3D打印是一項(xiàng)近年來(lái)快速發(fā)展的新技術(shù)。通俗地說(shuō)，只需要一個(gè)想法，一些材料，一臺(tái)3D打印機(jī)，就可以把你腦中的一切想法轉(zhuǎn)化成實(shí)物。從原理上看,它可以打印一個(gè)模具，甚至也可以是一輛汽車(chē)。

最近幾年，我國(guó)的3D打印技術(shù)發(fā)展也很快，在一些領(lǐng)域已經(jīng)走到世界前列。

零部件減重50% 工期縮短到一周 3D打印提速中國(guó)航天夢(mèng)

在北京市昌平區(qū)的一間廠房，正在生產(chǎn)著鈦合金、鋁合金、不銹鋼等多種金屬的零部件。但是與其它的冶金廠房不同，在這里，央視財(cái)經(jīng)《經(jīng)濟(jì)半小時(shí)》記者看不到金屬鍛造的大型設(shè)備，也看不到很多的技術(shù)工人操作，只看見(jiàn)一臺(tái)臺(tái)3D打印的機(jī)器在忙碌地工作著。經(jīng)過(guò)兩天時(shí)間，一個(gè)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜和精巧的鈦金屬立方體顯現(xiàn)出來(lái)。

鑫精合激光科技發(fā)展有限公司副總經(jīng)理 孫峰：鈦合金在我們冶金行業(yè)，是一種非常難成形的一種材料牌號(hào)，它的冶金工藝非常的復(fù)雜，通過(guò)我們這次3D打印工藝，把這么難做的一個(gè)鈦合金，通過(guò)我們3D打印工藝，呈現(xiàn)出這樣一個(gè)輕量化的結(jié)構(gòu)來(lái)。

在制造業(yè)中，傳統(tǒng)制造的方式是 “減材制造”，它是利用已有的幾何模型工件，用工具將材料逐步切削、打磨、減少，最終成為所需要的零件。而3D打印則恰恰相反，它是根據(jù)一個(gè)數(shù)字三維文件，在一個(gè)完全沒(méi)有任何材料的平面上，一點(diǎn)點(diǎn)逐層打印、添加材料，最終形成一個(gè)三維整體，這就是所謂的3D打印，也被稱(chēng)為“增材制造”。而金屬材料的3D打印技術(shù)門(mén)檻高，難度大，附加值高，金屬3D打印的產(chǎn)值也占到了整個(gè)３D打印行業(yè)的８０％以上。

3D打印機(jī)打出的零件，和用傳統(tǒng)方式鍛造的金屬零件相比，強(qiáng)度性能怎么樣？孫峰告訴記者，鈦合金大約有800-1000倍的一個(gè)載荷，這0.5公斤重的鈦合金的立方體，承受100公斤的壓力沒(méi)有任何問(wèn)題。

而這樣一個(gè)邊長(zhǎng)20厘米左右的立方體，如果用傳統(tǒng)的金屬鑄造工藝制造，重量至少要在5公斤以上，而這個(gè)零件的重量卻只有0.5公斤，只有以前的十分之一，大大減輕了重量，卻具備高強(qiáng)度。

正因?yàn)檫@個(gè)輕量化、高強(qiáng)度特性，目前，在我國(guó)很多飛機(jī)、船舶甚至航天器的重要零部件上，都可以見(jiàn)到金屬3D打印的身影。無(wú)論是飛機(jī)、船舶的發(fā)動(dòng)機(jī)、零部件，還是運(yùn)載火箭、空間航天飛行器、無(wú)人機(jī)等航空航天設(shè)備，金屬3D打印部件正在悄悄地取代著傳統(tǒng)制造的零件。

孫峰：它主要用于咱們航天應(yīng)用上，它的輕量化效果非常的好，整個(gè)零件它的減重達(dá)到了30%以上，它給咱們整個(gè)火箭發(fā)射這一塊，成本節(jié)約了幾百萬(wàn)，甚至上千萬(wàn)人民幣的一個(gè)效果。航天器對(duì)重量的要求十分苛刻，輕量化又有強(qiáng)度的3D打印零件，成了一個(gè)很好的選擇。航天器上很多大大小小的零件，都可以用這種結(jié)構(gòu)來(lái)替代原有的較為笨重的金屬。甚至一根頭發(fā)絲，就可以吊起來(lái)一個(gè)體積不小的衛(wèi)星上的小零件。

