想定制個(gè)性化的產(chǎn)品？告訴機(jī)器你的想法，幾秒鐘后，成品就會(huì)出現(xiàn)在你面前！這是美國(guó)科幻小說(shuō)家羅伯特·希克利在《萬(wàn)能制造機(jī)》中描繪的場(chǎng)景。

    如今，3D打印技術(shù)已經(jīng)讓這一幕變成現(xiàn)實(shí)。作為科技界的“當(dāng)紅明星”，3D打印已遍及航空航天、醫(yī)療、食品、服裝、玩具等各個(gè)領(lǐng)域，在拓展自身領(lǐng)地的同時(shí)，也潛移默化地改變著人們對(duì)制造業(yè)的觀念。

    中國(guó)坐標(biāo)

    國(guó)內(nèi)3D打印雖然科研水平位居世界前列，但在工藝裝備、工程應(yīng)用等方面還有很大發(fā)展空間，相關(guān)市場(chǎng)發(fā)展緩慢

    今天，人們對(duì)3D打印已不再陌生。近日，記者走進(jìn)中科院自動(dòng)化所3D打印研究室，目睹了傳說(shuō)中的“造夢(mèng)工廠”。

    在中科院自動(dòng)化所3D打印研究室里，5臺(tái)顏色、型號(hào)各異的機(jī)器一邊有條不紊地工作著，一邊發(fā)出“嗞嗞嗞”的響聲，仿佛演奏著一曲機(jī)器人交響樂(lè)。在室內(nèi)一側(cè)靠墻的柜子里，已經(jīng)擺滿了打印好的鳥巢、化學(xué)分子模型和手機(jī)外殼、插座等產(chǎn)品。

   “把你想要產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)到3D打印機(jī)中，然后操作3D打印機(jī)執(zhí)行打印命令，就可以把塑料、樹脂等材料進(jìn)行層層打印，最終形成產(chǎn)品。”該研究室沈震博士向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者介紹說(shuō)。

    面向小微組織和草根群體的個(gè)性化定制只是3D打印的一部分。事實(shí)上，在全球3D打印競(jìng)爭(zhēng)最激烈的生物醫(yī)療、航空航天領(lǐng)域，我國(guó)已涌現(xiàn)出一批創(chuàng)新型研究群體，很多成果在全球平臺(tái)上已經(jīng)可圈可點(diǎn)，在臨床醫(yī)療、產(chǎn)品開發(fā)等方面發(fā)揮著重要作用。

    在生物制造領(lǐng)域，西安交大1998年開始研發(fā)活體骨骼3D打印技術(shù)，該校2001年就實(shí)施了國(guó)內(nèi)第一例3D打印頜面修復(fù)手術(shù)；華南理工大學(xué)在個(gè)性化的牙科舌側(cè)正畸托槽3D打印方面已拿到注冊(cè)許可證，上百套定制化托槽產(chǎn)品已銷往歐洲、非洲國(guó)家。

    在工業(yè)制造領(lǐng)域，清華大學(xué)在世界上率先完成無(wú)木模鑄型制造工藝；北京航空航天大學(xué)的研究使我國(guó)成為世界上唯一突破飛機(jī)鈦合金大型主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)并實(shí)現(xiàn)裝機(jī)應(yīng)用的國(guó)家；華中科技大學(xué)已研發(fā)出全球最大的砂型“3D打印機(jī)”。

   “中國(guó)3D打印只比美國(guó)晚了幾年，3D打印技術(shù)研究與發(fā)展幾乎與世界同步，在一些領(lǐng)域已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平。”中國(guó)工程院院士盧秉恒此前在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。

    盡管如此，盧秉恒同時(shí)指出，我國(guó)3D打印同樣存在瓶頸和制約因素。縱向來(lái)看，我國(guó)僅有幾所大學(xué)在搞研發(fā)，各家都是單打獨(dú)斗，沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)鏈；同時(shí)，國(guó)內(nèi)在研發(fā)上投入少、底子薄，制約了研發(fā)開展。橫向來(lái)看，國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)雖然科研水平位居世界前列，但在工藝裝備、工程應(yīng)用等方面還有很大的發(fā)展空間，相關(guān)市場(chǎng)發(fā)展緩慢。

    全球格局

    作為未來(lái)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向，3D打印不僅代表著制造業(yè)發(fā)展的契機(jī)，同時(shí)也給設(shè)計(jì)、材料等領(lǐng)域帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇

    當(dāng)前，全球3D打印研究方興未艾。英國(guó)《每日郵報(bào)》關(guān)于3D打印的最新報(bào)道顯示，與傳統(tǒng)上成本高達(dá)2.99萬(wàn)元人民幣、耗時(shí)數(shù)周的義眼制造法相比，該國(guó)Fripp設(shè)計(jì)公司研制的新型義眼3D打印方法每小時(shí)能生產(chǎn)150顆義眼，且成本低至約合人民幣996元。

