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，截止目前，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。

　　本刊记者：3D打印的研究工作好像最先是在高校开始的，为什么像中国科学院这样的研究机构，反倒好像不强，这是怎么一回事？

　　卢秉恒：这个原因，我不是太清楚，但我认为可能是在中国，有100多所高校有机械工程专业，3D打印在中国发端于大学的机械制造学科很容易理解。而在中科院，好像没有专门研究机械制造技术的专业研究所。另外，3D打印往往需要材料、制造、信息诸学科的融合交叉，这一点在高校容易做到。也是原因之一。

　　本刊记者：您是3D打印的先行者，也是从传统的机械科学转过来的，经历了一个传承发展的过程，您对这方面的体会应该非常深刻吧？

　　卢秉恒：对，3D打印与传统制造有很大的不同，比如材料的制造过程就和原来不一样了。但在有些方面还是比较相像的，像金属材料的直接打印成型，实际上是接近焊接的过程。3D打印是个逐渐累加的焊接过程。但是在有些方面还是有很大的突破，例如，以前我们制造中使用的能源为电（电动机）和热，现在就变成了激光，零件制造的毛坯也变化了。传统机械制造的原材料都是钢锭、钢板、钢棒等，现在基本上是粉体材料，所以提供原材料的形式也会发生变化；另外就是整个的工艺过程不一样之后，还需要很多深入的研究。

　　不同的能源对不同的材料采取不同的工艺方法，所以这需要做很多研究工作。我们国家3D打印虽然起步不算晚，现在也已经可以进行金属材料成型的打印，但还存在一个关键问题，就是没有形成产业链。现阶段的研究开发模式基本都是：由研究装备的团队对整个产业链的各环节展开研究，没有专门针对3D打印材料、关键器件、软件进行研究的团队，也没有专门研究满足3D打印所需要的激光器。如果没有对这个产业的全方位支持，它的发展就会受到局限。产业链的所有环节都需要研发单位去考虑，什么都需要自己去做，往往有些地方受到制约。像我们专长于制造方面研究的团队，当初就要研究光敏树脂材料，经历了很多困难。因为首先就不知道光敏树脂的配方，原材料怎么弄？如果要进口，每一种原材料一公斤要几百块钱，成本很高。探索性研究很花钱，这个过程投入非常大。

　　本刊记者：那有没有和国内的相关研究机构形成专业联盟？

　　卢秉恒：现在我们国内已经形成了3D打印的联盟，有几家做研究的大学，比如华中科技大学，北京航空航天大学，西北工业大学等，还有一些由大学孵化出来的企业，再就是一些服务性的企业形成联盟，大家协同分工。

　　陕西省也组织了一个联盟。有做材料的西北有色金属材料研究院，做激光脉冲器的中国科学院西安光机所，还有做制造的西安交通大学，西北工业大学，另外就是一些社会上做软件的公司。我们组成了一个团队，相互交流，相互补充，促进发展。

　　合力推动，迎头赶上

　　本刊记者：和美国相比，我们还存在什么样的差距？

　　卢秉恒：我们在基础研发上还是要弱一些，产业上也缺乏完整的产业链，但在一些技术上还是领先的，比如大型金属零件的打印，我们可以做到，并且在飞机工业开始试用。

　　软件是3D打印很重要的组成部分。当然，开发软件也不是很容易，既要懂工艺、懂材料，又要懂计算机、懂控制，是一个综合的技术。像美国就有专业的软件公司与3D打印相配套，形成了完整的产业链，但我们国家现在还没有做到这一步。

　　本刊记者：这样看来，3D打印是发端于机械制造专业的、融合了其他学科的一门综合的交叉性制造技术，是科学发展的结果。在您看来，3D打印是否会像互联网一样引发一场工业革命，成为人们生活中不可或缺的东西？人们是否会对其产生类似计算机和互联网似的依赖？

　　卢秉恒：我估计可能到不了那个程度。互联网现在是人人离不了的工具，目前尚未看到3D打印技术会这么广泛地直接地影响人类的生活。但比如将来用3D打印技术制造的飞机零件，人们在乘坐飞机时往往不会感觉到3D打印技术的存在，但却可能实实在在地影响着我们的生活。除非我们在自己家里放一台3D打印机，自己打印所需的东西。

　　3D打印技术现在主要用来做家电。比如手机外壳，微波炉，电熨斗等等，企业开发出一个新产品，可先打印出一两百件看看市场反应，再决定是否大规模生产。一些汽车的车灯很复杂，用3D打印的方式试制就能快很多。

　　也可以这么说吧，人们都离不开制造业，在制造技术大类中，3D打印与传统技术三分天下。现在工业上应用日渐增多。有些时候，可能起到关键作用。像一家飞机制造企业，一个关键件，用传统技术实验100多次，始终不成功，用3D打印后一次就成功了。所以我们国家在航空航天制造方面，3D打印正在逐渐被接受并利用，而且都是采用我们自主的技术。

　　本刊记者：国家应该在政策上对3D打印产业有一些实质性的支持。

　　卢秉恒：是的，政策支持很重要，要给这个产业一些扶植。过去，在产业政策几近空白的情况下，这一领域发展比较艰难。一些校办企业依赖自身的力量，慢慢“滚雪球”，发展缓慢。3D打印是高技术领域，研发投入非常大，主要是人工智力成本。而眼睛能看见的材料、硬件设备等投入并不多。所以在计税的时候增值税就很高，如一个3D打印公司，产值4000多万，交税就要550万，研发投入500多万，基本没有享受研发投入的退税优惠，这可以说是我们政策上一个很大的缺失，缺乏鼓励科技创新的机制。我们也正在通过中国工程院做一些咨询课题，呼吁解决这样的问题。

　　本刊记者：您认为3D打印与传统制造业的关系未来会怎样，是否会对传统制造业形成很大的冲击，新设备的投入和旧设备的淘汰会造成很大的代价？

　　卢秉恒：制造业发展得很快，各行各业都需要加快产品研发速度，尤其是国际竞争的高技术产业。3D打印技术可以大大加快产品研发速度，另外，一些技术领域国外对我们是封锁的，我们也必须自己发展。我们是制造业第一大国，应该在设计和创新上下功夫，走向制造强国，所以这给3D打印发展带来了很好的机遇。

　　但传统的制造技术在相当长的时期，还是主流制造技术，适于大批量产品的制造。3D打印每一件的成本比较高，适合零件形状比较复杂、制造工序多的产品。3D打印一件是比较划算的，批量制造的成本则可能是传统制造技术的几倍甚至几十倍。所以3D打印适用于非常个性化的，非常复杂的产品加工，或者产品研发阶段原型的制造。我国3D打印产业相关政策在正在制定中，相信今年科技部、工信部都会发出一些指南，来支持这项事业。