現(xiàn)年88歲的前航天工業(yè)部部長林老把自己的家變成了一個(gè)3D打印實(shí)驗(yàn)室。
       記者來到林老家中做主題為3D創(chuàng)新和工業(yè)裝備升級的采訪。采訪開始前，林老先帶著記者在他家參觀了一下。不大的房間，擺了4臺(tái)規(guī)格不一的3D打印機(jī)，其中還有2臺(tái)是林老自己“攢”的，4臺(tái)打印機(jī)不分晝夜地工作，櫥柜里也擺滿了打出來的樣品：羅丹的思想者、駿馬、各種顏色的郁金香，還有飛機(jī)螺旋的葉片。
       林老開心地對記者說：“現(xiàn)在我屋里屋外都有花，外面是種的，里面是打印出來的。”
       實(shí)際上，林老家展示的幾臺(tái)機(jī)器是3D打印中最基礎(chǔ)的熔絲沉積成型，它成本低，精度不高，適合通過學(xué)校等向大眾推廣，“比如可以為孩子打些玩具”。
       “下一個(gè)階段，3D打印重點(diǎn)是要用到工業(yè)中來，通過金屬材料3D打印技術(shù)制造一些關(guān)鍵零部件。這里要用到激光束、電子束和等離子束來加工。我感覺到，激光成型技術(shù)可能會(huì)成為決定我國3D打印發(fā)展的重要一環(huán)。現(xiàn)在（國內(nèi)）用的激光頭都是美國進(jìn)口的，非常貴，而且容易受到控制。”林老告訴中國工業(yè)報(bào)記者。
       因此，林老在今年春天給中央的一份報(bào)告中建議，把3D打印技術(shù)列為國家重點(diǎn)項(xiàng)目來抓，“樹立幾個(gè)典型，以點(diǎn)帶面，不斷發(fā)展提高。”
       3D打印：與以往切削工藝相反的增材制造
       談到3D打印，必須了解它能為傳統(tǒng)工業(yè)帶來哪些新的可能。
       其實(shí)，3D打印本質(zhì)上并非印刷技術(shù)，而是一種增材制造技術(shù)，是將材料逐層添加形成制造對象的方法，與傳統(tǒng)的以切削、模具鑄造為主的制造方式完全不同。
       林老認(rèn)為，3D打印原理并不深?yuàn)W，也沒有太難的技術(shù)關(guān)鍵，它更合乎大自然的發(fā)展規(guī)律。
       “以飛機(jī)的起落架為例，我們傳統(tǒng)的方法是切削加工，它的工序第一步是要建設(shè)一個(gè)大鋼廠，可以制造出幾百噸的大鋼錠；第二步要萬噸水壓機(jī)來做鍛件，還要熱處理，用非常大的熱處理爐；第三步是粗加工，要用幾十臺(tái)大機(jī)床來完成；第四步要建設(shè)幾萬噸的模鍛水壓機(jī)，這之后還需要再經(jīng)過熱處理、粗加工、精加工，最后才能出來最終的零部件。”林老舉例說明。
       “這一工程非常漫長，而且是減法工藝，最終成形的件用料可能只占最初原材料的5%。而3D打印完全不同，它是從無到有的過程，材料幾乎可以100%用上，如果打印精度夠了，后續(xù)的精加工也可以去掉。整個(gè)加工工藝縮短了不止10倍，人力、物力成本節(jié)省得更多。這也可以充分說明3D打印的優(yōu)越性。”
       從一組具體數(shù)據(jù)來看：相對于目前國內(nèi)零部件45天以上的開發(fā)周期，3D打印技術(shù)依據(jù)零部件的復(fù)雜程度，只需要1~7天的開發(fā)周期；從用料的角度來說，目前我國利用激光打印制造的飛機(jī)中央翼根肋，傳統(tǒng)鍛件毛坯重達(dá)1607公斤，而利用激光成型技術(shù)制造的精坯重量僅為136公斤，節(jié)省了91.5%的材料。
       據(jù)介紹，目前國內(nèi)3D打印技術(shù)已在航空、軍工領(lǐng)域率先使用，國產(chǎn)J-15戰(zhàn)斗機(jī)、國產(chǎn)大型客機(jī)C919等都采用了3D打印技術(shù)來打印部分零部件，但并不是所有的制造業(yè)都適用于3D打印。
       有專家認(rèn)為，3D打印技術(shù)存在的意義不在于代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造業(yè)，而在于做傳統(tǒng)制造業(yè)不能做、很難做，以及耗時(shí)長、成本高的領(lǐng)域。利用3D打印技術(shù)可以輕松實(shí)現(xiàn)一些個(gè)性化強(qiáng)、設(shè)計(jì)復(fù)雜的產(chǎn)品，這包括精密零部件、新產(chǎn)品模具和人體器官等。
       “以汽車工業(yè)為例，做模具、做樣品、做設(shè)計(jì)驗(yàn)證，3D打印技術(shù)再合適不過了。還有個(gè)性化的汽車，隨著技術(shù)進(jìn)步，或許在不久的將來，汽車就可以實(shí)現(xiàn)小批次的個(gè)性化定制。”林老說。
       帶動(dòng)裝備工業(yè)升級 “叫3D創(chuàng)新更合適”
       林老在那份給中央的報(bào)告中，沒有用“3D打印”，而用了“3D創(chuàng)新”。
       “這一技術(shù)稱為3D創(chuàng)新更合適。因?yàn)?D打印的前提是3D設(shè)計(jì)。”林老告訴記者，“3D設(shè)計(jì)與3D打印的結(jié)合，才是3D打印產(chǎn)業(yè)基本的產(chǎn)業(yè)模式。”
