3D打印不是一般的火。然而當(dāng)你真的看到3D打印機(jī)出來(lái)的樹(shù)脂產(chǎn)品和過(guò)程的時(shí)候，恐怕還是會(huì)對(duì)這個(gè)熱門(mén)技術(shù)有一點(diǎn)失望。打印時(shí)間長(zhǎng)、精度不夠、色彩也不那么逼真。不過(guò)沒(méi)關(guān)系，這些都不阻礙3D打印成為大熱門(mén)，畢竟它仍處于初級(jí)階段，而且發(fā)展成熟以后，確實(shí)會(huì)改變制造業(yè)的生產(chǎn)方式，也會(huì)讓我們的生活發(fā)生一些變化。 當(dāng)人們都在關(guān)注3D打印的機(jī)器是如何工作的，3D打印究竟能做出什么的時(shí)候，已經(jīng)忽視了3D打印未來(lái)最賺錢(qián)的部分之一：材料。美國(guó)巨頭3D System測(cè)算，未來(lái)3年，材料部分將成為3D行業(yè)最大的利潤(rùn)來(lái)源。還記得惠普打印機(jī)是怎么賺錢(qián)的嗎？沒(méi)錯(cuò)，賣(mài)硒鼓墨盒！這是否對(duì)你讀懂3D打印行業(yè)也有些啟發(fā)呢？專(zhuān)訪(fǎng)大連理工大學(xué)材料工程系教授，博士生導(dǎo)師：姚山，一起來(lái)看看吧。
材料將更賺錢(qián)，現(xiàn)多被國(guó)外壟斷
3D未來(lái)打印技術(shù)的發(fā)展，肯定是對(duì)材料的要求越來(lái)越多，也越來(lái)越高。我國(guó)材料相關(guān)行業(yè)的發(fā)展是怎樣的？ 姚山：我認(rèn)為未來(lái)3D打印材料和技術(shù)是互相促進(jìn)互相發(fā)展的一個(gè)過(guò)程。僅僅看到奧巴馬政府支持3D打印的政策是不夠的，應(yīng)該看到他還有一個(gè)材料基因組的計(jì)劃。這兩個(gè)計(jì)劃是并行的。
材料方面要通過(guò)多尺度數(shù)學(xué)建模、計(jì)算機(jī)仿真等數(shù)字化新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)新材料的快速研發(fā)。實(shí)際上3D打印解決了材料成型的問(wèn)題，過(guò)去復(fù)雜的形狀結(jié)構(gòu)可以用新的方法來(lái)成型。
但是材料成型以后，還要解決工程應(yīng)用所必需的材料性能的問(wèn)題，除了成型性以外的其他材料性能上的要求，比如防腐、強(qiáng)度硬度等等。這就對(duì)新材料提出了要求。如果有新的材料能夠達(dá)到傳統(tǒng)工藝做出來(lái)產(chǎn)品的性能，那會(huì)很有市場(chǎng)價(jià)值。
在鑄造領(lǐng)域，3D打印可以做出來(lái)很復(fù)雜的鑄型，但是要配合新的鑄造合金，使得鑄造出的樣件性能達(dá)到傳統(tǒng)的鍛件水平或更高，就可以對(duì)工業(yè)產(chǎn)生更大影響，甚至達(dá)到“以鑄代鍛”。
鑄造有個(gè)好處就是在復(fù)雜形狀制造上有優(yōu)勢(shì)，但是在性能上不如鍛造的產(chǎn)品。如果有新的鑄造材料研制開(kāi)發(fā)出來(lái)，就可以制作高端的制件。 過(guò)去為什么不做材料的研發(fā)？因?yàn)槌尚图夹g(shù)不成熟，即使有再好的材料也無(wú)法用鑄造的方法成型。3D打印技術(shù)已提供了新的成型技術(shù)，下一步一定可以促進(jìn)新的材料的發(fā)展。
未來(lái)3D打印的材料領(lǐng)域會(huì)怎樣發(fā)展？是出現(xiàn)很多種，還是有某些通用的？
姚山：將來(lái)適應(yīng)3D打印的一些新材料肯定會(huì)層出不窮的出現(xiàn)。因?yàn)槟壳皣?guó)外的材料比較貴，國(guó)內(nèi)有些研究人員也看到了這種市場(chǎng)或者說(shuō)需求，結(jié)合自己的研究方向和特長(zhǎng)，去開(kāi)發(fā)新材料，甚至是新的材料體系。
樹(shù)脂材料主體是做模型用的，這個(gè)領(lǐng)域主要是降低成本。新的技術(shù)或新材料的產(chǎn)生會(huì)使成本下降。我相信在比較短的時(shí)間內(nèi)，大量材料會(huì)涌現(xiàn)出來(lái)。還有金屬粉，比如鈦粉、不銹鋼粉，就有人做，但是由于需求量小，成本比較高，將來(lái)金屬成形技術(shù)成熟了，這方面的成本也會(huì)下降。