   “從傳統(tǒng)減材制造技術(shù)到增材制造，3D打印顛覆了傳統(tǒng)制造業(yè)的理念，具有制造成本低、生產(chǎn)周期短、個(gè)性化等優(yōu)勢(shì)。”西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任李滌塵在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說(shuō)。

    正因如此，3D打印被譽(yù)為第三次工業(yè)革命最具標(biāo)志性的生產(chǎn)工具。如果從1986年美國(guó)科學(xué)家查爾斯·哈爾開發(fā)的第一臺(tái)商業(yè)3D印刷機(jī)算起，3D打印至今已走過(guò)27年。隨著各種加式制造技術(shù)大量出現(xiàn)，3D打印正在對(duì)制造業(yè)產(chǎn)生著顛覆性的影響。

    在軍事國(guó)防領(lǐng)域，美國(guó)在2012年把3D打印技術(shù)引入阿富汗戰(zhàn)區(qū)，現(xiàn)場(chǎng)為士兵打印工具和設(shè)備；在航空航天領(lǐng)域，英國(guó)南安普敦大學(xué)工程師利用3D技術(shù)打印出世界上第一架無(wú)人飛機(jī)“SULSA”；在個(gè)人生活領(lǐng)域，各國(guó)研究百花齊放，如巴黎時(shí)裝周上3D打印的比基尼、西班牙科學(xué)家發(fā)明的3D食物打印機(jī)、比利時(shí)工程師利用3D打印機(jī)制造的全尺寸賽車……

    五花八門的應(yīng)用顯示著3D打印的非凡熱度。作為未來(lái)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向，它不僅代表著制造業(yè)發(fā)展的契機(jī)，同時(shí)也給設(shè)計(jì)、材料等領(lǐng)域帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇。

    以設(shè)計(jì)為例，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司總工程師楊海成在近日舉辦的“全國(guó)3D大賽”上向《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者表示：“3D打印技術(shù)的出現(xiàn)使得飛機(jī)這類大型、復(fù)雜產(chǎn)品可以一次性整體打印出來(lái)，極大地釋放了設(shè)計(jì)空間。”

    也正因?yàn)槿绱?，各?guó)已圍繞3D打印展開角逐。美國(guó)通過(guò)簽署制造業(yè)促進(jìn)法案號(hào)召美國(guó)企業(yè)回國(guó)創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)，并斥資170億美元推出“美國(guó)制造”一攬子計(jì)劃，希望使制造業(yè)重返美國(guó)。

   而歐洲航天局2013年公布的月球基地計(jì)劃藍(lán)圖已開始設(shè)想利用3D打印技術(shù)將月球上的原始土壤轉(zhuǎn)變成建筑材料。“如果不計(jì)國(guó)防軍事投入，歐洲在3D研發(fā)方面的投入要大于美國(guó)。”中科院自動(dòng)化所復(fù)雜系統(tǒng)管理與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王飛躍說(shuō)。

     破局之策

    在保證安全的前提下，應(yīng)制定有助于推進(jìn)新技術(shù)發(fā)展的政策。否則，中國(guó)的科學(xué)研究就會(huì)陷入反復(fù)追趕的怪圈

    3D打印已經(jīng)開創(chuàng)了一條前途光明的制造新路，如何走好這條路對(duì)于中國(guó)制造業(yè)未來(lái)的發(fā)展極為關(guān)鍵。

    華南理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授楊永強(qiáng)在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，我國(guó)在3D打印裝備和元器件研發(fā)、基礎(chǔ)研究等方面仍不容樂(lè)觀。3D裝備的核心零部件如光學(xué)系統(tǒng)、設(shè)計(jì)軟件等很多都要進(jìn)口，一些重要材料也要依賴國(guó)外。

    楊永強(qiáng)認(rèn)為，這既與我國(guó)制造業(yè)發(fā)展急功近利、喜歡做短平快的技術(shù)和產(chǎn)品有關(guān)，也與國(guó)家導(dǎo)向過(guò)分強(qiáng)調(diào)產(chǎn)業(yè)化和經(jīng)濟(jì)效益，忽視基礎(chǔ)研究有關(guān)。

   “3D打印技術(shù)本身內(nèi)涵很多，難題也很多?，F(xiàn)在的問(wèn)題是恨不得今天結(jié)婚，明天就生孩子，拔苗助長(zhǎng)。”楊永強(qiáng)說(shuō)。

    與此同時(shí)，就當(dāng)前全球市場(chǎng)份額來(lái)看，美國(guó)是3D打印的領(lǐng)導(dǎo)者，有成熟的技術(shù)和良好的受眾環(huán)境，而我國(guó)的3D打印還處于拓荒階段。

    在李滌塵看來(lái)，我國(guó)生物制造技術(shù)并不比國(guó)外差，造成這種現(xiàn)狀的主要原因是科學(xué)技術(shù)在進(jìn)步，相關(guān)部門政策制定卻跟不上。

