中國(guó)工程院院士盧秉恒進(jìn)行專(zhuān)題演講《互聯(lián)網(wǎng)+3D戰(zhàn)略》

從增量到分材到創(chuàng)材

相對(duì)于鑄鍛焊是等材制造，3D打印是一種增材制造。3D打印可以做什么事情呢？首先是制造概念的一種創(chuàng)新，因此可以制造出很多創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，能夠使制造模式創(chuàng)新，也就是支持個(gè)性化的定制生產(chǎn)。同時(shí)不僅能夠制造出產(chǎn)品的形狀，而且也可以控制內(nèi)部的組織，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，從一種材料的增量制造，發(fā)展到多種材料疊加在一個(gè)零件上實(shí)現(xiàn)分材制造，又從分材走向創(chuàng)材。

用3D打印的辦法，可以創(chuàng)新出很多性質(zhì)優(yōu)良的合金元素，這是做材料基因計(jì)劃的一個(gè)非常好的研發(fā)平臺(tái)，同時(shí)在生物醫(yī)療方面可以從創(chuàng)材走向創(chuàng)生，可以制造人體自己的器官。因?yàn)檫@些制造技術(shù)的優(yōu)越性，可以用任何的材料做任何的形狀，在任何的場(chǎng)合制造。空客做了一個(gè)概念飛機(jī)，把飛機(jī)的重量減輕了65%，用3D打印可以一次完成。GE公司做的一個(gè)零件，把20個(gè)零件的發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴集成在一起，不僅減重了，而且增效了15%。

3D打印可以把很多的材料集中在一個(gè)零件上，也可以把材料用在最需要的地方。據(jù)麥卡錫預(yù)測(cè)，在有可能影響社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的12個(gè)顛覆性技術(shù)中，3D打印排在第九，2030年整個(gè)3D打印的效益將上升為6千億-1.2萬(wàn)億美金?，F(xiàn)在很多人認(rèn)為用3D打印出來(lái)的零件品種還非常少，可能比不上等材制造或者是減材制造，但是3D制造的單價(jià)是很貴的，比如GE做的發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，數(shù)量非常少價(jià)格非常高?？赡懿痪玫膶?lái)，3D打印在價(jià)格市場(chǎng)上可以做到與等材制造、減材制造三足鼎立。

3D打印能夠做到智能工廠，因?yàn)楣に嚵鞒?、轉(zhuǎn)換便捷是一樣的，材料的利用率接近100%，是可以實(shí)現(xiàn)眾創(chuàng)眾包的最好的形式，可以在家庭里就能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作。2014年被稱(chēng)之為3D打印之年，我們可以看到很多從事信息化的公司、飛機(jī)制造的公司、機(jī)床的公司都紛紛介入3D打印，而金融界也在大力支持3D打印的企業(yè)，我們形容這是技術(shù)創(chuàng)新的井噴期，是產(chǎn)業(yè)的搶占發(fā)展期，是企業(yè)的跑馬圈地期，這是一個(gè)大餡餅而不是一個(gè)陷阱。據(jù)3D打印聯(lián)盟預(yù)測(cè)，中國(guó)3D打印5年內(nèi)可能形成直接效益達(dá)到200-300億，制造業(yè)擴(kuò)展效益達(dá)到1500億，基本上形成一個(gè)比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈，一批制造企業(yè)把3D打印作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的必由之路。十年內(nèi)基本上可以實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品的試制到航空航天、醫(yī)療行業(yè)的小批量的制造手段。

大批量生產(chǎn)回歸個(gè)性化生產(chǎn)

