史玉升：3D打印能與基因組結合創造新的材料
時間：2015-12-31 13:51 來源：3D打印世界 作者：中國3D打印網 閱讀：次
本文是根據史玉升教授在再生時代舉辦的上海Inside 3D打印產業高峰論壇上的演講整理而成，史教授分析了3D打印出現的意義，發展趨勢以及存在的問題等，其中關于“社會化的制造模式”、“數據流”“3D打印與基因組結合”等一系列非常新穎的觀點尤其值得注意，因此把史教授這些有趣的觀點都整理出來與大家分享。
制造業分為三類，第一種，等材制造，有三千年以上的歷史；第二種，是減材制造，三百年以上的歷史；第三種，增材制造，只有30年歷史，相比傳統的非常年輕，雖然年輕但有非常重大的意義。
意義體現在哪里？
3D打印技術突破了傳統制造技術的幾個復雜性：形狀的復雜性，幾乎可以成型制作任意程度的形狀特征的零件；材料的復雜性，全彩色、異質結構都可以；功能復雜，整體成形，簡化甚至取消裝配。
突破這些復雜性對各行各業帶來的深遠影響：
第一，3D打印為制造提供創新的原動力，可以利用3D打印技術拓展產品創意與創新空間，在零部件的設備上做最優的設計，不用考慮加工的問題。
第二，極大的降低產品研發創新的成本、縮短創新研發周期。3D打印技術可以跟傳統制造業合并，比如說跟制造業結合，使汽車發動機缸蓋開發費用由200萬減少到2、3萬以內，半年時間縮短到一個星期左右。
第三，3D打印可以提升制作的工藝能力。簡化制造提高產品質量與性能，一個發動機的噴嘴，過去20個零件，現在用3D打印集成為一個零件。其次制作出傳統工藝無法加工的零部件，加大的增強了工藝實現能力，像發動機葉片可以做成空心網狀的，既降低了重量，又實現了功能。提高了難加工材料可加工性，拓展了工程應用領域。像陶瓷很難加工，用3D打印就變得容易了。
四、實現綠色的可制造模式，制造業的污染是占全球整個污染的48%。減少材料使用量，可以做成網狀空心做。
五、形成新的商業模式，新的制造體系。我們從設計到服務都叫制造，將來制造模式個性化制造服務，我們物流就是數據流，沒什么倉庫、實物運輸，我們物流就是數據的流動，把錢付過去，數據發過來，用3D打印就可以進行打印。3D打印技術將促生新的制造模式，我認為是社會化的制造模式，廣大網友都可以是設計師。
發展趨勢
由單色向多色乃至表面紋理全彩色的發展。新的軟件要出來，過去軟件是只有幾何，現在關于3MF這種格式的，將來帶有材料、結構的信息。
單材料向多材料功能梯度材料方向發展。
宏觀工藝結構和多尺度結構方向發展。利用同一種材料打印成不同彈性模量
的組織結構。比如使用一種材料實現毛絨玩具各部委不同的柔軟度及觸感。另外可以用3D打印使用超材料，以一種材料為基礎制造的但愿構造塊，幾乎可以任意控制彈性模量。
實現納米尺度的微觀3D打印。
實現光電柔性的打印。我們系的褲帶、穿的衣服，打印出來上面帶有光電器件，我們用的計算機手機上面的電路板都是剛性的，將來要以柔性的線路打印。
生命體的打印，不僅僅是打印機器零部件，要打印人體零部件。現在是四個層次，有假的牙齒，還有活性無組織材料，還有活性軟組織，肝臟、腎，這些生命體會發揮很重要的作用。
實現3D打印創造材料，跟材料基因組結合起來，過去有水稻或者生物的基因組，現在世界正在改材料的基因組。有了材料的基因組以后，用3D打印材料基因組的數據既創造材料，又做出來結構的要求。從尺度上做到原子尺度、介觀尺度、宏觀尺度。可以解決光電問題、熱點問題等一系列。將來打造出有功能器械的器件。可以把電子電容打印過程中一起打印出來。
3D打印與等材制造、減材制造結合，一半增材一半減材，就可以做出既復雜表面粗糙又非常低的模件。
3D打印將來會走進醫院，作為診斷設備，原來做CT或者片子看一下，平面看不清楚，將來打印一個立體的來看。
會推廣到中小學教育，更重要提高他們的學習水平和學習成績。我們可以用3D打印動手理解，像化學分子。
走進未來的家庭，就有很多3D打印機做食品、玩具、衣服、鞋子。
未來的工廠就是3D打印機，沒倉庫，就是大數據處理各種各樣的信息數據，也沒有物流，形成社會化制造，社會上的人都可以制造，也可以創造。
面臨嚴峻的挑戰
一個是3D打印的設計理論和方法還沒有，第二個是3D打印材料設計理論和方法沒有。比如說我把牙齒CT模型畫進去，網狀會自動軟件生存出來。模具冷卻流道，放進去軟件自動把冷卻流道生產出來。這樣的設計理論方法沒有。
3D打印裝備方面，目前成型精度令人不滿意，成型效率做一個小零件幾個星期。
3D打印裝備高，廣大的人民群眾用不起，中小企業用不起，怎么辦呢？想辦法降低價格。
3D打印裝備的穩定性得不到保證，在哈爾濱跟上海做可能零件有差異，今天做和明天做有差異，很多關鍵部件做一下可能停了。
再就是說各類關鍵部件——激光器，國內激光器解決不了，特別是像SLM這種用激光器的穩定性要求非常高的。各類光學系統，像噴嘴、關鍵器件，也是一個瓶頸。
3D打印材料，品種少、價格貴、性能低。傳統方法相比成千上萬上億的材料，3D打印材料太少了，鈦合金很貴，一公斤幾千塊錢，材料是限制3D打印技術的主要平靜。
3D打印應用方面，這個零部件比如說力學性能、斷裂韌性，疲勞性能、擴展簌簌，高溫持久性能、組織結構都缺乏標準體系。特別是高溫型轉運動部件，3D打印沒有人敢用，現在用的相對成熟的鈦合金。有一些在航天上有標準出來了，其他的材料都沒有標準。
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