中科院宁波材料所研究院张文武：3D制造须与其他制造手段充分配合

5月29－31日，由亚洲制造业协会、中国3D打印技术产业联盟、英国增材制造联盟等单位共同主办的2013年世界3D打印技术产业大会在北京中国大饭店隆重举行。国内外600多位代表出席会议，就3D打印技术发展趋势、3D打印技术产业化、3D打印技术如何与传统产业结合等议题展开讨论。

中科院宁波材料所研究院张文武：3D制造须与其他制造手段充分配合

中科院宁波材料所研究院张文武
　　以下为中科院宁波材料所研究院张文武演讲实录：
　　各位老师、各位来宾，大家上午好！我是来自中科院宁波材料所的张文武。我今天演讲的题目是“浅谈工业革命与智本主义时代”，前面几位老总已经把大家带入到3D打印对于文创产业，甚至对整个未来人类生产发展模式，已经有很好的预热了，对这些技术大家已经有所了解。我站在一个局外，我不开公司，但是我很早以前就对这个领域非常的关注。
　　首先介绍一下中科院宁波材料所，现在我们正要升级成为中科院宁波工研院，2007年创建，现在是700多人正式员工，研究生300多人，2015年预计达到2500多人，下属有新能源所、先进制造所、材料所，实际上在材料领域，这个所应该会给这个产业带来一些帮助，比如高温树脂类材料，比如超过300度的树脂类材料我们正在积极研究，我们知道这个材料是对这个行业限制比较大的一个方面。
　　我不知道在座的是不是对这个领域得已经有了充分的了解，实际上我要说的话大家还真应该表扬一下奥巴马总统，他是一个非常好的科普工作者，他把增维技术改为3D打印技术。历史上曾经出现过一系列的说法，也有一系列的工艺，大家有一个感触，这些工艺很多都是国外原创，中国有没有一个原创技术呢？找起来确实很难，中国做了很多工作，但是真正原创的工作并没有太多，我们实际上在1995年的时候，我跟颜永年老师曾经联合申请了这么一项专利，这个专利的名字是三维能量厂制造的方法与系统，这个实际上是独立于以前的三维制造的原理来进行的。
　　一般三维制造有一个三维的形体，通过分层的方法，把它离散化，之后再一点一点扫描，再叠加起来。大家如果仔细想一下的话，这能叫做真正的三维制造吗？我觉得更准确的说法它应该是2.5维的制造技术，真正的三维制造应该是可以实现任意光滑程度的三维制造。目前来说，这个技术在这方面还是有一定欠缺的。在1995年时我们就提出来一个科幻形式的想法，我们用能量场发生器，如果单独一个场单方向作用下来的话，这个物质可能只是到激活状态，而不是质变状态，但如果我加上多项能量场的话，要么是加强超过一定的预值，要么就是选通性的能量场的话，就有可能使材料发生质变。一者我们可以并行地进行加工、平面的投影、立体的投影，另外，它可以实现真正光滑的三维制造。这个是1995年的时候，颜永年老师和我的一个合作，当时我非常期待着能够进行这方面的研究。这里提到的一个需要用的逻辑性功能材料，今天的三维技术已经给大家展示了很多类似的功能性材料，比如说我们要加热，用激光选区固化以后成形，这是比较早期我们提出来这个概念之后，当时感觉是科幻式的。我今天要把大家带到2049年，人类要探索火星，在火星上怎么探索呢？三维技术有可能就是大放异彩的技术，它将影响我们的方方面面。
　　今天这个主题是说文创方面，这方面我不讲那么多，因为大家前面已经讲了很多内容了，影视、经济方面的利益目前已经可以看到，因为要制造很多的模具来为动漫，甚至很多其他创意方面的产品。测量方面，刚才几位专家都已经谈过了，这里也不多说，这是华中科大的动态测量结果，都可以测出来，可以进行实时的测量。