3D打印最關(guān)鍵的一點(diǎn)，是可以支持制造模式的變革。從制造模式來(lái)說(shuō)，第一次工業(yè)革命進(jìn)入了經(jīng)濟(jì)時(shí)代，這就使手工業(yè)作坊變成工業(yè)化生產(chǎn)，社會(huì)分工明顯形成。第二次工業(yè)革命是電氣時(shí)代的到來(lái)，電機(jī)的發(fā)展形成汽車(chē)大批量的生產(chǎn)模式。第三次工業(yè)革命的特征，是信息時(shí)代用機(jī)器代替了人的智力，再次回歸到多品種、小批量的生產(chǎn)，能夠滿(mǎn)足我們消費(fèi)群體的個(gè)性化需求，所以這就形成一個(gè)集散制造的模式。

面對(duì)顧客的個(gè)性化、小批量、定制化的需求，我們?cè)趺礃颖ＷC仍然能以大批量生產(chǎn)的交貨期或制造成本來(lái)完成這種制造？實(shí)際上就是把大批量生產(chǎn)回歸到個(gè)性化生產(chǎn)。集散制造的概念就是首先把小眾的需求繼承為大眾需求，眾創(chuàng)就是把設(shè)定的任務(wù)分散下去，然后大家完成共同研發(fā)和設(shè)計(jì)工作。眾包就是把任務(wù)分散到社會(huì)化的生產(chǎn)資源當(dāng)中去，創(chuàng)意是沒(méi)有極限的，創(chuàng)業(yè)是沒(méi)有門(mén)檻的，信息就是財(cái)富。制造業(yè)的明天模式是什么？我覺(jué)得5-10年內(nèi)，就可以實(shí)現(xiàn)一半以上的制造是個(gè)性化定制，一半以上的價(jià)值是創(chuàng)新設(shè)計(jì)者體現(xiàn)。

目前德國(guó)的制造質(zhì)量是非常過(guò)硬的，研發(fā)的基礎(chǔ)是非常雄厚的，他們企業(yè)的工藝是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。美?guó)的制造是非常創(chuàng)新的，具有高科技的優(yōu)勢(shì)，而且能夠集成全球的資源和全球70億人來(lái)挑選精英。我們中國(guó)的比較優(yōu)勢(shì)是有完整的工業(yè)體系，有比較大的內(nèi)需市場(chǎng)，有比較好的人力資源，像我們的內(nèi)需市場(chǎng)要支持我們制造發(fā)生三次浪潮式的蛻變，第一個(gè)就是以家電生產(chǎn)為代表，第二次浪潮的產(chǎn)品就是汽車(chē)，第三次浪潮就是目前攻克的飛機(jī)制造。我們的每年有700萬(wàn)大學(xué)畢業(yè)生，這個(gè)數(shù)字比美國(guó)、日本、德國(guó)的總和還要多，但是我們基本上是在制造技術(shù)的中低端，我們的內(nèi)需市場(chǎng)雖然很旺盛，但是我們不注意內(nèi)需市場(chǎng)的保護(hù)和利用自己的市場(chǎng)拉動(dòng)裝備制造業(yè)的水平，人民的素質(zhì)還有待于提高。中國(guó)制造2025的五條原則是“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、綠色發(fā)展、人才為本”。我覺(jué)得必須做到全社會(huì)的協(xié)同，首先制造要和市場(chǎng)協(xié)同起來(lái)。第二就是我們的資金流向要有利于制造業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在實(shí)際上企業(yè)用資金的利息高于企業(yè)的純利潤(rùn)。

3D打印催生大眾創(chuàng)業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng)新

互聯(lián)網(wǎng)+3D打印是一個(gè)催生大眾創(chuàng)新、萬(wàn)眾創(chuàng)業(yè)的非常好的形式，可以很好的支持制造，主要的理由就是傳統(tǒng)的制造技術(shù)工藝路徑太復(fù)雜了，要想實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的編程花的力氣很大。比如CAD和數(shù)控加工之間有一個(gè)CAPT技術(shù)，從80年代到現(xiàn)在也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，這中間就形成了自動(dòng)化的孤島。但是3D打印數(shù)據(jù)的流動(dòng)是非常方便的，因?yàn)?D打印的數(shù)據(jù)格式是統(tǒng)一的，工藝過(guò)程也是比較一致的。

