全球最大3D打印機在華中科技大學誕生

    華中科技大學史玉升科研團隊經過十多年努力，實現重大突破，研發出全球最大的“3D打印機”。 這一“3D打印機”可加工零件長寬最大尺寸均達到1.2米。從理論上說，只要長寬尺寸小于1.2米的零件（高度無需限制），都可通過這部機器“打印”出來。

    華中科技大學材料科學與工程學院副院長史玉升說，“3D打印機”是通俗叫法，這一設備的學術名稱為基于粉末床的激光燒結快速制造裝備。 其原理為：將零件的3D圖形通過計算機平切為若干個平面，從最底層平面開始，鋪上一層該零件的材料粉末（如金屬、陶瓷、塑料、砂等），按每一層形狀通過激光高溫燒結后，再鋪上一層粉末，層層累加，像植物生長般“長成”。 據介紹，由于這項技術將復雜的零件制造變為簡單的由下至上的二維疊加，大大降低了設計與制造的復雜度，讓一些傳統方式無法加工的奇異結構制造變得快捷，一些復雜鑄件的生產由傳統的3個月縮短到10天左右。 同時，對研發出的新產品，可快速根據圖紙做出樣品，大大縮短研發周期。 如今，該設備被國內外200多家用戶購買使用，每臺價格從幾十萬元到200多萬元不等。 目前，全球正爭相發展這一制造新技術，已在建筑設計、醫療輔助、動漫模型等領域應用。 專家表示，最大“3D打印機”的問世，意味著我國在全球這一領域已搶占有利先機。

如此神奇的技術，到底是如何“打印”的呢？

    在華中科技大學快速制造中心產業化基地――武漢濱湖機電技術產業有限公司，只見一臺高2米多、形似立柜的設備，“這就是‘3D打印機’”，該公司生產部組長張釗拿出一個小方凳大小的測試件，長×寬×高為200毫米×200毫米×20毫米。 這一看起來簡單的四方塊測試件，內挖有圓孔，并有支撐筋條，“傳統機床加工還是有點復雜的”，張釗說。 首先，將這一測試件的3D立體圖輸入到設備電腦，“電腦將立體圖切片分層”，張釗說，根據不同零件精度要求，分層厚度可在0.08-0.3毫米之間設一個值，這次設0.3毫米，“厚度值越大精度越差”。 然后，往設備頂部的一個漏斗狀容器內裝入材料粉末，“一般材料有塑料、樹脂、陶瓷、金屬等類型”，張釗現場用價格相對便宜的塑料粉末演示。 打開設備內腔，只見一平整的金屬平臺，“粉末就鋪在這上面”，張釗指著平臺上方的一個四方形鋼架說，鋼架上裝的碘鎢燈主要是預熱和保溫，頂部的圓形裝置則是二氧化碳激光器，“將粉末高溫加熱燒結成零件就靠它了”。 關閉內腔，開動機器。碘鎢燈預熱15分鐘，電腦操作屏顯示腔內溫度90℃，設備開始自動鋪一層粉，激光器開始加熱，只見腔內紅光一片，“激光器 對每個點加熱燒結，可理解為平常焊接一樣”，張釗說，激光器上加了面鏡子，通過鏡子的慢慢轉動將激光反射逐步變向，激光就在粉末上一條線移動，在需要的地方加熱。一條線一條線平行加熱，每條線間距僅0.2毫米，而且這一層是上下方向，到了下一層就變成左右方向，以增加強度。 加熱完一層，平臺就往下降0.3毫米（即一層厚度），再鋪一層粉。“實際操作比我們講解快多了”，張釗說，一般而言，掃描一層只需一分鐘，鋪粉約為8秒鐘。 1小時40分鐘，完工。將多余的粉末吹掉，測試件就活生生地被“打印”出來了。

“3D打印”引發經濟革命

    “只有你想不到的，沒有它打印不了的。”美國三維系統公司首席執行官阿貝·雷琴塔爾如此形容。 用“3D打印”技術，奔馳、本田等汽車公司制造出汽車模具和配件，波音公司打造航模和零件，微軟公司設計電腦鼠標和鍵盤，醫療設備機構為用戶按牙定制牙套，甚至食品商用食材打印出餅干、蘋果派…… 變化遠不止于此。試想一下，如果有了“3D打印機”，原先流水線生產同樣產品的工廠，可按不同用戶需求“打印”出一件件極具個性的商品。甚至，每個人都 可擁有一臺“3D打印機”，從設計師那里看好想要的商品，通過網絡傳到“3D打印機”，在家里就可“生產”，根本用不著專門的工廠。

如此，世界將變成怎樣？

    英國《經濟學人》雜志認為，“3D打印”技術將與其他數字化生產模式一起推動實現第三次工業革命。“第三次工業革命”的始作俑者杰米里？里夫金說，自然資源面臨枯竭，生態環境遭受巨大破壞，迫切需要人類創新發展模式和發展途徑，一種建立在互聯網和新能源相結合基礎上的新經濟即將到來。

