我國機械制造與自動化領域著名科學家，現(xiàn)為中國工程院院士，西安交通大學教授、博士生導師，任快速制造國家工程研究中心主任、國務院機械學科評議組召集人、中國機械工程學會副理事長、中國機械制造工藝協(xié)會副理事長、全國高校金屬切削機床學會理事長。

盧秉恒主要從事快速成形制造、微納制造、生物制造、高速切削機床等方面的研究，先后主持20余項國家重點科技攻關(guān)項目。曾獲國家科技進步二等獎、國家技術(shù)發(fā)明二等獎、“做出突出貢獻的中國博士學位獲得者”稱號、全國五一勞動獎章等獎項。

顛覆性技術(shù)

“3D打印是一個嶄新的技術(shù)，還有非常大的發(fā)展空間?！北R秉恒院士介紹，增材制造是近30年才發(fā)展起來的，而我們比較熟悉的鑄、鍛、焊已經(jīng)有3000年的歷史了，切割加工也具有300多年的歷史。根據(jù)2013年麥肯錫研究報告預測，在今后影響人們生產(chǎn)組織模式和社會生活的12項重大顛覆性技術(shù)中，3D打印名列第9，排在新材料和頁巖氣之前，到2030年，3D打印的效益將達到0.6～1.2萬億美元。這一預測后來又被提前，預計到2025年3D打印可能產(chǎn)生高達5500億美元的效益。美國“重振制造業(yè)計劃”在國會提出的口號就是要“在美國發(fā)明、在美國制造”，他們提出了一個指標：用一半的周期、一半的成本來完成產(chǎn)品的開發(fā)。為了實現(xiàn)這一目標，專家們提出3D打印是促進這一指標的有效手段。盧秉恒認為，3D打印正處于技術(shù)發(fā)展的井噴期，近兩三年國內(nèi)有很多大的創(chuàng)新，使非金屬制造的效率提高了幾十倍，金屬制造的效率也提高了近十倍；同時，3D打印也正處于一個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的起步期，很多企業(yè)都在加盟這個領域，普遍認為3D打印是一個很值得挖掘的一個金礦。

在盧秉恒看來，3D打印是產(chǎn)品開發(fā)的利器，它在做首件上是非常有利的?！斑^去，我們做試制的時候，最難的就是做樣件，一架新飛機的研發(fā)周期需要10～20年。有了3D打印，我們就可以免除做首件所需要的專用工卡具、刀具、模具等等，因此大大簡化了工藝流程，可以快速做出首件來進行裝配、試驗、驗證。”盧秉恒舉例，像飛機典型的結(jié)構(gòu)件大部分是框、梁、架、桁，這些東西的長度和面積都很大，但是實際上所需材料并不多，設計要求用最少的材料來實現(xiàn)最高的強度和剛度。3D打印是上述結(jié)構(gòu)非常理想的一種指導方法，它可以克服結(jié)構(gòu)件占有空間大、形狀復雜，采取切割加工時往往95%～97%的材料都會被切割掉，而且在切割加工中變形非常大，且加工所用機床的制造難度非常大等問題?！八詮倪@個角度上來說，3D打印在航空航天領域是一項顛覆性技術(shù)?！北R秉恒認為。航空航天所面對的是難加工的材料，它的復雜結(jié)構(gòu)、加工變形控制、研發(fā)周期和成本等對傳統(tǒng)制造提出了一個非常大的難題，而3D打印可以用全新的方式去對付這些難題。例如，鈦合金的切削加工是很難的，但對于3D打印來說，看問題的角度變了，反而成了最容易的成形方法。3D打印可以使材料的利用率從原來的3%、5%提高到80%、90%。另外，3D打印完全可以實現(xiàn)個性化，非常適合航空航天多品種、小批量、大型復雜結(jié)構(gòu)的制造。

盧秉恒發(fā)表講話

現(xiàn)在已經(jīng)有很多很好的案例，盧秉恒介紹道：“弗吉尼亞大學兩位學生通過3D打印技術(shù)制造出一架模型飛機并成功試飛。只花了4個月的時間，成本也只是2000美元。而就在5年前，制造這樣的塑料渦扇發(fā)動機的成本約為25萬美元，需要花上2年的時間。”