在美国，网友参与的个性化设计现在已经成为一个比较成功的商业模式，有很多很年轻的人，也就是20出头，刚刚大学毕业，甚至大学还没毕业就开了这样的创意公司，在纽约、曼哈顿繁华的闹市区就已经有很多这样的创意企业。我昨天还跟我儿子聊天，他说要不要给我也卖一个一千多块钱的3D打印机，确实已经走入了大众的生活。
　　我想站在局外人的角度，我们来看一下这种技术将对人类带来什么样的影响，从制造的方法论或者是总体的趋势上来看。制造的瓶颈过去这个是很长的一个链条，因为3D打印的出现，这个瓶颈越来越弱化，它把制造其他环节所起到的瓶颈性的东西越来越弱化，设计师的独立性会大大的增加，他就可以把他的价值非常高效的发挥出来。
　　另外，广义上来说，本来他需要有厂房、设备各方面的投入，3D打印的普及使得设计者和创新者可以减少这方面的考虑和成本。另外有一个概念，大家现在还觉得3D打印小批量、个性化生产，这点不假，它具备这个能力。但是有一点大家可能还没有充分引起重视的是，3D打印是可以批量生产的，假如一个工厂摆上几百台、上千台的机器，它同样可以标准化、批量化生产，并且这个成本是同时具备的，就是过去的大工业生产的特点，但是，同时又具有了新的个性化、复杂化成形的能力。
　　相关技术的进一步成熟，生成和服务模式的进一步改变，我个人提出来这么一个看法，叫人类有可能要进入智本主义时代。3D打印的革命，有几位作者，包括政府都在说这个事。但是革命是一件很严肃的事，毛主席说过，革命不是请客吃饭。3D打印实际上只是数字化、分布式、个性化制造核心技术的一部分，今天我们先讨论一下对3D打印的态度，首先它是这方面代表核心技术的一部分，它不是全部。所以，我们要充分积极地对待它，但是也不能把它拔得太高。同时，我们不能忽视它深刻的影响力，它将影响我们的生产模式、影响方方面面。可是这个实际上是早就已经在进行当中了，它的实现需要我们突破一系列的技术瓶颈。
　　今天我们谈文创方面的这些东西已经是很接近了，国际上为什么对这个技术这么重视呢？因为它不仅仅是影响这个文创的，这个是大众化消费的，离了这个大家过得照样好，但是，国际竞争力的前沿实际上像飞机、航天、军事方面，有一系列的影响。借用德国的这两张图，可以给大家带来更好的理解，数字化、分布式的制造使得人类的生产模式在两个方面上发生了比较大的变革，传统制造一般来说随着生产量的提高，成本会下降，但是，数字化、分布式的制造是相对平的，中间有一个平衡点，这个平衡点在哪里？可以说在好多领域，这个在快速的逼近，如果数字化、分布式的制造直接就在这儿的话，当然这个就是完全胜出的，但是我们目前还没有达到这个程度。
　　另外一个，就是生产的复杂程度。这个复杂程度越提高，那么咱们传统制造指数是在往上升的，数字化分布式的制造可以是相对平的，从这两点上来看，它是会对人类的生产模式带来非常大的变革，从这个角度上来讲，也就是说它从原理上就是有可能对人类的生产模式带来很大变革的。有人很感兴趣，比如说现在的精度怎么样，利用双光子激光成形的技术，德国汉诺威激光公司他们展现了11微米的小白兔，当然平面移动的精度可以达到纳米级。多维制造时代正在快速来临，因为激光这个能量有一系列的优势，它可以用各种方法快速移动。在过去一般来说有一个工作台，实现1米/秒的扫描速度，用电光调控的技术可以实现100米/秒的扫描速度，激光再跟其他的物质加以作用，它的成形速度扫描速度是非常非常快的。而从激光能源本身也产生了非常大的变化，比如说20兆核磁的激光器的在几年前不可想象，5000千瓦的大功能的激光器目前的成本已经越来越为大家接受，像大家说的打印建筑物能行吗？其实各种各样的手段都是能实现的。 来自中国3d打印联盟

