IAME西安11位3D打印院士专家高端对话，精彩的问答实录

2019年9月19-21日，IAME中国（西安）国际3D打印博览会暨高峰论坛将在西安高新国际会议中心举办。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打印）科技创新的开放合作共享交流平台，汇聚全球顶尖的增材制造（3D打印）领域成果及人才，促进行业各环节、产业链的衔接融合。南极熊作为战略合作媒体，到西安现场全程报道。

今年的大会共包含三大部分：高峰论坛、3D打印博览会以及创意大赛，大会得到了陕西省人民政府、西安市人民政府、陕西省科技厅、陕西省工业和信息化厅、西安交通大学等单位的大力支持，大会开幕的第一天，来自国内外的11位院士专家做了专题报告并进行了高端对话。

下面是现场速记（尽管已纠正，但仍有纰漏之处，敬请谅解）：

提问：请问吕教授，铝合金镁合金加上超纳结构可以提高3D打印的疲劳性，还有其他什么方法？

吕坚：
我刚才可能没有讲清楚。我刚才介绍了疲劳性质用的纳米化技术，叫SMIT来提高它的疲劳性能。第二个方法用超纳，比如用钛合金的超纳镀在钛合金上，比如做假肢可以大幅度提高抗摩擦磨损的性质，接触疲劳，不是普通的疲劳。其他方法有很多像脉冲激光，所有能加入残余压应力的，SMIT的方法除了加入残余压应力，还有改善表面粗糙度的作用。

△高端对话现场

提问：各位老师好，我来自西安交通大学3D打印八一班的，作为本科生我们有一些其他的问题，比较天马行空的问题想问卢院士。在早晨卢院士报告中，提到我们
通过3D打印可以打造人工神经元，进而实现5D打印，最后卢院士提到通过人工神经元的打印最后实现类脑的制造，和神经网络结合。之前我也了解到，我们现在很多的方向，包括我们电子方向他们会用一些磁学的方法，通过磁学结构完成人工神经元的搭建，进而通过神经网络完成类脑的制造，请问咱们通过3D打印人工神经元的制造，怎么样实现类脑的制造呢？这是我的问题。

卢秉恒：
我提出一种设想，现在还在探索，你问我怎么去实现，说实在话，我恐怕没有这个能力来回答，我希望你们年轻人来解决这个问题，我是提出问题者，提出设想，后来我想我们现在的计算机结构都是非常固定的模式，一种固定的连接，即使是神经网络算法也是可以处理一些模糊数学的推理和算法，还不能做到像人神经元触突搭建偶然性的东西，还没有办法实现，我们如果通过材料或者3D打印有可能实现这种东西，我们例如像吕院士提出的智能材料，这个智能材料如果靠近某一个厂，对它影响作用比较强了，所以就实现这种搭接，我们可不可以在另外神经元打造一个场，这个场非限性非常大，如果离它远没有任何作用，稍微靠近突然就发生作用，实现以后又可以释放，能够模仿人的条件反射，像动物的条件放射，有这个条件了它有一种反射，反复多次以后就发生了记忆，这种记忆还可以脱开，使神经元有了新的自由度，还可以搭接别的网络，这是一种设想，我这么大岁数了，把希望寄托在你们年轻人身上。

△卢秉恒院士

提问：我的问题想同时请问卢院士和曹铁生主任，关于我们在增材制造领域打印出来的工件，无论在医疗或者别的领域，在打印件的质量检测这方面有没有一些质量体系或者质量方法，能够保证我们在航空航天，或者医疗件质量得到很好的保障。我来自GE，我们主要关注增材制造质量检测方面的内容。

卢秉恒：
关于增材制造件的质量是多方面的，一个是外形和几何精度，比如要求精度不高，如果精度要求高一点，可以用涡流传感器，电感传感仪这些，或者善多变存量机这些，这是结合尺寸方面的精度。

