西交卢秉恒院士报告丨3D打印如何突破高端制造的瓶颈
3D打印如何突破高端制造的瓶颈？
卢秉恒院士报告完整视频
什么是3D打印
制造技术按照在制造过程中材料质量的增加或减少，可分为三种技术。等材制造、减材制造及增材制造技术。3D打印在制造过程中是将材料一点一点加起来的，因此3D打印也叫增材制造。
3D打印技术起源于20世纪80年代初，其原理是将计算机设计出的三维模型分解成一系列平面切片，通过激光电子束、粒子束等能源将材料固化熔融，而一层层累加，最终形成三维结构的物体。这种新型的制造技术可以不受环境和场地的限制，制造出任意结构复杂精益的产品，帮助人们实现传统技术难以实现的产品制造。
3D打印的优势
让高端制造省钱又省力
像航空航天、交通运输、高铁汽车，都需要把装备做到轻量化。用切削加工来去实现的话，95%至97%的材料被加工掉了，而3D打印就是哪些地方需要材料，就把材料加在哪里，是材料节约型的制造。
制造复杂精密设备手到擒来
3D打印技术可以进行任意复杂形状的设计制造。
让产品开发简单快捷
3D打印适应各种个性化定制制造需求，不需要专门的工装卡具模具，现在火箭整个壳体，火箭的连接环、燃料储箱、捆绑支架，都已经用3D打印制造，也包括飞机的机翼、导弹的壳体。天问号有几百个零件也是3D打印成功的。
“万物”皆可打印
3D打印技术可以适用各种材料，包括非金属材料、金属材料、陶瓷、复合材料等，越来越多的材料被研究用于3D打印，满足各种工程的需要。金属材料经过3D打印，打印出来的零件的强度、韧性远高于铸件，几乎和锻件差不多，有些性能甚至领先于锻件。
3D打印补短板
中国制造业的短板，我们都进行过充分的分析，首先中国制造业的产品基本上是低价位的或者中低价位的，占据价值链的中低端。高端的复杂的竞争不过国外，往往是生产能力很强，但是新产品开发的太慢太少。而一半以上产品的价值是由创新设计所决定的，有了3D打印技术，就可以大大加快自主创新进程。
加快实现产品的创新研发
用传统的制造难以实现的设计，在运用3D打印技术后，可以加快实现新产品的开发进程。
加速高端装备的开发迭代
3D打印技术为制造个性化、复杂的产品，提供了一个非常好的工具。在这个工具支撑下，高端装备的开发和迭代的速度就会大大加快。所以它成为一个高端制造业的竞争的“神器”。
提高战略性新兴产业竞争力
我国的战略性新兴产业在兴起，它在国民经济占的GDP比重也越来越高。3D打印也就是增材制造，可以使制造业更新换代更加具有竞争力。
为个性化定制提供解决方案
3D打印为中国制造业培养新的竞争优势
以3D打印为代表的数字化增材制造技术被提升到国家战略层面，2015年增材制造被列入中国制造2025需要加快研发的前沿技术装备行列。2016年国家启动实施了增材制造和激光制造重点研发专项，旨在打造3D打印技术的创新体系，支撑我国高端制造业发展。
3D打印让我国大型飞机，承载结构设计赶超国外
中国制造正在从跟踪仿制走向自主可控，现在很多方面都做到了。我国3D打印技术在大型飞机承载件上的应用已经走在了国际前列。
自主研发核心技术，避免“卡脖子”风险
在增材制造一些核心器件上，尤其是核心软件方面，我们都作了开发，所以就避免了现在中国制造业的短板。
从小到大，不断突破制造极限
3D打印制造的大型设备，我们做的尺寸的大小和我们应用的程度，跟国外几乎不相上下，有些我们还超过了国外。
增减结合，让产品更优质
我们的创新，是把增材和减材在一台设备上完成了，它的机体是五轴联动的数控机床，把一个打印头和切削头同时都集成一起，软件也是我们自己开发的，这样制造出来的零件，就是能够达到我们工业切削加工所需要的精度和光洁度。