目前材料價(jià)格高的主要原因還是國(guó)外的專(zhuān)利和壟斷。還有一個(gè)原因是我們需求量比較少，沒(méi)有必要自己做。按照我個(gè)人的判斷，制造業(yè)一旦重視起來(lái)，三到五年我們的需求量上來(lái)了，成本一定會(huì)下降。
我們的材料領(lǐng)域在哪個(gè)方面比較薄弱？
姚山：我目前覺(jué)得樹(shù)脂類(lèi)的材料可能比較弱。金屬粉體需求量比較小，比較高端，國(guó)內(nèi)應(yīng)該不比國(guó)外差多少。生物應(yīng)用材料大多在做基礎(chǔ)研究，既需要解決成型問(wèn)題，還要面對(duì)生物活性和生物相容性等問(wèn)題，還需要不斷探索和研究。
現(xiàn)在需求量比較大的還是常規(guī)的3D打印材料，液態(tài)樹(shù)脂的、樹(shù)脂粉、尼龍粉、蠟粉等，國(guó)外壟斷了很多，我們下一步還是應(yīng)該在這個(gè)領(lǐng)域?qū)で蟾蟮陌l(fā)展。
航空航天、汽車(chē)最成熟，生物醫(yī)療最熱門(mén)
目前做的比較成熟的是哪些行業(yè)呢？這些行業(yè)是怎樣的模式？
姚山：咱們比較成功的第一類(lèi)是航空航天，這種比較高端、復(fù)雜的行業(yè)制件，我們國(guó)內(nèi)水平和國(guó)際可以說(shuō)是相當(dāng)?shù)幕蛘哒f(shuō)是同步的。在這個(gè)體系中，水平上可能差距不大，甚至有些地方我們還比他們做得好。3D打印在這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用應(yīng)該說(shuō)是比較成熟的市場(chǎng)。
但是由于航空航天制造領(lǐng)域的特點(diǎn)，傳統(tǒng)方法工藝成本也非常高，應(yīng)用3D打印的方法，可能成本比傳統(tǒng)方法要低、制造周期更短。這樣就使得這項(xiàng)技術(shù)在這個(gè)行業(yè)發(fā)展的比較快，應(yīng)用比較成功。
另外一個(gè)成功行業(yè)是汽車(chē)行業(yè)。據(jù)我了解3D打印的市場(chǎng)份額有30%多是在汽車(chē)行業(yè)。新產(chǎn)品的研制、新車(chē)型的開(kāi)發(fā)階段大量采用了3D打印技術(shù)。汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)趨近于成熟。國(guó)內(nèi)有些汽車(chē)廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始考慮，學(xué)習(xí)國(guó)外的方法，甚至已經(jīng)引入了3D打印技術(shù)。 其實(shí)十幾年前我國(guó)汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)用了這種方法，比如說(shuō)大連柴油機(jī)采用了這個(gè)技術(shù)做過(guò)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。所以說(shuō)國(guó)內(nèi)的汽車(chē)行業(yè)對(duì)3D打印這項(xiàng)技術(shù)認(rèn)識(shí)還是比較早的，只是數(shù)量上還不夠。
汽車(chē)行業(yè)是怎樣具體應(yīng)用的呢？
姚山：首先是車(chē)體設(shè)計(jì)，新設(shè)計(jì)的車(chē)型如果做一套正規(guī)模具成本會(huì)非常非常高，可以通過(guò)3D打印技術(shù)，制造試制用的模具或者替代模具的一種產(chǎn)品來(lái)制造白車(chē)身，速度很快，成本也不高。
甚至如果只從外形來(lái)講，可以用樹(shù)脂等材料打印出來(lái)，讓大家評(píng)判、實(shí)際感覺(jué)新車(chē)的外觀，看看是不是能接受，這不是工程應(yīng)用，僅僅是看外形的，這樣可能很短時(shí)間、很低成本就能完成車(chē)型的設(shè)計(jì)。還有就是新型發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，發(fā)動(dòng)機(jī)很多都是鑄造成型的。如果要是傳統(tǒng)方法做模具去實(shí)現(xiàn)鑄造，成本很高。
用3D打印技術(shù)就可以不用模具，實(shí)現(xiàn)一些新的發(fā)動(dòng)機(jī)的試制，可以縮短周期，降低成本，尤其是縮短周期，效益更加明顯。