       林老說，沒有好的3D設(shè)計(jì)，3D打印無法進(jìn)行。3D設(shè)計(jì)可以采取包括3D建模或3D掃描兩種方式來實(shí)現(xiàn)，也可以兩種方式相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一個(gè)好的3D模型。
       林老把3D打印稱為“3D創(chuàng)新”，還有一個(gè)重要原因就是，我國可以通過3D打印這一技術(shù)，提升傳統(tǒng)工業(yè)的創(chuàng)新能力和競爭力，在制造裝備上，也“完全可以通過3D創(chuàng)新來趕超發(fā)達(dá)國家”。
       在最近召開的全國裝備工業(yè)工作會(huì)議上公布的數(shù)據(jù)顯示，2013年我國裝備制造業(yè)產(chǎn)值規(guī)模突破20萬億元，占全球比重超過三分之一，穩(wěn)居世界首位。“20萬億的產(chǎn)值，體量已經(jīng)夠大，而且今后五年還會(huì)保持世界第一的體量，但存在的問題是創(chuàng)新力不夠，根據(jù)聯(lián)合國的排名，我國裝備制造業(yè)的綜合競爭力排名第七。”林老說。
       “這就需要不斷地技術(shù)創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)調(diào)整，3D創(chuàng)新可以在這里面起到重要作用，尤其在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、樣品試制、產(chǎn)品模具等方面，發(fā)揮巨大作用。”林老說，“若能大力開發(fā)3D創(chuàng)新等技術(shù)，提高質(zhì)量，加強(qiáng)服務(wù)，創(chuàng)建世界級品牌，在不遠(yuǎn)的將來，（裝備制造業(yè)）趕超世界先進(jìn)水平，是完全有可能的。”
       雖然林老的期望很高，但也應(yīng)該看到，目前，我國的3D創(chuàng)新仍處在初級階段。以產(chǎn)值來論，2013年美國3D創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值為30億美元，中國只有3億~4億美元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。
       在企業(yè)規(guī)模上，歐洲3D打印企業(yè)的銷售規(guī)模一般都在10億元人民幣左右，美國3D打印企業(yè)營收甚至在30億元人民幣，而國內(nèi)還沒有一家企業(yè)收入過億，甚至超過5000萬元的企業(yè)都沒有幾家。
       推進(jìn)難題：舊工業(yè)設(shè)備和工藝思維的桎梏
       未來，3D創(chuàng)新在哪里會(huì)遇到問題？這也是林老非常愿意談的一個(gè)話題。
       首先是，老設(shè)備對創(chuàng)新的桎梏。林老說：“為什么在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域不容易創(chuàng)新？因?yàn)榕f設(shè)備已經(jīng)很成熟了，成百上千萬元的投資進(jìn)去了，工人用得也很順手，一時(shí)之間很難接受新的制造手段，需要一個(gè)過程。”
       其次，增材制造的質(zhì)量到底怎么樣，也是個(gè)需要求證的問題。“雖然北航的王華明教授說，制造出來的部件比模鍛件質(zhì)量還好，但我心里還有個(gè)問號，要通過檢測設(shè)備的反復(fù)檢測來證明它。尤其是涉及到航天、航空的一些關(guān)鍵件，一定要做到萬無一失。”林老說。
       因此，如何檢測制造出來零件的強(qiáng)度和精度，以及質(zhì)量的一致性，成了一個(gè)難題，“這需要檢驗(yàn)設(shè)備、檢驗(yàn)手段都要跟上”，林老說，“但目前我國在這方面只有少數(shù)實(shí)驗(yàn)室能完成一部分的測試。”
       再其次，3D創(chuàng)新這一理念在廣大的工藝設(shè)計(jì)人員中接受度并不高，大家的思維還停留在“減法工藝”時(shí)代，這也是個(gè)大問題。“很多人，包括像我這樣的老工程師，都認(rèn)為3D很‘玄’，不敢去嘗試，實(shí)際上當(dāng)你真的去做了，會(huì)發(fā)現(xiàn)沒有那么‘玄’。”
       林老告訴記者，十幾年前，航空領(lǐng)域的一些工藝人員、科研人員就開始搞3D創(chuàng)新，但多集中在清華大學(xué)、北京航天航空大學(xué)、華中科大、華南理工、西北工大等一些高校和研究院所，普通工程師接受度較低。
       從企業(yè)層面來說，雖有不少企業(yè)，采用了熔絲、光化、粉末、激光、電子束等多種方式來做3D創(chuàng)新，但總體上都是各自為政，分散經(jīng)營，水平參差不齊，研發(fā)經(jīng)費(fèi)投入比較有限，與國外差距較大。
       建議將3D創(chuàng)新列為國家重大科技項(xiàng)目
       書接上文，林老對3D創(chuàng)新如何發(fā)展有自己的看法。
