全球最大“3D打印机”在武汉问世 产业版图将洗牌

全球最大“3D打印机”在武汉问世 产业版图将洗牌

湖北日报讯 （记者张真真）你相信吗？一个鼠标或者齿轮，甚至是一部手机，都可通过“打印”，制造出实实在在的物品。
　　昨从武汉东湖高新区获悉，华中科技大学史玉升科研团队经过十多年努力，实现重大突破，研发出全球最大的“3D打印机”。
　　这一“3D打印机”可加工零件长宽最大尺寸均达到1.2米。从理论上说，只要长宽尺寸小于1.2米的零件（高度无需限制），都可通过这部机器“打印”出来。
　　华中科技大学材料科学与工程学院副院长史玉升说，“3D打印机”是通俗叫法，这一设备的学术名称为基于粉末床的激光烧结快速制造装备。
　　其原理为：将零件的3D图形通过计算机平切为若干个平面，从最底层平面开始，铺上一层该零件的材料粉末（如金属、陶瓷、塑料、砂等），按每一层形状通过激光高温烧结后，再铺上一层粉末，层层累加，像植物生长般“长成”。
　　据介绍，由于这项技术将复杂的零件制造变为简单的由下至上的二维叠加，大大降低了设计与制造的复杂度，让一些传统方式无法加工的奇异结构制造变得快捷，一些复杂铸件的生产由传统的3个月缩短到10天左右。
　　同时，对研发出的新产品，可快速根据图纸做出样品，大大缩短研发周期。
　　如今，该设备被国内外200多家用户购买使用，每台价格从几十万元到200多万元不等。
　　目前，全球正争相发展这一制造新技术，已在建筑设计、医疗辅助、动漫模型等领域应用。
　　专家表示，最大“3D打印机”的问世，意味着我国在全球这一领域已抢占有利先机。
如此神奇的技术，到底是如何“打印”的呢？
　　在华中科技大学快速制造中心产业化基地——武汉滨湖机电技术产业有限公司，记者见证了“3D打印”全过程。
　　只见一台高2米多、形似立柜的设备，“这就是‘3D打印机’”，滨湖机电公司生产部组长张钊拿出一个小方凳大小的测试件，长×宽×高为200毫米×200毫米×20毫米。
　　这一看起来简单的四方块测试件，内挖有圆孔，并有支撑筋条，“传统机床加工还是有点复杂的”，张钊说。
　　首先，将这一测试件的3D立体图输入到设备电脑，“电脑将立体图切片分层”，张钊说，根据不同零件精度要求，分层厚度可在0.08-0.3毫米之间设一个值，这次设0.3毫米，“厚度值越大精度越差”。
　　然后，往设备顶部的一个漏斗状容器内装入材料粉末，“一般材料有塑料、树脂、陶瓷、金属等类型”，张钊现场用价格相对便宜的塑料粉末演示。
　　打开设备内腔，只见一平整的金属平台，“粉末就铺在这上面”，张钊指着平台上方的一个四方形钢架说，钢架上装的碘钨灯主要是预热和保温，顶部的圆形装置则是二氧化碳激光器，“将粉末高温加热烧结成零件就靠它了”。
　　关闭内腔，开动机器。碘钨灯预热15分钟，电脑操作屏显示腔内温度90℃，设备开始自动铺一层粉，激光器开始加热，只见腔内红光一片，“激光器对每个点加热烧结，可理解为平常焊接一样”，张钊说，激光器上加了面镜子，通过镜子的慢慢转动将激光反射逐步变向，激光就在粉末上一条线移动，在需要的地方加热。一条线一条线平行加热，每条线间距仅0.2毫米，而且这一层是上下方向，到了下一层就变成左右方向，以增加强度。
　　加热完一层，平台就往下降0.3毫米（即一层厚度），再铺一层粉。“实际操作比我们讲解快多了”，张钊说，一般而言，扫描一层只需一分钟，铺粉约为8秒钟。
　　1小时40分钟，完工。将多余的粉末吹掉，测试件就活生生地被“打印”出来了。
“起早床”的湖北，会否“赶个晚集”？
　　
　　“3D打印”引发经济革命
　　要问如今全球最火的是什么？恐怕除了《江南style》，便是“3D打印”了。
　　“只有你想不到的，没有它打印不了的。”美国三维系统公司首席执行官阿贝·雷琴塔尔如此形容。
　　用“3D打印”技术，奔驰、本田等汽车公司制造出汽车模具和配件，波音公司打造航模和零件，微软公司设计电脑鼠标和键盘，医疗设备机构为用户按牙定制牙套，甚至食品商用食材打印出饼干、苹果派……
　　变化远不止于此。试想一下，如果有了“3D打印机”，原先流水线生产同样产品的工厂，可按不同用户需求“打印”出一件件极具个性的商品。甚至，每个人都可拥有一台“3D打印机”，从设计师那里看好想要的商品，通过网络传到“3D打印机”，在家里就可“生产”，根本用不着专门的工厂。
　　如此，世界将变成怎样？
　　英国《经济学人》杂志认为，“3D打印”技术将与其他数字化生产模式一起推动实现第三次工业革命。“第三次工业革命”的始作俑者杰米里·里夫金说，自然资源面临枯竭，生态环境遭受巨大破坏，迫切需要人类创新发展模式和发展途径，一种建立在互联网和新能源相结合基础上的新经济即将到来。
　　“世界工厂”或被挑落？
　　丰富的廉价劳动力等因素，使得中国迅速成为“世界工厂”。显然，3D打印敲响了未来的警钟。
　　美国杜克大学教授高柏说，对中国未来最具影响的将是3D打印机——一摁键，它什么都可以在家里造，到了那时还需要世界工厂吗？
　　中南财经政法大学经济学教授乔新生认为，3D打印时代，完全数字化智能生产，劳动力成本因素将不复存在，欧美国家完全可让一台台“3D打印机”把那些流失的传统制造业，从中国工人手上抢回来。
　　事实上，金融危机后，美欧国家认识到实体经济的重要性，已经开始在这么做了。欧洲有“产业回归”，美国则是“再工业化”，并宣称未来20年内掌握“3D打印”、智能机器人等数字快速制造新技术，重构全球制造业格局。
　　波士顿咨询公司预测，到2015年，美国和中国的制造业劳动力成本将非常接近。5年以后中国沿海工业的总成本比美国的一些地区只低10%到15%，2020年美国可能从海外回流岗位300万个。
　　除了3D制造，分布式能源（屋顶的太阳能面板，可使每栋建筑成为发电厂）、大数据（云计算）、能源网等新技术的加速应用，使“第三次工业革命”构筑新经济模式的轮廓更加清晰。
　　显然，“3D打印”将重新洗牌世界经济格局和全球产业版图。
　　“起早床”的湖北，别“赶个晚集”
　　商务部政策研究室主任张向晨认为，面对欧美重振制造业，中国必须增强忧患意识，在新一轮全球产业布局和竞争中打造和形成自己的新优势。
　　在乔新生看来，在即将到来的第三次工业革命这一历史时刻，中国如果赶不上，良好发展态势可能受到影响，就像当年英国人用纺织机“打败”中国、印度的手工织品一样。
　　一场“3D打印”的争夺战，已在国内外打响。
　　武汉大学教授李光表示，与“3D打印”相关的机器人、新材料、产品设计、互联网、云计算等平台，发达国家目前有优势，但差距并不大，如果我们及时重点布局，完全可能“弯道超车”。
　　放眼国内，“3D打印”研发除华科大史玉升团队外，还有清华颜永年团队、西安交大卢秉恒团队、北航王华明团队等等。而且，除粉末“打印”技术外，液体、丝线等不同类型材料“3D打印”技术也在不断完善。
　　令人尴尬的是，滨湖机电公司生产的“3D打印机”，核心部件激光器是从国外进口，所用粉末材料也是从江浙、广东一带采购，只有技术含量低的机器外壳、支架等在武汉生产。