美好但不完美

“3D打印這么美好，但是我們還需要進行很多深入的研究?！北R秉恒直言。例如，用于航空領域，需要結(jié)構(gòu)件具備很好的疲勞性能，這個也是業(yè)界很多人提出置疑的問題。盡管從理論上分析，用3D打印可以獲得很好的組織結(jié)構(gòu)。比如設想，飛機發(fā)動機的葉片之所以做得好，就是因為它的溫度梯度非常高，因此它的晶粒很細。而與發(fā)動機葉片的溫度梯度（每厘米幾十度）相比較，3D打印的溫度梯度在每毫米上千度，在這么高溫度梯度下，3D打印產(chǎn)生的晶粒肯定是很細的。當然也有人不放心，認為3D打印是一點一點打印出來的，哪一點有問題它就形成了一個缺陷。盧秉恒肯定這種擔心是需要的，但他認為：“實際上在宏觀制造中，對微觀雜質(zhì)的混入是不可避免的，正如鑄造中夾雜、氣孔等缺陷，即使經(jīng)過鍛造，也只是改變了鑄造后的形狀，氣孔體積縮小一點、形狀變化一點，但仍然存在。而3D打印是在一個點上形成一個瞬態(tài)的高溫、一個瞬態(tài)的劇烈冷卻，允許產(chǎn)生缺陷的體積會非常非常小，所以應該說是最可靠的?！碑斎?，盧秉恒也表示，要達到這種可靠性必須每一點上的工藝條件都控制得非常好。但實際上，在3D打印中，激光掃描也是有慣性質(zhì)量的，由于光斑能量分布不均，因此會導致溫度場不均勻，可能會產(chǎn)生內(nèi)應力?！斑@不是傳統(tǒng)凝固學所能解決的問題，我們需要深度研究在3D打印情況下，逐點瞬態(tài)的熱力歷程及其強非平衡態(tài)機理?！北R秉恒坦言，“我們很多的短板還是在基礎研究上，如果這些難點不克服，我們對3D打印的航空件能否接受疲勞試驗還是存有疑慮的?！?/span>

此外，盧秉恒認為缺乏標準也是問題之一。3D打印的結(jié)構(gòu)件用在航空上，尤其是用在民航上，需要達到適航條件。為此需要大量的試驗來建立相關(guān)標準，在這方面，我國正在積極做好相關(guān)工作。

材料革命

“3D打印也帶來了我們材料方面的科技革命?！北R秉恒介紹，3D打印使材料從增量走向增材。單一材料的制造可以把它叫作增量制造，而3D打印的一個優(yōu)勢是把不同的材料打印一起，做成功能梯度的結(jié)構(gòu)，為我們開辟一個很大的創(chuàng)新空間，可以把材料設計在它最能發(fā)揮效益的地方。例如，表面是最耐磨、耐蝕的材料，里面是強度、剛度最好的材料，把不同的材料放在一起才是真正的增材制造。進一步設想，從增材到創(chuàng)材。美國NASA做了一個能夠耐受3315℃高溫的合金，來做“龍”飛船2號的發(fā)動機構(gòu)件，從而大大提高了發(fā)動機的功率。受這個啟發(fā)，或許可以利用3D打印來驗證材料基因組計劃研究中的方案，來制造出超高強度、超高耐溫、超強韌、超高抗?jié)竦雀鞣N不同用途的新的合金材料。

總而言之，3D打印是一個引領性的制造業(yè)共性技術(shù)，它可以支持產(chǎn)品快速開發(fā)，支持創(chuàng)新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計，支持制造模式創(chuàng)新，使制造從控形制造走向控性制造，從增量走向增材，從增材走向創(chuàng)材，從創(chuàng)材甚至走向創(chuàng)生。

產(chǎn)業(yè)生態(tài)不可限量

目前，在3D打印領域，我國的國產(chǎn)化設備銷售量基本上排世界第5，裝機應用量排第3，專利論文數(shù)量排第2，但是我們還有很多的弱項，存在產(chǎn)業(yè)規(guī)模小、缺乏核心技術(shù)和標準、缺乏各層次人才等問題。

“如何把產(chǎn)業(yè)做大，尤其是讓航空航天這種重要產(chǎn)業(yè)能從3D打印中受益，這個是我們的責任?！睘榇?，盧秉恒談及我國對增材制造行業(yè)的預測。預備在10年內(nèi)（2015~2025年）直接產(chǎn)值達到1000億元，制造業(yè)擴散效益達6000~10000億元。這將帶來打印材料的基本供應；價值大的元器件的國產(chǎn)化供應；3D打印將顯著影響產(chǎn)品設計和日用品的個性化制造；并將成為航空航天領域復雜零件的小批量制造手段。“到2035年，我們將進入第一方陣，增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模將位居世界第二，在裝備研發(fā)與生產(chǎn)、適用材料和尖端領域應用方面與美國并駕齊驅(qū)?！北R秉恒對此充滿信心。他預測，不久的將來，3D打印將從概念上的三足鼎立走向價值分享的三分天下，即便在批量生產(chǎn)方面3D打印或許沒有模具制造、切削加工那么大，但它可以制造出一些具有高端價值的產(chǎn)品，在總價值的體現(xiàn)上必將占有一定市場。