       他對中國工業(yè)報(bào)記者說，“進(jìn)行3D創(chuàng)新，首先是設(shè)計(jì)人員、工藝人員在思想上有個(gè)大的轉(zhuǎn)變。我們能不能通過媒體在全行業(yè)開展一次設(shè)計(jì)工藝大討論，抓幾個(gè)典型，讓大家意識到，原來制造還可以這么搞。”
       此外，在給黨中央、國務(wù)院的報(bào)告中，林老還提出三點(diǎn)建議：
       第一，建議黨中央、國務(wù)院把3D創(chuàng)新列為國家重中之重的項(xiàng)目，要像過去抓國家重大技術(shù)裝備一樣，狠抓100個(gè)研發(fā)創(chuàng)新重點(diǎn)，逐個(gè)突破，由點(diǎn)到面，不斷發(fā)展，不斷提高。
       “3D創(chuàng)新不是某一行業(yè)的事情，它具有普遍性，航天、醫(yī)療、汽車、船舶、消費(fèi)品都能用到，不能單叫哪個(gè)部門、哪個(gè)公司去搞。可以選幾個(gè)行業(yè)，在每個(gè)行業(yè)抓幾個(gè)典型，把這事兒帶起來。”林老說。
       第二，建議在全國大中小學(xué)播撒10萬顆3D創(chuàng)新的種子，增加教材，贈(zèng)送3D打印機(jī)，從娃娃抓起，培養(yǎng)千萬個(gè)既能動(dòng)手又能動(dòng)腦的3D創(chuàng)新能手。
       “我曾經(jīng)問過很多老朋友、老領(lǐng)導(dǎo)，他們都不了解3D打印技術(shù)，我去到學(xué)校問一個(gè)三年級的小學(xué)生知道電腦嗎，他說知道，但問3D打印，孩子完全不知道。如果能播種10萬顆種子，那相當(dāng)于為未來培養(yǎng)了10萬個(gè)3D創(chuàng)新能手，10萬人再影響10萬人，就可能是100萬甚至1000萬人。”林老說。現(xiàn)在這項(xiàng)工作已經(jīng)在南京、北京的幾個(gè)小學(xué)展開。
       第三，建議創(chuàng)建“中國3D創(chuàng)新聯(lián)合體”，組織結(jié)構(gòu)上采用虛實(shí)結(jié)合的模式，組織調(diào)動(dòng)全國的力量，并與發(fā)達(dá)國家合作共贏，趕超世界先進(jìn)水平。如，基于上述3D創(chuàng)新聯(lián)合體，再創(chuàng)建10萬臺(tái)的3D打印機(jī)，其中金屬打印機(jī)超過千臺(tái)，年產(chǎn)值可以達(dá)到100億美元。
       目前，林老的這一報(bào)告已經(jīng)得到黨中央和國務(wù)院的批示，要求有關(guān)部門要“密切跟蹤全球3D技術(shù)發(fā)展趨勢，支持國內(nèi)研究有序發(fā)展，爭取重點(diǎn)突破。”“我國若能抓住3D創(chuàng)新的先機(jī)，迎頭趕上，將對更好更快地實(shí)現(xiàn)中國夢，產(chǎn)生意想不到的重大貢獻(xiàn)。”林老說。

背景鏈接        3D打印實(shí)際上是一種增材制造技術(shù)，它是利用光固化和紙層疊等方式實(shí)現(xiàn)快速成型的一種制造方式。
       為什么叫“打印？”因?yàn)樗c普通打印機(jī)工作原理基本相同，將打印機(jī)內(nèi)裝上粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，與電腦連接后，通過一層又一層的多層打印方式，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物。
       3D打印技術(shù)每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區(qū)域噴灑一層特殊膠水，然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會(huì)迅速固化黏結(jié)，而沒有膠水的區(qū)域仍保持松散狀態(tài)。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實(shí)體模型將會(huì)被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環(huán)利用。
       3D打印是數(shù)字與物理世界的交融，它最終還是需要使用軟件去設(shè)計(jì)數(shù)字化模型，然后迅速進(jìn)行概念驗(yàn)證。打印時(shí)，軟件通過電腦輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）完成一系列數(shù)字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機(jī)上，后者會(huì)將連續(xù)的薄型層面堆疊起來，直到一個(gè)固態(tài)物體成型。
       3D打印機(jī)與傳統(tǒng)打印機(jī)最大的區(qū)別在于它使用的“墨水”是實(shí)實(shí)在在的原材料。堆疊薄層的形式有多種多樣。
       目前，美國是3D打印相關(guān)軟件開發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)者，而德國則在3D打印設(shè)備制造方面有很強(qiáng)的領(lǐng)先優(yōu)勢。