3D打印，让制造业迎来新时代
3D打印形成批量化的制造，尤其是多品种小批量产品制造的时代已经到来。
增材制造是创新的驱动器
为了促进制造业的发展，我们也建立了制造业的创新中心，它的主要任务就是完成4级到7级成熟度之间的技术研发。由用户定义，我们应该开发哪些技术，用户急需哪些技术，这样来使我们的开发更能够顺利的推向产业化。
3D打印与生命科学
实现生物3D打印新技术的突破和应用，成为科学家们的追求。
3D打印从创新到创生
3D打印也支持我们一些科技的革命，就是我们可以通过细胞打印，通过器官再创和基因改造，来打印出我们人体的器官，来服务我们人的健康。那么我们怎么样把3D打印技术用于精准医疗呢？例如我们有一个病人受了外伤了，我们就把他的CT的数据，用一个软件叫反求物软件，把它破损那一块儿，给它重新设计出来，通到我们的3D打印机中去，我们就可以把这块骨头修补出来。
3D打印让人造器官不再是梦
以色列已经研究了能够跳动的心脏。更大的难题是怎么样使我们人造的这些器官，虽然它能活了，但是它还没有真正的活起来，真正的活起来必须和我们心脏的血管有效地联系起来，必须和我们人体的神经联系起来，必须你这些神经还都能够受我们大脑中枢神经的指挥。所以就是血管化的问题和神经化的问题，是我们做人造的活性器官可能最大的一个障碍。当然了也有材料方面的问题，也有一个器官的多种细胞的生长问题，生长或者控制这些规律，所以这些都需要交叉学科的研究。我认为在不久的将来，这些东西都可以实现。
太空中的3D打印
3D打印技术的不断进步，让人类开始尝试将探索的目光投向遥远的太空。2014年美国国家航空航天局利用3D打印技术，在国际空间站上打印出了太空制造字样的牌子，2020年5月我国长征五号运载火箭则成功将一台国内自主研发的3D打印装备送入太空，并在天空中成功实现了连续纤维复合材料的3D打印。
把3D打印搬上太空
无论现在做的登月工程，还是探测火星，太空探索一直是我们人类的梦想。我们可以不可以在太空中来利用星外的资源来进行太空制造，制造好的产品再降落到地球上，这样使我们地球能够增加更多的生活空间，能够更大规模地减少我们地球上的能量消耗，来保护我们地球的环境。
太空制造的优势
真空环境，因此不存在3D打印中材料的氧化问题。
没有热传导，3D打印所需要的能量也少。
微重力环境，太空中有可能制造成本比地球上大为降低。
太空制造三部曲
在地球上来打印宇航器。
在空间站在轨制造用于维修宇航器的器件。
在外太空来实现太空制造。
卢秉恒院士简介
卢秉恒，我国增材制造技术的奠基人，中国工程院院士、西安交通大学教授，是我国3D打印领域最早的研究者之一，也是我国3D打印领域的领军人物，被誉为“中国3D打印之父”。
长期致力于先进制造技术的研究，主要开展增材制造、生物制造、微纳制造与电子制造装备等方面的科研和教学工作。开发了国际首创的紫外光快速成型机及具有国际先进水平的机、光、电一体化快速制造设备和一系列快速模具制造技术，首倡纳米压印研究，在个性化匹配人工骨及生物活性人工骨的研究方面获得重要突破。
2018年2月，卢秉恒院士及其团队研发的“个体化下颌骨重建假体”获医疗器械注册证，这是国内首张个体化定制骨科内植物器械注册证。作为第一获奖人，2000年获国家科技进步二等奖，2005年获国家技术发明二等奖，2014年获国家技术发明二等奖。2001年获全国五一劳动奖章及蒋氏基金会科技成就奖。发表论文300多篇。
来源：增材制造硕博联盟