3D打印這項(xiàng)技術(shù)在生物應(yīng)用方面，是否和實(shí)際應(yīng)用還有很大距離？
姚山：生物醫(yī)藥的應(yīng)用是最熱門(mén)的領(lǐng)域和方向。因?yàn)樯飸?yīng)用大都是個(gè)體化的，不適合批量生產(chǎn)，比如牙齒、骨骼的修復(fù)，除了材料強(qiáng)硬度性能要求以外，還有生物相容性等問(wèn)題，而且是一個(gè)高附加值的領(lǐng)域。未來(lái)肯定是一個(gè)很重要的方向。
這里面涉及材料問(wèn)題非常多。所以我個(gè)人覺(jué)得還沒(méi)有到社會(huì)大眾應(yīng)用的狀態(tài)，除了一些假牙的制作倒是有可能。其他的比如要把金屬制成的骨骼體系和生物多種材料復(fù)合到一起打印，還沒(méi)有到實(shí)際應(yīng)用的狀態(tài)。
期待企業(yè)創(chuàng)新性投入，仍需政策引導(dǎo)
這個(gè)行業(yè)現(xiàn)在面臨的問(wèn)題是什么？需要怎樣的支持才能讓3D打印真正進(jìn)入生產(chǎn)生活？
姚山：今年科技部的支撐計(jì)劃和863計(jì)劃已經(jīng)有一些項(xiàng)目在支持3D打印。遼寧、江蘇、山東很多地方，從省里到市里，也有一些項(xiàng)目方面的支持或出臺(tái)引導(dǎo)性的政策。我現(xiàn)在個(gè)人認(rèn)為，不完全是政府認(rèn)識(shí)和政策上的問(wèn)題，主要還是企業(yè)的積極性沒(méi)有完全調(diào)動(dòng)起來(lái)。 企業(yè)是要看具體的應(yīng)用和效果，這畢竟是一個(gè)新技術(shù)，如果這項(xiàng)技術(shù)在某些企業(yè)取得了顯著效果，企業(yè)的需求量會(huì)隨之而增長(zhǎng)。企業(yè)前期做這些事情肯定投入大、成本高、有風(fēng)險(xiǎn)，政府可以通過(guò)稅收、項(xiàng)目支持、扶持政策，讓他們先做起來(lái)。只要一做起來(lái)，后續(xù)市場(chǎng)變大了，不用政府再投入了，這個(gè)市場(chǎng)也會(huì)發(fā)展的很好。所以說(shuō)引導(dǎo)很重要。
我們的企業(yè)大多是跟蹤型的，不太愿意創(chuàng)新性投入，只有少數(shù)企業(yè)，或者那些有敏感性的人，他們才愿意做這件事。但他們的投入很高。但我們的企業(yè)大多是跟風(fēng)型的，某一個(gè)企業(yè)做好了，后續(xù)很多企業(yè)都跟進(jìn)了。現(xiàn)在應(yīng)該說(shuō)是培育和孵化的階段，成熟度已經(jīng)比較高，需要一些引導(dǎo)的政策。
現(xiàn)在有一些鑄造、裝備制造企業(yè)也在和我聯(lián)系。可以說(shuō)早期認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)能帶來(lái)效益、有這個(gè)認(rèn)識(shí)的人群已經(jīng)出現(xiàn)了，但是真正能有市場(chǎng)成熟度，我判斷還需要兩三年。等這些先走一步的人群，創(chuàng)造了價(jià)值，贏得了回報(bào)，后面會(huì)有大批的人跟進(jìn)這個(gè)市場(chǎng)。
怎樣看待3D打印和傳統(tǒng)工業(yè)制造領(lǐng)域的關(guān)系？
姚山：3D打印這個(gè)技術(shù)從新產(chǎn)品研發(fā)角度講，應(yīng)該說(shuō)有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。等產(chǎn)品定型以后，到大批量生產(chǎn)，它的優(yōu)勢(shì)會(huì)變小。但是并不一定沒(méi)有應(yīng)用。比如傳統(tǒng)制造也是先把模具做出來(lái)，然后用壓力加工等方法成型。但是模具也是單件的、小批量的產(chǎn)品，如果用3D打印去做模具，就是很好的應(yīng)用。3D打印可以和傳統(tǒng)的技術(shù)有一個(gè)很好的融合，對(duì)傳統(tǒng)制造技術(shù)和工藝流程帶來(lái)一種改變。
大家不要把3D打印和傳統(tǒng)技術(shù)相對(duì)立，好像3D打印一定要取代傳統(tǒng)。不是這樣的。我覺(jué)得3D打印第一步是融合傳統(tǒng)，改變部分流程或工藝，最后可能隨著材料技術(shù)的發(fā)展，3D打印可能直接走到應(yīng)用。
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