    他舉例說(shuō)，從2001年西安交大第一例3D打印頜面修復(fù)手術(shù)至今，相關(guān)技術(shù)雖然在臨床上已經(jīng)獲得成功，卻一直沒(méi)有拿到臨床批號(hào)。在給患者治病時(shí)，醫(yī)生們不僅要簽倫理?xiàng)l約，不能收費(fèi)，還倒貼錢，極不利于新技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化。

   “科學(xué)研究不只是學(xué)術(shù)界的事情，如果政策跟不上，沒(méi)有走進(jìn)老百姓的生活，就不能形成產(chǎn)業(yè)化的模式，最后很可能‘死’了。”李滌塵說(shuō)。

       當(dāng)前，美國(guó)已經(jīng)開始給定制化發(fā)證。李滌塵建議，在保證安全的前提下，應(yīng)制定有助于推進(jìn)新技術(shù)發(fā)展的政策。否則，中國(guó)的科學(xué)研究就會(huì)陷入反復(fù)追趕的怪圈。

       “3D帶來(lái)的社會(huì)化制造可以有效地實(shí)現(xiàn)需求和供應(yīng)之間的相互轉(zhuǎn)化。”王飛躍說(shuō)，然而，目前我國(guó)在高精小型3D打印機(jī)的生產(chǎn)方面卻幾乎是一片空白，僅有幾家海外產(chǎn)品在代理。如何應(yīng)對(duì)這一局面，是我國(guó)制造業(yè)乃至整個(gè)國(guó)家層面都必須認(rèn)真考慮的重大問(wèn)題。

       此外，專家指出，3D打印是面向未來(lái)、大面積推廣的技術(shù)，當(dāng)前國(guó)家布局存在過(guò)于集中的現(xiàn)象，這也是目前國(guó)內(nèi)發(fā)展后勁不足的原因。

       “像3D打印這種基礎(chǔ)性強(qiáng)、前沿性強(qiáng)的技術(shù)，國(guó)家應(yīng)加大對(duì)作此類研究的高校和科研院所的支持力度，同時(shí)鼓勵(lì)企業(yè)介入研發(fā)。”盧秉恒建議，我國(guó)3D打印應(yīng)制定技術(shù)發(fā)展路線圖，規(guī)劃基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)化、工程應(yīng)用的發(fā)展路線，從而使其真正產(chǎn)業(yè)化。

     聚焦發(fā)展

    在享受3D打印所帶來(lái)便利的同時(shí)，人們也開始擔(dān)憂其是否會(huì)引發(fā)一系列倫理道德問(wèn)題

    在現(xiàn)實(shí)生活中，美國(guó)已經(jīng)通過(guò)3D打印制造出金屬手槍。未來(lái)，3D打印是否會(huì)制造出完整的人類？

    在享受3D打印所帶來(lái)的便利的同時(shí)，人們也開始擔(dān)憂其是否會(huì)成為一種“破壞性”的新技術(shù)，引發(fā)一系列倫理道德問(wèn)題。

    對(duì)此，楊永強(qiáng)認(rèn)為，3D打印只是一種先進(jìn)的制造方法，任何限制非法制造的法律都可以限制它。對(duì)于未來(lái)可能出現(xiàn)的“制造人類”的倫理問(wèn)題，當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)如此程度，不必杞人憂天。

    以生物制造為例，他表示在器官打印的三個(gè)步驟中，當(dāng)前僅實(shí)現(xiàn)了第一步形狀打印，距離打印出活的器官并使其具有真正人體臟器的功能仍很遙遠(yuǎn)。

    專家們認(rèn)為，與其在擔(dān)憂中止步不前，不如擱置爭(zhēng)議，聚焦發(fā)展。

    沉舟側(cè)畔千帆過(guò)。3D打印尚未形成規(guī)模，4D打印已經(jīng)雷聲隆隆。與3D打印相比，4D打印又增加了時(shí)間緯度的概念，人們只要用軟件設(shè)定出模型和時(shí)間，變形材料就會(huì)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)變形為所需的形狀。

    在采訪中，多位專家表示增材制造技術(shù)和減材制造技術(shù)是兩種相互補(bǔ)充的制造方法，3D打印技術(shù)并不會(huì)完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的減材制造。盡管如此，3D打印仍具有巨大的發(fā)展空間。

   “尤其是目前國(guó)內(nèi)能夠掌握3D技術(shù)的專業(yè)人員還非常少，很多人在設(shè)計(jì)之初只想到用工業(yè)加工機(jī)床，不會(huì)想到用3D打印。”在楊永強(qiáng)看來(lái)，國(guó)內(nèi)3D打印概念仍需普及。

   “科學(xué)技術(shù)不等人，因特網(wǎng)在過(guò)去十幾年的發(fā)展就是最好的例子。我們要瞄準(zhǔn)目標(biāo)，科研和產(chǎn)業(yè)雙管齊下；同時(shí)，國(guó)家要給予長(zhǎng)期穩(wěn)定支持，不能急功近利，要耐得住性子‘放長(zhǎng)線釣大魚’。”李滌塵說(shuō)。