盧秉恒院士縱論中國制造2025與3D打印

在科技創新大講堂上，中國工程院院士、西安交通大學教授盧秉恒作了《中國制造2025與3D打印》的專題講座。盧院士在報告會上介紹了我國制造業發展現狀、中國制造2025發展規劃、世界3D打印主流技術和將帶來的科技重大突破等內容。

　　中國制造2025與協同創新

　　盧秉恒指出，比較中、德、美三國，德國的工業優勢在于質量過硬、基礎雄厚、工藝嚴謹；美國的優勢在于社會創新、高科技優勢、集全球資源與精英；中國的重要優勢在于擁有一個比較完整的工業體系、內需市場巨大、人力資源豐富。

　　他認為，面對我們存在的階段性差距，中國需要追趕與跨越并舉，必須發揮政府科學而有力的調控作用，匯集有限的社會資源，做好協同創新。

　　盧院士建議我國可參考德國組建科研機構、美國組建制造創新網絡的相關做法路徑，探索適用我國國情及能實現中國制造2025任務的道路，建設一批協同社會創新資源，為產業提供核心技術與共性技術的創新中心，避免科技資源的浪費和低水平的重復研究。

　　在產學研協同方面，企業要成為投資研發、應用成果、集成成果的主體。產學研形成長效合作機制，把科研機構、人員與企業創新的積極性調動和發揮出來。

　　在全社會的協同機制方面，應加強科技計劃協同，按技術成熟度，各部委分工協作，各計劃形成接力。國家科研計劃應以標準、基礎研究為先，重視產業化共性技術，以創新思想、發明專利為評審依據。

　　在金融與科技、產業的協同方面，改善制造業的資金環境。目前我國制造企業貸款利率往往達7-8%，而制造企業的純利潤一般低于我國的貸款利率。引導金融資金更多更快地流向實體經濟、流向有潛力的先進制造業，加強資金對創新的支持力度，讓創新力量及時得到資金支持，是中國制造2025能否順利實施的重要關鍵問題。

　　在人才協同方面，建立正確的學科評估標準，引導創新與工程能力培養。中國制造2025還需要培養一批工業4.0時代的企業家和科技領軍人，既精通制造工藝，又具有互聯網思維，能充分利用社會創新資源。創新型社會還需要一大批創客、極客，需要馬斯克式的人物，有濃厚的科學興趣和強烈的創新欲。

　　3D打印成為制造業戰略高地

　　中國制造2025的主攻方向和帶動性技術是發展智能制造。智能制造主要是工業互聯網和底層智能化兩部分；其中，底層智能化主要包括機器人、智能制造裝備和3D打印。

　　盧秉恒認為，如果說機器人是今天的技術，那么3D打印是更加深刻影響今天和明天、乃至后天的技術。3D打印制造有如下特點與優勢：

　　支持產品快速開發。3D打印直接由設計數據驅動，不需要傳統制造必須的工裝夾具模具制造等生產準備，編程簡單。在產品創新設計與設計驗證中，特別方便。

　　節材制造。3D打印屬于增材制造，僅在需要的地方堆積材料，材料利用率接近100%。如航空航天等大型復雜結構件采用傳統切削加工，往往95%-97%的昂貴材料被切除。

　　個性化制造。可以快速、低成本實現單件制造，使單件制造的成本接近批量制造。特別適合個性化醫療和高端醫療器械，如人工骨、手術模型、骨科導航模板等。

　　再制造。用于修復磨損零部件的再制造，如飛機發動機葉片、軋鋼機軋輥等，以極少的代價，獲得超值。應用在軍械、遠洋輪、海洋鉆井平臺、乃至空間站的現場制造，具有特殊的優勢。

　　開拓創新設計的新空間。可以制造傳統制造技術無法實現的結構，為設計創新提供了非常大的創新空間。可以將數十個、數百個甚至更多的零件組裝的產品一體化一次制造出來，大大簡化了制造工序，節約了制造和裝配成本。以3D打印新工藝的視角對產品、裝備再設計，可能是3D打印為制造業帶來的最大效益所在。

　　3D打印已經成為創客最歡迎的工具，將有力促進大眾創新，萬眾創業。GE公司在網上發布了一條消息，挑戰3D打印，將飛機的一個零部件讓創客設計，第一名只用了原始結構的1/6的重量就完成了全部測試，而設計者是19歲的年輕人。亞馬遜利用網絡銷售3D打印商品，營業額已達數十億美元，利潤30%。所以互聯網+3D打印=萬眾創新、萬家創業的最佳技術途徑。

　　創材。3D打印制造出了耐溫3315℃的高溫合金，用于龍飛船2號，大幅度增強了飛船推力。利用3D打印高能束的集中能量，以3D打印設備作為材料基因組計劃的研制驗證平臺，可以開發出超高強度、超高韌性、超高耐溫、超高耐磨的各種優秀材料，增材制造變成為創材技術。

　　創生。應用于組織支架制造、細胞打印等技術，實現生物活性器官的制造，一定意義上的創造生命。為生命科學研究和人類健康服務。

　　盧秉恒說，“創材與創生，無疑是將要為材料科學和技術、生命科學和醫療技術、為制造業帶來巨大顛覆性變革。我們現在就需要布局，爭取搶占這一戰略性高地。”

　　中國3D打印現狀與突破方向

　　據盧秉恒介紹，目前，中國在3D打印方面的研究方面處于國際前列，論文和申請專利的數量處于世界第二。在應用方面，我國工業級設備裝機量居全世界第四，但金屬打印的商業化設備及國產工業級裝備的關鍵器件還主要依靠進口。工業級3D打印材料的研究剛剛起步，除了個別研發能力強的公司研發了少量材料外，3D打印的材料基本依靠進口。

　　他表示，3D打印是從質和量兩方面對國家戰略地位和今后的科技發展都產生重大影響的技術，目前正處于一個技術的井噴期、產業的起步期、企業的跑馬圈地期。

　　盧院士認為，“從產業發展速度來看，我們發展得太慢。美國有兩家最大的3D打印公司，今年達到近10億美元的規模。而我們企業基本是校辦企業起家，最多1個多億人民幣產值。現在進口設備正大舉進攻中國市場，在金屬打印裝備領域，國外采用材料、軟件、設備、工藝一體化捆綁銷售。中國必須研發核心技術與原創技術，打造自己的創新鏈與產業鏈。”

　　3D打印的任意性為產品和裝備的創新設計開辟了巨大的空間，為各行業會帶來巨大的效益。盧秉恒建議，中國應該抓緊標準的研究，3D打印的數據標準可能影響到裝備和應用兩個方面。在航空件和高端醫療器械方面，要積極研究面對3D打印個性化制造產品準入的標準，以有利于新技術的應用。此外，要加強基礎研究，發展原創技術，顯著提升打印件的質量和打印效率等方面有創新技術；要建立創新體系，為企業提供核心技術和共性技術；要攻克關鍵核心器件，打造產業鏈；要引導金融資本，助推3D打印企業做大做強，形成若干個具備國際競爭規模的企業。