但是，大家今天不要仅仅盯着3D打印，我们总体上看一下新工业革命的内涵。我觉得新工业革命最主要的一点，它的起点必须得具备这一点，新能源革命，实际上从大工业革命以来，人类一直在矿石燃料为主的商业驱动的经济时代，我们所谈的新工业革命必须包括新能源革命，也就是说我们要告别矿石燃料为基础的能源体系、经济体系，这才称得上新工业革命，否则无从谈起，其他都是次要的。

　　第二，信息革命，这已经是一个很长的过程了，大家已经身处其中，智能化、网络化、自动化、全球化，但是三维制造跟这个密切相关，是制造业的革命，最初人类是作坊式的生产，到福特的生产进入大工业、标准化、批量生产的阶段，现在3D打印还有数字化、分布式的制造，使得我们进入分布式、个性化生产和大工业生产相辅相成的时代。

　　现在我想留一个问题让大家思考，这样的路线还缺什么？是不是一定是对的呢？首先来讲，今天我们说三维制造，我们觉得三维制造有没有可能被超越呢？问一个简单的问题，一个新生儿是不是三维的呢？谁家生出来的孩子是三维的孩子呢？显然不是，人是有灵魂的，万事万物也都是有灵魂的，我这里要重点谈一下仿生制造，这好像已经成为一个新兴的学科方向，但是自古以来，人类一直在向大自然学习，我们今天说有疏水的向荷叶学习，变色龙怎么样随着温度变化隐形，有一系列的功能。我们人类的工程师自以为很聪明，我们做仿生，比如机械臂、像蛇一样的机器人我们也可以造出来，实际上人类从大自然当中得到了非常多的启示。包括3D生物打印，清华大学孙伟教授他们做得非常出色，肯定会有国际友人谈到这个方面，将来活人有可能会被打印出来，我真的担心这一天的到来。

　　但是我希望大家好好看一下这棵大树，这是普陀山千年古樟树，这样一棵郁郁葱葱的大树已经存活了一千多年，我们今天在谈3D打印制造技术，我们在仿生实际上一直在向大自然学习，这里的“生”实际上就是大自然。多维仿生制造，首先制造我们迟早要超越三维，除了三维的形体、结构和性能，还要注意它的智慧、功能、神经、传感等等方面，它是多维的。

　　另外，仿生制造有几个大的原则，第一个原则是周而复始、生生不息，就像千年古樟树一样，它是一个非常完美的自我循环系统。我们反思一下，我们今天推动三维打印或者三维制造的新的制造浪潮，我们考虑这一点了吗？是不是我们今天就应该考虑它的周而复始、生生不息呢？实际上大家已经谈到了一些比如说降低能耗、节省能源，这是其中之一，但是是不是从刚开始就要考虑到它的全生命周期。第二个是并行的生发衰亡，像大自然那么多树林，彩色三维增材制造可以批量生产，最后它是超越三维的。

　　人类这个大工业时代已经产生了一系列的祸患，这里我就不多讲了，大家知道，环境问题、能源问题、资源问题，北京的空气污染曾经是上了报纸的头条。人类为了追逐商业的利益，可以让山不为山，水不为水，因为这个地方有金矿或者有钻石，大片大片的自然资源就可以被破坏掉，但是，它有商业利益驱动，人类就可以干这样的事情。

　　所以，我觉得新工业革命的内涵除了前面我们所说的新能源革命、信息革命和制造业的革命之外，还缺一个人文革命，这个人文革命就是说我们现在如果放在制造产业这个角度上去想的话，人类的科技发展必须得走出自私和奢侈的这么一个迷途，从现在开始，我们配合其他的这几个革命，应该把它引到一个真正的智本主义时代，不见得准确，抛砖引玉，请大家一块来讨论。我们所说的新工业革命不仅仅是3D打印所带来的好像它是标志性的，就是制造业的革命，我个人对它的定位，它是数字化、分布式、个性化制造技术的一部分，但是它是非常有特色、非常有影响力的技术，能源革命、信息革命，但同时要有人文革命加以牵引，今天我们讲文创产业，大家讲的是目前的商业利益，但是我觉得更长远的来看，我们正在进入一场非常深刻的人文革命，或者人类文明演化的革命，这个革命就是要遵循多维仿生制造给我们带来的信息，我们在向大自然学习，我们如果关注这个方面去做的话，可能2049年的时候，我们不会回过头来说我们又造成了过度的浪费，最初的时候没有设计好，现在实际上是一个大变革的时代，这是一个非常好的进行总体设计的时代。
最后，我总结一下对3D打印的看法。首先来说，增材制造必须与其他制造手段充分配合起来，才能充分发挥它的潜力，获得真正的成功。另外，它是制造产业革新的一部分，我们现在不能光盲目地发展，还要讲人文革命。另外，激光在未来制造业中起到的作用比目前认识大得多，有其他的工艺在进行，但是激光作为一个精细可以高速扫描的技术，会有非常大的作用。

　　最后，制造业的革新需要提出来新的制造理论，三维增材制造实际上它推动了一个方向，那就是能源、信息和材料的大融合，这几个方面缺一不可。