孫峰：新興的輕量化的小型衛(wèi)星，通過(guò)我們3D打印工藝它可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)結(jié)構(gòu)體重減輕，而且整個(gè)制造過(guò)程非常快，我們傳統(tǒng)制造業(yè)來(lái)說(shuō)，制造一顆衛(wèi)星它可能需要幾個(gè)月甚至幾年的時(shí)間，通過(guò)我們3D打印工藝實(shí)現(xiàn)整個(gè)衛(wèi)星的機(jī)構(gòu)，可能只需要十幾天的時(shí)間，一顆小的衛(wèi)星可以打出來(lái)。

不僅可以在輕盈精巧的方面可以完勝，3D打印也在顛覆著大型金屬部件的制造方式。在另一間廠房里，一個(gè)大型的鈦合金航天器零件，即將在這臺(tái)由中國(guó)民營(yíng)企業(yè)自主研發(fā)的大型金屬3D打印機(jī)里誕生。

鑫精合激光科技發(fā)展有限公司總經(jīng)理 李廣生：整個(gè)零件的直徑是將近4米，這么大的一個(gè)投影面積的一個(gè)鈦合金，靠傳統(tǒng)的工藝用這個(gè)模鍛就是很難加工出來(lái)的，我們這個(gè)3D打印可以很輕松解決這個(gè)問(wèn)題。

與小型的精密的金屬3D打印機(jī)的技術(shù)不同，大型的打印機(jī)采取了另一種不同的技術(shù)方式——同軸送粉工藝。而中國(guó)在這項(xiàng)技術(shù)上已經(jīng)走在了世界的先列。目前，能用3D打印技術(shù)制造出達(dá)到鍛造水平的金屬部件的國(guó)家，只有德國(guó)、美國(guó)、中國(guó)等少數(shù)幾個(gè)。而鑫精合批量制造大型鈦金屬結(jié)構(gòu)件的能力已經(jīng)在國(guó)際領(lǐng)先。

這種激光“打印”金屬粉末的工藝，使得金屬材料冷卻凝固速度極快，組織細(xì)小，力學(xué)性能優(yōu)異，也具備了像鍛件一樣的高強(qiáng)度。

直徑4米的航天器部件拆分成6個(gè)2米左右的大零件，一一3D打印并加工后，再進(jìn)行整體焊接。在過(guò)去，這樣巨大的金屬件從開(kāi)模具到鍛造，再到機(jī)械加工，是個(gè)非常浩大的工程，通常需要一年時(shí)間才能完成，而用3D打印的方式，僅需要3-6個(gè)月。經(jīng)過(guò)25天的連續(xù)打印，這個(gè)大型的鈦合金零件即將生產(chǎn)完成。

這個(gè)巨大的鈦合金零件，即將用在載人航天器上的飛行員返回艙，它要承受返回艙穿過(guò)大氣層，著陸地面的巨大沖擊力，所以對(duì)金屬部件的性能要求也是極為苛刻。工作人員們對(duì)3D打印出來(lái)的金屬性能一一進(jìn)行檢測(cè)，顯示金屬?gòu)?qiáng)度已經(jīng)超過(guò)客戶(hù)提出指標(biāo)的5%以上。

在中國(guó)航天科技(000901,股吧)集團(tuán)五院的展廳，央視財(cái)經(jīng)《經(jīng)濟(jì)半小時(shí)》記者看到了“嫦娥三號(hào)”的著陸器，里面裝載著“玉兔號(hào)”的月球車(chē)，也就是巡視器。這些航天器對(duì)于減少重量的要求，可謂是嚴(yán)苛之極，因?yàn)槊吭黾右豢说闹亓浚蜁?huì)給發(fā)射帶來(lái)很高的成本，并且會(huì)加大航天項(xiàng)目的復(fù)雜性，甚至直接影響到整個(gè)方案的可行性。為了減輕每一克的重量，他們從材料和結(jié)構(gòu)上想了任何可能的辦法。

中國(guó)航天科技集團(tuán)五院總體部增材制造技術(shù)項(xiàng)目經(jīng)理 張嘯雨：這個(gè)就是我們目前工程上最輕的材料，叫蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)里面全部是蜂窩，然后上下的面用的是碳纖維。這種碳纖維非常昂貴，它的一公斤差不多要比那個(gè)同等重量的黃金還要貴一些。