关于它的内在品质，像金属材料方面，很多院士教授都讲了，金属材料会发生质量的衰退，一个是抗疲劳性能不行，有可能里面有微小的裂纹或者气孔造成的，这个我们可以实验检测，一种是用超声检测，可以用CT检测，GE搞CT检查，像检查实体一样，金属弱一点，还有工业CT，现在用于科研的，可能有更强大的一个工具，用中子原，中子穿透能力非常强，例如几十毫米厚的钢板，可以非常容易检查出里面的伪裂纹缺陷，这些如果控制住了，疲劳强度就可以控制，我们要求比较严格的工艺零件，通过这些进行质量的把控。

曹铁生：
医学方面也是常规的检测，西工大铂力特给我们打印的钛合金金属件经过检测，经过工业上的检测强度完把报告给我们，我们把它装在人身上。按理说钛合金这个金属件强度比骨头强好多倍，承受身体里面的力学毫无疑问，我们在这方面没有担心过。PEEK材料打出来以后经过西工大材料学院检测完，检测完强度够。现在有一个学院把PEEK材料装在人身上以后，究竟多长时间能够老化，它的老化如果几十年或者一百年问题不大，如果只有几年，我们现在装在人身上以后再看，如果很快老化，这个PEEK材料就不能用，根据现在报的材料，PEEK材料没有那么容易老化，相信将来用在人体不会有大的问题。

△杜如虚院士

杜如虚：
我补充这位GE人员的问题，我今天下午介绍了颅颌面植入物的检测，刚才卢院士和曹主任都讲到关于检测，我国药监局明天有同事过来介绍关于3D打印医疗植入物的验证研究课题。我们国家现在有两个团体正在围绕这个问题进行咨询，建立一些咨询，建立一些法规规则。其中有一个在上海，今天上午我看了一下杨静女士，是其中的一组。还有一组由中科院先进技术研究所组织牵头申请建立这样的一些规章制度，他们在深圳，先是研究院里面，负责人我也很熟悉，两位同事我都很熟悉，你们需要找到这方面的资料我可以告诉你。

这个做起来相当困难，一般来说3D打印的产品要放在医疗工程上面，除了生物力学方面的要求，还有一个是生物兼容性，生物兼容性人体是非常复杂的环境，男女有别，老少有别，个体差异性，通过饮食等等可能都有一些差别。有时候也不是很好去做这样的实验，并不是简单通过这样的细胞实验，动物实验就可以做好，据我所知，国家药监局非常谨慎，希望在一两年之内会有一些指引，然后逐步推到一个法规。美国CFDA也没有多少法规，只是去年加速了一下，因为他们积累的案件太多，一下同意了几十个3D打印的植入这方面专门的技术和法规。

△现场提问者

提问：我来自研究所，提问Imade，我们做增材制造的时候有什么挑战，有什么样的建议面对相关的挑战？

Imade KOUTIRI：
3D打印怎么面对现在很多的挑战，因为挑战也是属于一种中立性的想法，我们今天早上听到了挑战它有两个方面的原因，比如说我们现实社会这样的挑战和我们虚拟世界的挑战，我们需要拟合技术方面的一些壁垒，我们也需要考虑到很多3D打印的结构，它内部都是非常复杂，我们需要包括3D打印的质量稳固向前发展，保证质量的稳定性这一点也是很重要的，根据我这些年的经验来看，我们需要有超出产业以外更多好的想法，更多考虑到它的高效性，尤其考虑整个产业链这一部分，我们也需要有这种样板间的项目来更全景的展现出来产业链，我们也需要去培训很多新的工程师，来让人们更多了解产业链的完整性，而且我们也提出了医疗方面的应用，对于工程方面的应用来说，我们也需要有这种重复线性，卢院士今天早上讲到很多发展的关键点，比如说像很多的一些项目我们需要很多年才能落地，这种回复性，重现性也是工业要考虑的关键性因素，我们也要更具有信心来面对更多的挑战，让我们整个产业更为高效，还有一些非材料性质的原因，因素，从工程应用的角度来讲，我们在生产中需要更多的3D应用，如果没有这些3D应用，我们传统的工业没有办法进行优化升级，我们也需要对人们的技术进行培训，尤其是让更多的工程师能够面对现代工业面临的严峻的挑战，我们看到增材制造这一方面也是一个动态技术更迭的演化部分，所以我们也需要更多的培育人才。


