盧秉恒院士縱論中國制造2025與3D打印

在科技創(chuàng)新大講堂上，中國工程院院士、西安交通大學教授盧秉恒作了《中國制造2025與3D打印》的專題講座。盧院士在報告會上介紹了我國制造業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、中國制造2025發(fā)展規(guī)劃、世界3D打印主流技術(shù)和將帶來的科技重大突破等內(nèi)容。

　　中國制造2025與協(xié)同創(chuàng)新

　　盧秉恒指出，比較中、德、美三國，德國的工業(yè)優(yōu)勢在于質(zhì)量過硬、基礎(chǔ)雄厚、工藝嚴謹；美國的優(yōu)勢在于社會創(chuàng)新、高科技優(yōu)勢、集全球資源與精英；中國的重要優(yōu)勢在于擁有一個比較完整的工業(yè)體系、內(nèi)需市場巨大、人力資源豐富。

　　他認為，面對我們存在的階段性差距，中國需要追趕與跨越并舉，必須發(fā)揮政府科學而有力的調(diào)控作用，匯集有限的社會資源，做好協(xié)同創(chuàng)新。

　　盧院士建議我國可參考德國組建科研機構(gòu)、美國組建制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)做法路徑，探索適用我國國情及能實現(xiàn)中國制造2025任務(wù)的道路，建設(shè)一批協(xié)同社會創(chuàng)新資源，為產(chǎn)業(yè)提供核心技術(shù)與共性技術(shù)的創(chuàng)新中心，避免科技資源的浪費和低水平的重復研究。

　　在產(chǎn)學研協(xié)同方面，企業(yè)要成為投資研發(fā)、應用成果、集成成果的主體。產(chǎn)學研形成長效合作機制，把科研機構(gòu)、人員與企業(yè)創(chuàng)新的積極性調(diào)動和發(fā)揮出來。

　　在全社會的協(xié)同機制方面，應加強科技計劃協(xié)同，按技術(shù)成熟度，各部委分工協(xié)作，各計劃形成接力。國家科研計劃應以標準、基礎(chǔ)研究為先，重視產(chǎn)業(yè)化共性技術(shù)，以創(chuàng)新思想、發(fā)明專利為評審依據(jù)。

　　在金融與科技、產(chǎn)業(yè)的協(xié)同方面，改善制造業(yè)的資金環(huán)境。目前我國制造企業(yè)貸款利率往往達7-8%，而制造企業(yè)的純利潤一般低于我國的貸款利率。引導金融資金更多更快地流向?qū)嶓w經(jīng)濟、流向有潛力的先進制造業(yè)，加強資金對創(chuàng)新的支持力度，讓創(chuàng)新力量及時得到資金支持，是中國制造2025能否順利實施的重要關(guān)鍵問題。

　　在人才協(xié)同方面，建立正確的學科評估標準，引導創(chuàng)新與工程能力培養(yǎng)。中國制造2025還需要培養(yǎng)一批工業(yè)4.0時代的企業(yè)家和科技領(lǐng)軍人，既精通制造工藝，又具有互聯(lián)網(wǎng)思維，能充分利用社會創(chuàng)新資源。創(chuàng)新型社會還需要一大批創(chuàng)客、極客，需要馬斯克式的人物，有濃厚的科學興趣和強烈的創(chuàng)新欲。

　　3D打印成為制造業(yè)戰(zhàn)略高地

　　中國制造2025的主攻方向和帶動性技術(shù)是發(fā)展智能制造。智能制造主要是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和底層智能化兩部分；其中，底層智能化主要包括機器人、智能制造裝備和3D打印。

　　盧秉恒認為，如果說機器人是今天的技術(shù)，那么3D打印是更加深刻影響今天和明天、乃至后天的技術(shù)。3D打印制造有如下特點與優(yōu)勢：

　　支持產(chǎn)品快速開發(fā)。3D打印直接由設(shè)計數(shù)據(jù)驅(qū)動，不需要傳統(tǒng)制造必須的工裝夾具模具制造等生產(chǎn)準備，編程簡單。在產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計與設(shè)計驗證中，特別方便。

　　節(jié)材制造。3D打印屬于增材制造，僅在需要的地方堆積材料，材料利用率接近100%。如航空航天等大型復雜結(jié)構(gòu)件采用傳統(tǒng)切削加工，往往95%-97%的昂貴材料被切除。

　　個性化制造。可以快速、低成本實現(xiàn)單件制造，使單件制造的成本接近批量制造。特別適合個性化醫(yī)療和高端醫(yī)療器械，如人工骨、手術(shù)模型、骨科導航模板等。

　　再制造。用于修復磨損零部件的再制造，如飛機發(fā)動機葉片、軋鋼機軋輥等，以極少的代價，獲得超值。應用在軍械、遠洋輪、海洋鉆井平臺、乃至空間站的現(xiàn)場制造，具有特殊的優(yōu)勢。

