“3D打印不是变魔术”

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对话齐欢博士
　　“3D打印”这个概念几乎一夜之间流行起来，媒体上充斥了近乎天方夜谭似的报道，无论是日用品、工业品，小到茶杯，大到飞机、建筑，甚至空间站，都可以“打印”出来！“第四次工业革命”就要开始了……
　　听起来怎么不大像是一项技术，而像是魔术呢？“3D打印”也仿佛就是传说中的那盏阿拉丁神灯。可惜，魔术都是假的，阿拉丁神灯也并不存在，“3D打印”被神话了，和当年被神话了的“纳米科技”一样。
　　“我们打印不出飞机，也打印不出汽车，‘3D打印’替代不了传统制造业，当然，它可以改善传统制造业的某些流程，提升某些环节的效率。”上海交通大学密西根联合学院从事激光“3D打印”研究多年的齐欢博士告诉记者。
　　记者：请首先简单介绍一下3D打印这个概念。
　　齐欢：3D打印并不神秘，也不新鲜，在工业应用领域已经有近三十年的历史。所谓“3D打印”，是现有的多种“增材制造技术”的统称。物体成型的方式主要有四类：减材成型、受压成型、增材成型、生长成型，车铣刨磨钳以及冲压等传统机加工方法是减材成型，3D打印则是增材成型。根据不同技术原理、所采用的材料不同，目前3D打印技术有数十种，我主要研究的是激光熔覆金属粉末快速成型技术，这也是目前在工业领域最有应用前景、最尖端的一种3D打印技术。
　　记者：我开门见山，3D打印可以直接打印出一部汽车么？
　　齐欢：理论上讲，只要能设计出来，就能打印出来，不光是单个零件，甚至包括装配好的运动总成都能一体打印出来。但实际上受材料的限制——目前能打印的材料还很有限，主要有树脂、石蜡、石膏、尼龙丝、钛合金、陶瓷、金属粉末等十几种。原理上，虽然可以用金属粉末打印出白车身，但是那样造出来的汽车估计谁也买不起，成本和效率都不能想象。
　　记者：有报道说3D打印比传统制造业更高效啊！
　　齐欢：那看打印什么了。如果打印的是单件、单一材料的小玩意儿，比如用石膏材料打印一个小花瓶，效率的确比传统制法更高，可是就金属材料而言，目前的3D打印效率非常低。举个例子吧，用我们的送粉激光熔覆技术“打印”一个直径1厘米的金属螺栓，一层一层“打印”，每层20微米，1厘米需要打印500层，每层需要10秒，总共要5000秒，也就是要将近一个半小时！
　　记者：那成本呢？
　　齐欢：就金属激光3D打印而言，目前设备成本很高，其次，打印用的金属粉末也比传统机加工用的材料贵多了，目前我们打印这样一条金属螺栓，成本大概得上百元一个吧。
　　记者：效率这么低，成本又这么高，看来3D打印并不神奇啊！
　　齐欢：现在3D打印这个概念的确是被神话了。3D打印不能取代传统制造业，它只是传统制造业的一个很好的补充，适用于个性化和定制生产，适用于那些造型复杂、批量不大的特殊产品，对于可以大批量规模生产的产品，3D打印并不合适。除了成本和效率外，3D打印还有一个制约，就是适合打印的材料目前还很有限，而且一次成型，只能打印单一材料。不久前，世界第一支3D打印的gun，枪体是塑料，撞针是金属，就要分别打印，然后组装。像汽车这样涉及那么多零件、多种不同材料，是不太可能直接打印出来的。
　　记者：那3D打印目前主要能做些什么？
　　齐欢：3D打印目前主要应用在三个领域：一是桌面打印机，主要是制作工艺品和模型，使用非金属材料；二是工业级金属材料3D打印机，主要用来做一些非功能性零件和产品原型；三是医药生物领域使用的3D打印机，使用的是生物材料，可以打印细胞、仿生结构等。就汽车行业而言，3D打印在造型、制模等领域，都有很好的应用前景。比如，造型阶段，用3D打印的模型取代传统的手工油泥模型，不仅精度更高，而且可以加快开发进度。
　　（汪云青）
　　“打印整架飞机是胡说”
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　　3D打印技术产业联盟副理事长罗军也认为目前的3D打印有点被神话了，他说，目前的3D打印并不适合批量生产，说可以打印出整架飞机更是胡说。“一架飞机由成千上万个不同材质的零部件组成，不可能在一台打印机上实现。”罗军解释说，3D打印的核心技术有两个，一个是激光喷嘴，另一个就是材料，前者关系产品的精度和硬度，后者关系产品的实用性。在他看来，目前材料是3D打印发展亟待突破的瓶颈。受材料限制，现在还只能打印一双像鞋子的“鞋子”，而不是能穿的鞋子。并不是什么都适合3D打印，这也是为什么目前全球3D打印市场一年的总规模还不到20亿美元的原因。
　　国内3D打印领域的权威，清华大学教授颜永年也表示，3D打印在效率、成本、性能等方面还不能与传统制造业相比，打印一个大的零件通常要好几天，而传统制造方法可能只需要几分甚至几秒钟。
　　背景知识:
　　3D打印技术是一种“增材成型技术”，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。它首先将物品转化为3D数据，然后运用粉末状金属或塑料等可黏合材料逐层打印。3D打印技术最突出的优点是无需模具，也不需要机械加工，就能直接从设计好的计算机图形数据中生成任何形状的物体。而传统的制造业最核心的一个环节就是要开模，这个环节往往耗时很长。
　　齐欢
　　人物简介
　　美国密歇根大学机械工程博士，2005年加入美国通用电气公司（GE）全球研发中心，任研究员、研发项目负责人。2010年回国加入上海交大密歇根联合学院。先后参与了美国国家科学基金(NSF)、美国国家标准技术学会(NIST)的多项研究项目。在GE工作期间，负责主持研发激光快速制造技术在飞机发动机、涡轮发动机等关键部件的制造与维修应用。近年来的研究重点是：利用激光熔覆技术修补涡轮发动机单晶结构叶片、激光快速制造的自动闭环控制系统、新型复合材料的制备等。