提问：除了硬件软件的提升以外，我们要改变设计的方式，使得设计更多基于增材制造这个特点设计，而不是基于传统制造，因为那没有增材制造，我想了解铂力特，在这一点上是怎么做的，从公司的层面，你们会怎么做使设计的专项更快，按自然来讲五年实现的，做什么是三年更多适合增材制造的这些产品，能够让设计师使用增材制造设计，这样整个产业就能够有更大的空间。

△黄卫东教授

黄卫东：
这个问题问的非常好，3D打印最重要是推动创新设计，如果我要对3D打印和传统的热加工和冷加工做一个比较，我们热加工的发明是人类从石器时代进入到新时期时代，冷加工的发明是人类进入机器时代，3D打印使人类进入自由设计时代，我们要比较这几个技术的意义。

现在3D打印应用其中一个困难是，工业界用原来铸造锻造机械加工，它那样一种设计方式交给3D打印做，搞的我们很难，这是我从95年开始推动这个技术的时候，到工业界觉得最困难的事情，开始我们主要和制造厂打交道，后来必须和飞机设计所打交道，因为设计不改变，传统的设计没有办法发挥这样的优势，这是一个很漫长的过程，这个过程我在这些年做了一个很重要的工作，就是努力推动我们的工业界来理解它必须重新设计，这个我们3D打印才能发挥优势，而且重新设计之后，对它来讲，它的很多功能如果不重新设计是没有这样效果的，这是一个漫长的过程，这些年一直推动工业界让他们理解这个事情。

除了这样来做以外，我在国家科技部做3D打印专家组的组长，我们在国家科技计划设这些项目的时候，所有工业界他们的技术和应用示范的项目我都有一个要求，你那个零件别按传统的设计来，你一定是创新设计，基于增材制造的创新制造我才接受你，否则项目不给你，这样逼得工业界必须做创新设计，我们自己也会非常重视这一点，我们自己现在在公司里面，我们和设计软件的这些公司密切合作，自己像拓扑优化，结构设计也下一些功夫，这是不容易的事情，今天因为时间所限我还没有提到这个方面，大多数我们是零件级别和部件级别的创新设计，给发动机设计指南要求它是系统级的创新设计我们才能接受，逼着它要这样去做。

但是看到我们的工业界这个主动性还是不够，美国工业界主动性很强，GE整个基于增材制造，所以它的效果非常好，我们3D打印界一直努力在做，中国也已经有了很大的进步，但是还远远不够，我们工业部门，包括上飞16、17年开了一个会，总经理亲自给3D打印专家进行两个小时的讨论，在上飞基于3D打印的创新设计也已经做了很多工作，包括航空发动机也做了很多工作，总之我们在这个方面经过漫长的努力已经取得了一些进展，但是还远远不够。

△Imade KOUTIRI

提问：如果在现阶段来说，法国的一些经验，我们想要了解法国做了哪些工作，怎么样去更好的实现个性化的问题，在设计中你们做了哪些努力？
Imade KOUTIRI：
我也想让我的法国同事来回答这样一个问题，首先我觉得设计是一个学习的过程，要了解很多的规律，在设计最基础的阶段我们需要工具，我们需要机器人，也需要特别合适的工具进行合适，所以我们需要有机器人的发展，尤其是在中国的发展，我们其实从中国拿到广量的信息，我们可以对很多的事情进行更好的更新，而且我们对整个工艺的流程更好进行监控，而且有更好的解决方案的提出，我们做决策的时候，不仅仅是对设计进行决策，我们有很多别的环节需要做决策，我们要更多了解客户的需求是什么，还有相关方的关系，尤其是我们需要在思维进行改观，我们需要在行动上进行改观，这是需要很多的时间，很多的公司，也是需要不断地发觉更多新的利益点，我们从哪一点可以获得很好的利益？我们也需要不断地学习一些规律性的东西，当我们在对设计师进行培训的时候，让他们改变自己的思维，不再采用传统制造的理念，所以这也是一种文化，希望人们通过这种文化更好理解现在3D打印新的技术。