　　開拓創(chuàng)新設(shè)計的新空間。可以制造傳統(tǒng)制造技術(shù)無法實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，為設(shè)計創(chuàng)新提供了非常大的創(chuàng)新空間。可以將數(shù)十個、數(shù)百個甚至更多的零件組裝的產(chǎn)品一體化一次制造出來，大大簡化了制造工序，節(jié)約了制造和裝配成本。以3D打印新工藝的視角對產(chǎn)品、裝備再設(shè)計，可能是3D打印為制造業(yè)帶來的最大效益所在。

　　3D打印已經(jīng)成為創(chuàng)客最歡迎的工具，將有力促進大眾創(chuàng)新，萬眾創(chuàng)業(yè)。GE公司在網(wǎng)上發(fā)布了一條消息，挑戰(zhàn)3D打印，將飛機的一個零部件讓創(chuàng)客設(shè)計，第一名只用了原始結(jié)構(gòu)的1/6的重量就完成了全部測試，而設(shè)計者是19歲的年輕人。亞馬遜利用網(wǎng)絡(luò)銷售3D打印商品，營業(yè)額已達數(shù)十億美元，利潤30%。所以互聯(lián)網(wǎng)+3D打印=萬眾創(chuàng)新、萬家創(chuàng)業(yè)的最佳技術(shù)途徑。

　　創(chuàng)材。3D打印制造出了耐溫3315℃的高溫合金，用于龍飛船2號，大幅度增強了飛船推力。利用3D打印高能束的集中能量，以3D打印設(shè)備作為材料基因組計劃的研制驗證平臺，可以開發(fā)出超高強度、超高韌性、超高耐溫、超高耐磨的各種優(yōu)秀材料，增材制造變成為創(chuàng)材技術(shù)。

　　創(chuàng)生。應用于組織支架制造、細胞打印等技術(shù)，實現(xiàn)生物活性器官的制造，一定意義上的創(chuàng)造生命。為生命科學研究和人類健康服務(wù)。

　　盧秉恒說，“創(chuàng)材與創(chuàng)生，無疑是將要為材料科學和技術(shù)、生命科學和醫(yī)療技術(shù)、為制造業(yè)帶來巨大顛覆性變革。我們現(xiàn)在就需要布局，爭取搶占這一戰(zhàn)略性高地。”

　　中國3D打印現(xiàn)狀與突破方向

　　據(jù)盧秉恒介紹，目前，中國在3D打印方面的研究方面處于國際前列，論文和申請專利的數(shù)量處于世界第二。在應用方面，我國工業(yè)級設(shè)備裝機量居全世界第四，但金屬打印的商業(yè)化設(shè)備及國產(chǎn)工業(yè)級裝備的關(guān)鍵器件還主要依靠進口。工業(yè)級3D打印材料的研究剛剛起步，除了個別研發(fā)能力強的公司研發(fā)了少量材料外，3D打印的材料基本依靠進口。

　　他表示，3D打印是從質(zhì)和量兩方面對國家戰(zhàn)略地位和今后的科技發(fā)展都產(chǎn)生重大影響的技術(shù)，目前正處于一個技術(shù)的井噴期、產(chǎn)業(yè)的起步期、企業(yè)的跑馬圈地期。

　　盧院士認為，“從產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度來看，我們發(fā)展得太慢。美國有兩家最大的3D打印公司，今年達到近10億美元的規(guī)模。而我們企業(yè)基本是校辦企業(yè)起家，最多1個多億人民幣產(chǎn)值。現(xiàn)在進口設(shè)備正大舉進攻中國市場，在金屬打印裝備領(lǐng)域，國外采用材料、軟件、設(shè)備、工藝一體化捆綁銷售。中國必須研發(fā)核心技術(shù)與原創(chuàng)技術(shù)，打造自己的創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈。”

　　3D打印的任意性為產(chǎn)品和裝備的創(chuàng)新設(shè)計開辟了巨大的空間，為各行業(yè)會帶來巨大的效益。盧秉恒建議，中國應該抓緊標準的研究，3D打印的數(shù)據(jù)標準可能影響到裝備和應用兩個方面。在航空件和高端醫(yī)療器械方面，要積極研究面對3D打印個性化制造產(chǎn)品準入的標準，以有利于新技術(shù)的應用。此外，要加強基礎(chǔ)研究，發(fā)展原創(chuàng)技術(shù)，顯著提升打印件的質(zhì)量和打印效率等方面有創(chuàng)新技術(shù)；要建立創(chuàng)新體系，為企業(yè)提供核心技術(shù)和共性技術(shù)；要攻克關(guān)鍵核心器件，打造產(chǎn)業(yè)鏈；要引導金融資本，助推3D打印企業(yè)做大做強，形成若干個具備國際競爭規(guī)模的企業(yè)。