碳纖維材料，加之蜂窩狀的結(jié)構(gòu)，這幾乎已經(jīng)達(dá)到了減重的極限，但是工程技術(shù)人員對(duì)此還是不滿意，他們希望重量再降低一些。3D打印鈦合金將大顯身手。

張嘯雨：第一個(gè)就是從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，相比以前這種結(jié)構(gòu)形式，我們有的零件甚至說(shuō)減重超過(guò)30%到50%；第二個(gè)就是它的周期，原來(lái)比如說(shuō)我們一個(gè)零件可能需要3到5個(gè)月，甚至說(shuō)是快點(diǎn)的話也得45天到60天這樣一個(gè)情況，現(xiàn)在我們用3D打印，有些零件可能我們大概需要一周就可以干出來(lái)。

重量大大減輕，工序大大減少，3D打印對(duì)于航天器的改善顯而易見(jiàn)。無(wú)論是嫦娥三號(hào)的著陸器件，還是載人航天器的大型返回艙，用３D打印的新制造方式來(lái)替代，都會(huì)有非常明顯的效果。張嘯雨告訴記者，他們目前已經(jīng)有60-100件產(chǎn)品完成了制造階段，正在開(kāi)始做力學(xué)實(shí)驗(yàn)。

200億元基金支持制造業(yè)升級(jí) 3D打印迎來(lái)產(chǎn)業(yè)大發(fā)展在采訪前，我們可能真的想象不到，金屬3D打印，這個(gè)似乎離我們很遙遠(yuǎn)的技術(shù)是如此的神奇。從飛機(jī)、船舶的機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)，到探索太空的火箭、衛(wèi)星、月球車(chē)等等，3D打印都能一展身手。那么3D打印還會(huì)對(duì)哪些產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大的影響呢？

李寧是沈陽(yáng)精合數(shù)控科技開(kāi)發(fā)有限公司的一位技術(shù)工人，李師傅從事機(jī)械加工已經(jīng)有18年了，是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的老師傅。一大早，他來(lái)到自己的工位上，開(kāi)始加工今天的工件。

沈陽(yáng)精合數(shù)控科技開(kāi)發(fā)有限公司技術(shù)工人 李寧： 我們以前這個(gè)零件全是毛料狀態(tài)的，全是一個(gè)斷面，重量很大，幾乎有五六百公斤，現(xiàn)在廠家已經(jīng)更改成3D打印件了，余量幾乎很少。我們加工周期特別短。

近幾年，李師傅加工的工件變得不同了。過(guò)去的原料幾乎都是整塊的材料，加工前需要從500-600公斤一點(diǎn)點(diǎn)切削，而現(xiàn)在3D打印后的待加工零件，只需要少量的工序進(jìn)行機(jī)械加工，原件也只有不到100公斤，工作量大大減少，原來(lái)十天才能加工完的一個(gè)零件，現(xiàn)在兩天就可以加工完了，李師傅感到很輕松。不僅如此，原來(lái)老師傅帶徒弟要將近兩年才能出徒，現(xiàn)在只需要一兩個(gè)月就能進(jìn)行操作了。

在這家企業(yè)里，3D打印后機(jī)械加工零件的訂單越來(lái)越多，鑫精合集團(tuán)的董事長(zhǎng)李澄，為我們展示了一個(gè)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的飛機(jī)零件。

鑫精合集團(tuán)的董事長(zhǎng) 李澄：用鍛造將大家能看到的格子整個(gè)要做成方塊，我們通過(guò)3D打印可以把這些只單邊留五毫米，大大的縮小了材料的浪費(fèi)，提高了材料的利用率。另外，在加工的時(shí)間上面也可以縮短很多時(shí)間，大概加工周期能比原來(lái)縮短50%。

已經(jīng)是接近傍晚六點(diǎn)，沈陽(yáng)精合數(shù)控科技開(kāi)發(fā)有限公司的廠房里還是一片忙碌，李澄告訴我們，由于現(xiàn)在越來(lái)越多的航空航天企業(yè)，對(duì)于3D打印的金屬零件有很大的需求，目前訂單是產(chǎn)能的兩倍，他們正24小時(shí)連軸趕工。

2015年，李廣生所學(xué)的專(zhuān)業(yè)就是飛行器制造，在他接觸金屬增材制造技術(shù)后，感到非常興奮，很快投身到激光技術(shù)的技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用之中，李廣生和同學(xué)找到了李澄，希望跟他合作，做一家3D打印的制造企業(yè)，從前端的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)，到打印，最后到機(jī)械加工為成品零件。