Bertrand：
我们作为工程师已经有20多年的经验，如果设计需要花费很长的时间，升级有一个阶段，我们分解成不同的步骤，对不同的问题有不同的解决方案，把工程师和设计师混合在一块，让他们进行开源性的讨论，比如像几何性的问题，像内燃机的问题，在各个领域有专门技术和专门技能的人进行探讨，这是更为开源的讨论方式。

△吕坚院士

吕坚：   
黄教授回答的很好，这个问题我们在1994年就关注了，我原来在法国领导法国CNS实验室机械系统与并行工程实验室，我在并行工程里面直接考虑3D打印，我们也是全球最早买3D打印那个机子的。1995年价钱非常昂贵，基本所有的学校都没有，当时我们发展了相关的软件，设计航空发动机的应力分布怎么通过优化，那时候还没有金属大规模制造一体，你可以看一下我们曾经参加过的几个项目，一个叫欧盟的57家航空领域的公司在一起的，最主要是讨论这些设计图纸和计算CAE和CAD怎么兑换，怎么着到有些缺陷，不同的公司用的软件不同，每次都有一定数量的信息丢掉，丢掉对你的设计有没有问题？
第二，如何设计新的，我稍微介绍一下我们的理念，作为3D打印厂商，跟炼钢的钢厂一样，拿它最先进的钢做出一个白车，他就说我的钢可以这么做，这样也可以大幅度的提高不同领域的设计师的水平，因为它没有功夫想你这个东西能不能用3D打印来打印，如果你帮他想好了，我在某个领域，手机壳是非常典型的，它现在是陶瓷拿来机加工它的形状和它的设计都是非常简单的。我们如果告诉他用别的方法，用3D打印来做，从批量来讲，颜色来讲都是非常不同的，可以转换他的想法。所以从3D打印机器的制造商来讲，可以挑几个重要的领域来展示3D打印的优势，最重要还是培养人，你培养了很多，关键得介入培养设计师，我原来在法国那个学校有一个集成设计，集成设计包括3D打印，我的学生25年前就比较了解3D打印这个东西，还有就是网格，我们学校原来发展很多新的网格的方法，因为3D打印的能够实现这些复杂的形状，我想补充这几点。

△Bertrand

Bertrand：
我补充一些意见，之前我说到一些优化的方案，我们分步骤做的时候，第一步做的工作比较务实，而且能够放到现实世界中去，一种新的产品，所以应该不断地开发新的产品。

提问：我有一个问题，我来自国际合作部，我负责AM的部门。我想要知道您对未来的预期，认为3D打印发展的未来怎么样，刚才卢院士说到3D打印可以用在空间领域，还有别的方面一些新的应用吗？

今天早上讲了很多关于3D打印应用航空航天方面，还有生物医药方面，在将来3D打印行业，你们预测3D打印行业在哪方面发展的更多一些，卢院士今天早上提到在太空上的3D打印，有没有一个预测？

△曹铁生主任

曹主任：
现在我们考虑生物3D打印，生物3D打印的前景非常好，前一段时间以色列和美国报道了他们用生物打印的办法打印心脏，兔子的心脏很小，我们和以色列那边联系，说能不能到他们那参观学习，他们不太愿意让参观。如果不太愿意让参观，这是坏事也是好事，坏的是我们没有机会以他那个为基础再进一步发展，好的是我们不会受他那种方法的限制。我们重新开发一种新的生物3D打印方法，打印心脏就是打印器官，如果人的器官能够打印出来，而且装在身上代替不能工作的心脏，这个发展前景，器官的置换，不是打印钛合金的胸骨，骨头是硬的，越硬越好；我们要打印活的，可以装在人体上，代替人体将来报废的器官。医学上的应用还有很多，我们唐都医院3D打印研究中心成立三四年，这个时间已经有很多科室找我们，还有很多未来的应用前景我们现在都不知道，他们来找问这个可不可以，那个可不可以，可以我们都来做，特别应该关注将来生物3D打印的器官置换，这是发展的一个非常重要的方向。

