3D打印不是一般的火。然而當你真的看到3D打印機出來(lái)的樹(shù)脂產(chǎn)品和過(guò)程的時(shí)候，恐怕還是會(huì )對這個(gè)熱門(mén)技術(shù)有一點(diǎn)失望。打印時(shí)間長(cháng)、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。 當人們都在關(guān)注3D打印的機器是如何工作的，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。美國巨頭3D System測算，未來(lái)3年，材料部分將成為3D行業(yè)最大的利潤來(lái)源。還記得惠普打印機是怎么賺錢(qián)的嗎？沒(méi)錯，賣(mài)硒鼓墨盒！這是否對你讀懂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，博士生導師：姚山，一起來(lái)看看吧。
材料將更賺錢(qián)，現多被國外壟斷
3D未來(lái)打印技術(shù)的發(fā)展，肯定是對材料的要求越來(lái)越多，也越來(lái)越高。我國材料相關(guān)行業(yè)的發(fā)展是怎樣的？ 姚山：我認為未來(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，應該看到他還有一個(gè)材料基因組的計劃。這兩個(gè)計劃是并行的。
材料方面要通過(guò)多尺度數學(xué)建模、計算機仿真等數字化新技術(shù)，實(shí)現新材料的快速研發(fā)。實(shí)際上3D打印解決了材料成型的問(wèn)題，過(guò)去復雜的形狀結構可以用新的方法來(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、強度硬度等等。這就對新材料提出了要求。如果有新的材料能夠達到傳統工藝做出來(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到傳統的鍛件水平或更高，就可以對工業(yè)產(chǎn)生更大影響，甚至達到“以鑄代鍛”。
鑄造有個(gè)好處就是在復雜形狀制造上有優(yōu)勢，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)？因為成型技術(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？是出現很多種，還是有某些通用的？
姚山：將來(lái)適應3D打印的一些新材料肯定會(huì )層出不窮的出現。因為目前國外的材料比較貴，國內有些研究人員也看到了這種市場(chǎng)或者說(shuō)需求，結合自己的研究方向和特長(cháng)，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，大量材料會(huì )涌現出來(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，國內應該不比國外差多少。生物應用材料大多在做基礎研究，既需要解決成型問(wèn)題，還要面對生物活性和生物相容性等問(wèn)題，還需要不斷探索和研究。
現在需求量比較大的還是常規的3D打印材料，液態(tài)樹(shù)脂的、樹(shù)脂粉、尼龍粉、蠟粉等，國外壟斷了很多，我們下一步還是應該在這個(gè)領(lǐng)域尋求更大的發(fā)展。
航空航天、汽車(chē)最成熟，生物醫療最熱門(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、復雜的行業(yè)制件，我們國內水平和國際可以說(shuō)是相當的或者說(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)域的應用應該說(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)，傳統方法工藝成本也非常高，應用3D打印的方法，可能成本比傳統方法要低、制造周期更短。這樣就使得這項技術(shù)在這個(gè)行業(yè)發(fā)展的比較快，應用比較成功。
另外一個(gè)成功行業(yè)是汽車(chē)行業(yè)。據我了解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。國內有些汽車(chē)廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始考慮，學(xué)習國外的方法，甚至已經(jīng)引入了3D打印技術(shù)。 其實(shí)十幾年前我國汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)用了這種方法，比如說(shuō)大連柴油機采用了這個(gè)技術(shù)做過(guò)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。所以說(shuō)國內的汽車(chē)行業(yè)對3D打印這項技術(shù)認識還是比較早的，只是數量上還不夠。
汽車(chē)行業(yè)是怎樣具體應用的呢？
姚山：首先是車(chē)體設計，新設計的車(chē)型如果做一套正規模具成本會(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)，讓大家評判、實(shí)際感覺(jué)新車(chē)的外觀(guān)，看看是不是能接受，這不是工程應用，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)型的設計。還有就是新型發(fā)動(dòng)機的研制，發(fā)動(dòng)機很多都是鑄造成型的。如果要是傳統方法做模具去實(shí)現鑄造，成本很高。
用3D打印技術(shù)就可以不用模具，實(shí)現一些新的發(fā)動(dòng)機的試制，可以縮短周期，降低成本，尤其是縮短周期，效益更加明顯。
3D打印這項技術(shù)在生物應用方面，是否和實(shí)際應用還有很大距離？
姚山：生物醫藥的應用是最熱門(mén)的領(lǐng)域和方向。因為生物應用大都是個(gè)體化的，不適合批量生產(chǎn)，比如牙齒、骨骼的修復，除了材料強硬度性能要求以外，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合到一起打印，還沒(méi)有到實(shí)際應用的狀態(tài)。
期待企業(yè)創(chuàng )新性投入，仍需政策引導
這個(gè)行業(yè)現在面臨的問(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劃和863計劃已經(jīng)有一些項目在支持3D打印。遼寧、江蘇、山東很多地方，從省里到市里，也有一些項目方面的支持或出臺引導性的政策。我現在個(gè)人認為，不完全是政府認識和政策上的問(wèn)題，主要還是企業(yè)的積極性沒(méi)有完全調動(dòng)起來(lái)。 企業(yè)是要看具體的應用和效果，這畢竟是一個(gè)新技術(shù)，如果這項技術(shù)在某些企業(yè)取得了顯著(zhù)效果，企業(yè)的需求量會(huì )隨之而增長(cháng)。企業(yè)前期做這些事情肯定投入大、成本高、有風(fēng)險，政府可以通過(guò)稅收、項目支持、扶持政策，讓他們先做起來(lái)。只要一做起來(lái)，后續市場(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，后續很多企業(yè)都跟進(jìn)了�，F在應該說(shuō)是培育和孵化的階段，成熟度已經(jīng)比較高，需要一些引導的政策。
現在有一些鑄造、裝備制造企業(yè)也在和我聯(lián)系�？梢哉f(shuō)早期認為這項技術(shù)能帶來(lái)效益、有這個(gè)認識的人群已經(jīng)出現了，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(yíng)得了回報，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，應該說(shuō)有絕對優(yōu)勢。等產(chǎn)品定型以后，到大批量生產(chǎn)，它的優(yōu)勢會(huì )變小。但是并不一定沒(méi)有應用。比如傳統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，就是很好的應用。3D打印可以和傳統的技術(shù)有一個(gè)很好的融合，對傳統制造技術(shù)和工藝流程帶來(lái)一種改變。
大家不要把3D打印和傳統技術(shù)相對立，好像3D打印一定要取代傳統。不是這樣的。我覺(jué)得3D打印第一步是融合傳統，改變部分流程或工藝，最后可能隨著(zhù)材料技術(shù)的發(fā)展，3D打印可能直接走到應用。
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