3D打印是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的利器，前面是數(shù)字化過(guò)程，后面通過(guò)3D打印出來(lái)原形以后，可以用各種方法去復(fù)制模具，也就是3D打印和傳統(tǒng)的制造技術(shù)相結(jié)合，能夠形成各種批量的生產(chǎn)模式，可以方便制造幾十件，也可以方便制造幾千件到幾十萬(wàn)件，我們的技術(shù)證明，已經(jīng)能夠把產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和費(fèi)用降低為原來(lái)的三分之一到十分之一。目前3D打印產(chǎn)品開(kāi)發(fā)已經(jīng)在全國(guó)推廣示范了50-60家企業(yè)，應(yīng)用在家電企業(yè)、汽車(chē)企業(yè)模具和個(gè)性化醫(yī)療，還有文化創(chuàng)意產(chǎn)品。

3D打印還支持我們構(gòu)建CAD分析和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)驗(yàn)證平臺(tái)，這就補(bǔ)足了中國(guó)企業(yè)的短板——生產(chǎn)能力過(guò)剩，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力嚴(yán)重不足。這個(gè)平臺(tái)如果打造好了，就可以讓企業(yè)不僅應(yīng)用自己的資源開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)，更利用全社會(huì)、全世界的資源突破企業(yè)的圍墻，讓知識(shí)流動(dòng)起來(lái)。這當(dāng)然還需要一些機(jī)制體制的創(chuàng)新。

很多人是有眾創(chuàng)的欲望，也有很多創(chuàng)新的思想，但是怎么樣用軟件表達(dá)出來(lái)？只有經(jīng)過(guò)工程師訓(xùn)練的人才可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)在提出一個(gè)挑戰(zhàn)，能不能開(kāi)發(fā)一些大眾甚至是中小學(xué)生都可以掌握的CAD軟件，來(lái)表達(dá)他們的設(shè)計(jì)思想？這也就是我們做軟件、網(wǎng)絡(luò)工程的人一起需要完成的工作。再比如用導(dǎo)航模板來(lái)解決人脊柱側(cè)彎的過(guò)程，在很多的骨頭上都要打孔，這個(gè)孔怎么能打的準(zhǔn)確？就用3D打印。我們要實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造2025的任務(wù)，關(guān)鍵是以人為本，要實(shí)現(xiàn)這些眾創(chuàng)也罷、眾包也罷，首先企業(yè)的管理者要有先進(jìn)的理念，我們每個(gè)參加創(chuàng)新的人要有創(chuàng)新的能力。我們現(xiàn)在的教育還是需要改革，培養(yǎng)工業(yè)4.0的企業(yè)家和科研的領(lǐng)域人，既要有互聯(lián)網(wǎng)的思維又要精通專(zhuān)業(yè)知識(shí)、制造工藝，沒(méi)有制造工藝是完不成任務(wù)的，而且在新硬件時(shí)代，不僅僅需要大數(shù)據(jù)、軟件，同時(shí)還需要很多先進(jìn)的硬件，這個(gè)時(shí)候需要大批的創(chuàng)客。這些人可能有三分之一在大學(xué)里，三分之一在孵化器里，還有三分之一在自家車(chē)庫(kù)里，他們不追求名利，追求的是創(chuàng)新能力的實(shí)現(xiàn)。我們大學(xué)怎么去培養(yǎng)？是不是要做一些創(chuàng)客的實(shí)驗(yàn)室、集客的工作室，讓大學(xué)生都有可能充分利用一些儀器、材料來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，這樣的人才到社會(huì)上去，才可以真正的完成企業(yè)的創(chuàng)新任務(wù)和實(shí)現(xiàn)自己的創(chuàng)業(yè)。如果沒(méi)有這種創(chuàng)業(yè)的能力，只能得到創(chuàng)業(yè)的一種體會(huì)、一種經(jīng)驗(yàn)、一種挫折。

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責(zé)任編輯：張淼淼