卢秉恒：
关于太空3D打印，这虽然是很远景的计划，对于今后人类的生活有很大的影响。我们现在有很多宇航的发射任务，地球的发射很困难，一个是地球的引力，一个是地球大气层的摩擦阻力，要求克服额外很多的能量，同时又要耐高温的一些材料，如果你是从月球上发射，它的重力只有地球的1/6，同时引力半径很小，很快可以脱离月球的引力圈，所以估算了一下，月球上同样的发射，大概它所花费的资金应该是地球发射的1%以下，这就是非常有利的事。

第二个我们设想在太空上进行3D打印，因为没有重力，我可以用一个很小的设备制造无限大的东西，在地球上我们要制造一个10米的东西，我们必须有10米以上的工作台甚至20米以上的工作台才能制造它，在太空用1米可以制造100米，这样对制造设备简化多了，所以应用的前景非常好，当然这要克服很多困难，有很多挑战，人们都是在很多挑战中不断前进的。

Imade KOUTIRI：
我想跟大家有一些评论性的语言，在哪一个方面会有更好的前景应用呢？我们在工业应用中，我们看到一些关键性的产业的时候，现在的交通运输已经非常广量性的发展了，呈梯级的增长，很多功能没有优化，像KPI，很多这些领域没有得到长足的法怎么更好降低出航的消费，或者一些资源的浪费，我们更多可以考虑这方面。像有一些特定的工艺，比如设计行业和设计领域，我们可以把成本进行降低和消减，因为有些时候情况比较复杂，需要一次或者两次多次使用，重复性的工业完全可以应用3D打印的技术。挑战也是有更多的可能性，还有一些安全性的问题，我们还没有碰到失败的案例，因为我们更多从失败的案例中汲取更多经验教训。
挑战有两个方面，有些是能源的问题，很多的燃料，我们需要有新的科学和技术帮助我们进行生产和制造，新的材料带来新的革命，材料和技术是息息相关的，我们一些材料以前不为人所知，30年前没有这个材料，5年这个阶段出现了新的材料，我们会对这个新材料进行相关的研究，也是需要我们不断地向前推进，可能有很多的挑战，他们都是如同浪潮般的涌现出来，我们需要更多在相关领域研究，我们需要有更多的KPI，有一些业绩方面的考核，比如说我们需要有一些效能性的体现，有一些比较好的项目它有很好的业绩需要展现出来。我们有一些成功的典范，也需要把他们更向前推一步，比如我们会有更多新的机器，更先进的机器，更新的材料，我们可以打道至简，把传统的工艺更好的简化和优化，我们需要进步，我们在过去15年中已经取得了卓绝的成就，应用这部分变的非常多元化，正因为多元化的产生有非常多的挑战涌现出来，尤其技术方面领域，我们现在所处的阶段就是不断地努力来面对这种问题，提出新的解决方案，尤其是要受到市场的影响，我们需要更加谨慎小心地去看待未来发展的趋势。

△Alain BERNARD

提问：今天听了一天的报告我感到很兴奋，特别是卢院士最开始讲的时候，我们的增材技术也是增加人才，增加色彩，同时增加财富，我感到非常兴奋，我们在探讨3D打印在食品加工领域的应用，所以我有两个请求，希望卢院士以后做宣传的时候，再加一个增菜，增加中国菜的品种，我们做食品的。

第二，明年这个会议可不可以增加另外一个专题，3D打印在农业领域的应用。

卢秉恒：
非常感谢你的提议，我们明年进行这项改进，今天我们展会展台的面积很少，很多厂商要求参展没有满足，明年我们可能会选择一个更好的会场，初步考虑欧亚论坛的永久会址举办这个会议，我们开会的条件会更好，我们会扩大更大的领域，包括农业领域。我当初为农业领域做过事也是用3D打印做的，做农业节水的滴灌滴头，那个流的非常复杂，而且很细小，小于1个毫米，是杨凌农科大校长当初跟我们谈合作，我们当时做了那个东西，由此我们申报863项目，拿到国家发明二等奖，我们开发节水滴头的技术得到了推广，希望看到3D打印在各个领域的应用越来越扩大，我们这个队伍越来越壮大。