交到云端上去，而用户可以根据自己的喜好从云端下载所需要的产品，选择它的设计结构或对外型加以改观设计，利用家用3D打印机就可加工出符合需求的产品，使得产品满足个性需求。

第四，3D打印技术对个体化产品的支持力度大大增加。以医学为例，如果有人因交通事故，需要更换钛合金的人造骨骼，以前只有大、中、小三种型号，可用而不适用，现在按照CT扫描数据建立3D原型，利用3D打印机可直接打印出百分百符合患者需求的人造骨骼。

科技的进一步发展，我们利用3D打印技术可直接打印活细胞组织，生长出符合个体需求的人工器官，实现人工器官的再造与再生。

当然，这还都是我们目前的设想，要想把它变成现实，还需要做很多的科研工作。毕竟现在使用3D打印技术制造的产品，其质量、精度、性能都还不尽人意，生物材料及微纳米材料的3D打印还需深入研究。

市场成熟，犹待时日

本刊记者：现在3D打印产业在中国的状况是什么样的？

卢秉恒：3D打印在中国大概是这样发展的：1990年代初，中国涌现出一批以高校为主的先行者，如华中科技大学、清华大学、西安交通大学。当时也不叫3D打印技术，而叫激光快速成型技术，是用树脂来做零件。我国是继欧美之后第三个可以生产快速原型装备的国家，台湾地区、新加坡等也做过这方面的研究，但因他们抗争不过美国的跨国公司，均陆续停止，而我们不仅坚持了下来了，并且取代了进口。

截止目前，我们已经做了近二十年的研究，国产产品的市场占有率由0上升为85%。

本刊记者：但实际上，我们大众并没有看到这些成绩啊。

卢秉恒：这与3D打印技术的推广应用领域有关。其前期推广局限在工业化生产领域，如汽车与家电的产品开发，该技术的专业名词是“激光快速成型”，所以大众了解不多或不知道它和3D打印是一回事。激光快速成型在沿海地区应用较多，这与沿海地区较快的生活节奏及对产品开发迫切的周期需求相关，内地相对而言普及较慢。目前，我们研发的3D打印设备已经遍及了全国二十几个省市了，主要应用于家电、汽车等领域，产品已实际深入到老百姓的生活之中，但老百姓对其背后的技术了解不多。

本刊记者：也就是说，你们的3D打印研发工作和应用一直都在进行着。而最近3D打印却很热，好像突然就出现在老百姓的眼前，这是什么原因呢？

卢秉恒：最近3D打印很热是由于两个因素：一个是金属材料直接成型上的突破，第二个原因来自于我们中国制造业成为世界第一后，引起国际广泛关注。

金融危机以来，美国也在反思他们这几年的国家策略，提出重振制造业计划。组织了能源部、国防部、商务部、自然科学基金委员会等组织，让一些专家在一起进行研究，经过投票，选出了22项最能够提升美国制造业的技术，3D打印就被评为第一项，并在报纸等媒体上进行广泛宣传。他们为了便于老百姓的理解，给3维成型形技术起了一个3维打印的名词。美国的这一动向，也引起了中国制造业的警觉，我国各有关方面也高度关注，媒体也很关注，3D打印就热了起来。

本刊记者：也就是说3D打印已经走进到大众的视野里了。

卢秉恒：我去年到美国去看，他们就推出了一款1800美元一台的3D打印机，而以前都是要几十万美元一台。这个1800美元的3D打印机做得非常粗糙，它的机器的外罩是用三合板做的。回国以后我们就商量，要生产一种大众能用的，价格适中的3D打印机。经过西安交大和陕西恒通智能机器有限公司的研发，现在这种5800人民币一台的机器，已经在网上销售了。

廉价的3D打印机出来以后，就会进入教育界，甚至进入到家庭中。青少年自己设计一个图形，然后打出来，就可以感到一种创新的愉快，很有成就感。所以我相信我们的大学，乃至我们的中小学也都会重视这种教育手段。这样，大众就对3D打印充分认识了。