  “世界工廠”或被挑落？

   豐富的廉價勞動力等因素，使得中國迅速成為“世界工廠”。顯然，3D打印敲響了未來的警鐘。 美國杜克大學教授高柏說，對中國未來最具影響的將是3D打印機—— 一摁鍵，它什么都可以在家里造，到了那時還需要世界工廠嗎？ 中南財經政法大學經濟學教授喬新生認為，3D打印時代，完全數字化智能生產，勞動力成本因素將不復存在，歐美國家完全可讓一臺臺“3D打印機”把那些流失的傳統制造業，從中國工人手上搶回來。 事實上，金融危機后，美歐國家認識到實體經濟的重要性，已經開始在這么做了。歐洲有“產業回歸”，美國則是“再工業化”，并宣稱未來20年內掌握“3D打印”、智能機器人等數字快速制造新技術，重構全球制造業格局。 波士頓咨詢公司預測，到2015年，美國和中國的制造業勞動力成本將非常接近。5年以后中國沿海工業的總成本比美國的一些地區只低10%到15%，2020年美國可能從海外回流崗位300萬個。

    除了3D制造，分布式能源（屋頂的太陽能面板，可使每棟建筑成為發電廠）、大數據（云計算）、能源網等新技術的加速應用，使“第三次工業革命”構筑新經濟模式的輪廓更加清晰。 顯然，“3D打印”將重新洗牌世界經濟格局和全球產業版圖。

“起早床”的湖北，別“趕個晚集”

    商務部政策研究室主任張向晨認為，面對歐美重振制造業，中國必須增強憂患意識，在新一輪全球產業布局和競爭中打造和形成自己的新優勢。 在喬新生看來，在即將到來的第三次工業革命這一歷史時刻，中國如果趕不上，良好發展態勢可能受到影響，就像當年英國人用紡織機“打敗”中國、印度的手工織品一樣。

一場“3D打印”的爭奪戰，已在國內外打響。

    武漢大學教授李光表示，與“3D打印”相關的機器人、新材料、產品設計、互聯網、云計算等平臺，發達國家目前有優勢，但差距并不大，如果我們及時重點布局，完全可能“彎道超車”。 放眼國內，“3D打印”研發除華科大史玉升團隊外，還有清華顏永年團隊、西安交大盧秉恒團隊、北航王華明團隊等等。而且，除粉末“打印”技術外，液體、絲線等不同類型材料“3D打印”技術也在不斷完善。濱湖機電公司生產的“3D打印機”，核心部件激光器是從國外進口，所用粉末材料也是從江浙、廣東一帶采購，只有技術含量低的機器外殼、支架等在武漢生產。我省有著領先全球的“3D打印”技術，整個產業發展亟須著手規劃。

3D打印產業化還有多遠

    3D打印，不但能“打印”出鼠標，未來還能“打印”出衣服、甚至飛機。神奇的3D打印，將完全顛覆人們對傳統制造的印象――制造業，將告別車床、鉆頭、沖壓機、制模機等傳統工具。 18年前，華中科技大學快速制造中心研發出我國首臺具有自主知識產權的3D打印機。次年，轉化該技術的武漢濱湖機電技術產業有限公司成立。迄今，該公司已銷售出200多臺3D打印機。 據了解，售出的3D打印機，主要用于科研及樣品制造，尚未用于規模化生產。

    “從目前技術來看，‘3D打印’還不是萬能的。”武漢濱湖機電技術產業有限公司負責人蔡道生博士說，這一技術還要邁過材料、性能、價格和制造速度4道坎。 首先，材料的局限性。蔡道生說，現在粉末材料能加工成零件的主要是塑料、樹脂、陶瓷、金屬等，比較有限，而陶瓷、金屬加工所需溫度非常高，目前技術并不成熟。 “關鍵是，現在一次只能‘打印’一種材料，不能將不同的材料混在一起‘打印’。”蔡道生說，現有“3D打印”技術只能生產由一種材料組成的零件，再組裝成成品，“一次性直接生產汽車、飛機的說法，目前還不現實。” 其次是價格。華中科技大學史玉升團隊骨干成員黃智，拿著一個飛機小零件“3D打印”品說，打印這種部件的金屬粉末原料，一公斤需8萬元，這個零件“3D打印”出來至少要賣2萬元，價格太高。 再就是制造速度。蔡道生說，如果新研發一個新產品，單件小批量生產，用“3D打印”肯定比傳統開模具生產要快，但如果批量生產，“3D打印”速度要慢得多，“這和普通打印一樣，打印幾張紙用打印機很快，但如果印書，到印刷廠做成模板再印，快得多。” 最后是性能。業內人士坦言，由于“3D打印”采用層層疊加工藝，層和層之間的粘結再緊密，也無法和傳統模具整體澆鑄的零件相媲美；同時，每一層的厚度再薄，也是一層一個坎，外表面仍需打磨才能滿足精度要求。(摘自湖北日報)