3D打印，不但能“打印”出鼠标，未来还能“打印”出衣服、甚至飞机。神奇的3D打印，将完全颠覆人们对传统制造的印象——制造业，将告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具。
　　18年前，华中科技大学快速制造中心研发出我国首台具有自主知识产权的3D打印机。次年，转化该技术的武汉滨湖机电技术产业有限公司成立。迄今，该公司已销售出200多台3D打印机。
　　据了解，售出的3D打印机，主要用于科研及样品制造，尚未用于规模化生产。
　　“从目前技术来看，‘3D打印’还不是万能的。”武汉滨湖机电技术产业有限公司负责人蔡道生博士说，这一技术还要迈过材料、性能、价格和制造速度4道坎。
　　首先，材料的局限性。蔡道生说，现在粉末材料能加工成零件的主要是塑料、树脂、陶瓷、金属等，比较有限，而陶瓷、金属加工所需温度非常高，目前技术并不成熟。
　　“关键是，现在一次只能‘打印’一种材料，不能将不同的材料混在一起‘打印’。”蔡道生说，现有“3D打印”技术只能生产由一种材料组成的零件，再组装成成品，“一次性直接生产汽车、飞机的说法，目前还不现实。”
　　其次是价格。华中科技大学史玉升团队骨干成员黄智，拿着一个飞机小零件“3D打印”品说，打印这种部件的金属粉末原料，一公斤需8万元，这个零件“3D打印”出来至少要卖2万元，价格太高。
　　再就是制造速度。蔡道生说，如果新研发一个新产品，单件小批量生产，用“3D打印”肯定比传统开模具生产要快，但如果批量生产，“3D打印”速度要慢得多，“这和普通打印一样，打印几张纸用打印机很快，但如果印书，到印刷厂做成模板再印，快得多。”
　　最后是性能。业内人士坦言，由于“3D打印”采用层层叠加工艺，层和层之间的粘结再紧密，也无法和传统模具整体浇铸的零件相媲美；同时，每一层的厚度再薄，也是一层一个坎，外表面仍需打磨才能满足精度要求。