鑫精合激光科技發(fā)展有限公司副總經(jīng)理 李廣生：國(guó)內(nèi)當(dāng)時(shí)那個(gè)情況下很多資本并不看好，看衰制造業(yè)。我想賣(mài)房子創(chuàng)業(yè)的這個(gè)行為，當(dāng)時(shí)在這個(gè)網(wǎng)上有一個(gè)橋段，第一傻就是賣(mài)房創(chuàng)業(yè)，可能我就屬于第一類(lèi)人，但是我這個(gè)行為呢還是打動(dòng)了這個(gè)投資人。

2017年8月，李廣生的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)完成了B輪的融資，得到了國(guó)家先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)投資基金一個(gè)億的投資。國(guó)家先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)投資基金，是經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，發(fā)展改革委、財(cái)政部、工業(yè)和信息化部牽頭發(fā)起，聯(lián)合幾家投資主體共同出資設(shè)立的，目標(biāo)是支持中國(guó)制造2025的工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。該基金首期規(guī)模200億元已經(jīng)落實(shí)了投資，鑫精合也在其中之列。

對(duì)于這個(gè)團(tuán)隊(duì)，投資人也寄予了厚望，雖然一個(gè)3D打印是一個(gè)新興行業(yè)，但是它對(duì)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)格局的推動(dòng)絕對(duì)不可小覷。國(guó)家先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)基金的管理者們也開(kāi)始了對(duì)3D打印制造業(yè)的規(guī)劃和布局。

國(guó)投創(chuàng)新基金管理有限公司總經(jīng)理 白國(guó)光：我們也在探索，希望結(jié)合國(guó)家在促進(jìn)制造業(yè)發(fā)展上做一些努力，去能夠使得這種新的技術(shù)應(yīng)用，盡快的跟產(chǎn)業(yè)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)去結(jié)合。促進(jìn)企業(yè)的戰(zhàn)略、人才、資源，包括上下游的這種通過(guò)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，通過(guò)供應(yīng)鏈的協(xié)同來(lái)去促進(jìn)這些優(yōu)勢(shì)的企業(yè)的發(fā)展。

為了讓3D打印更好地服務(wù)于制造業(yè)，也讓自己的企業(yè)能夠在技術(shù)核心上邁進(jìn)一步，李廣生經(jīng)常和一些學(xué)校、科研院所來(lái)交流，希望能在3D打印工藝上繼續(xù)建立自己的核心優(yōu)勢(shì)。2017年，北京工業(yè)大學(xué)設(shè)立了3D打印專(zhuān)業(yè)的碩士和博士學(xué)位，這對(duì)于求才若渴的3D打印企業(yè)來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息。

3D打印產(chǎn)業(yè)的熱度，不僅可以從對(duì)人才的需求中感受到，市場(chǎng)端也在發(fā)生變化。從原來(lái)的束之高閣，到現(xiàn)在，航空航天、軍工等越來(lái)越多的制造產(chǎn)業(yè)，也都開(kāi)始對(duì)3D打印產(chǎn)生了興趣。汽車(chē)市場(chǎng)，就是3D打印企業(yè)盯上的下一個(gè)新市場(chǎng)。

福田汽車(chē)(600166,股吧)研究院院長(zhǎng) 高巖：因?yàn)橐郧暗目焖俪杉?，一個(gè)是周期比較長(zhǎng)，像我們這個(gè)試制，一套模具，一個(gè)車(chē)的模具都是投入幾千萬(wàn)上億，甚至一兩個(gè)億，每一套工序模具都很大，一個(gè)大的模具件現(xiàn)在就要好幾百萬(wàn)，上千萬(wàn)。

高巖給我們算了一筆賬，過(guò)去他們研發(fā)一個(gè)車(chē)型，都是要投入數(shù)千萬(wàn)元的成本，與研制汽車(chē)開(kāi)模具相比，一臺(tái)數(shù)百萬(wàn)元的3D打印設(shè)備顯然要?jiǎng)澦愫头奖闾嗔恕?/span>

隨著越來(lái)越多的企業(yè)了解到３D打印，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)師愿意運(yùn)用３D打印的生產(chǎn)手段，未來(lái)的金屬3D打印還可以有更廣闊的市場(chǎng)前景。