从中南海到泉州科技创新大讲堂，卢秉恒院士讲述——
泉企应用3D打印技术：跑马圈地正当时！
卢院士（左一）察看3D打印企业生产的鞋底（市科技局 供图）
核心提示
2015年8月21日，中南海。
70多岁的白发院士卢秉恒，走进国务院第一会议室，在这里上了特殊的一课。
这是由李克强总理主持的本届国务院第一次专题讲座。台下的“学生”，有国务院副总理，各部委领导、央企和金融机构负责人。讲座题目是由总理亲自选定的《先进制造与3D打印》。
上周五，应市科技部门邀请，卢院士做客泉州科技创新大讲堂，以同样的主题，为泉州各相关部门、高校、科研平台负责人和企业代表300多人，讲述了精彩的一课。
□本报记者 郑意凡
人 物 名 片
卢秉恒，中国工程院院士，现为西安交通大学机械学院院长、先进制造技术研究所所长，教授，博士生导师。作为我国最早从事快速成型（3D打印）与制造技术的知名专家和带头人之一，曾获得国家科技进步二等奖，国家技术发明二等奖等多项荣誉称号，是快速制造（3D打印）国家工程技术研究中心主任，国务院机械学科评议组召集人，数控装备国家重大专项专职技术负责人，国家973项目首席科学家，863计划先进制造领域专家。
原航空航天工业部部长林宗棠（右三）与卢院士一行考察中科院海西研究院3D打印最新成果 （市科技局 供图）
论“中国制造2025”
要补课，也要赶超跨越
卢秉恒说，上世纪80年代以来，从家电制造、汽车制造到飞机制造，中国制造先后掀起三次浪潮，逐步走向高端。得益于巨大市场，目前，中国已成为制造业世界第一大国，制造业总量占世界总量的20%。制造业增加值占全国工业收入的86.70%，占出口总量的 95.09%。
然而，中国并不是一个制造强国。比较中、德、美三国，德国的工业优势在于质量过硬、基础雄厚、工艺严谨；美国的优势在于：社会创新、高科技优势、集全球资源与精英；而我们中国的重要优势在于：一个比较完整的工业体系、内需市场巨大、人力资源丰富。
按照德国工业4.0的划分，工业1.0到4.0的主要特征分别是机械化、电气化、自动化和智能化。卢秉恒认为，目前，中国制造应采取两个策略：
一是追赶与跨越并举。面对存在的阶段性差距，中国要在工业2.0、3.0方面补课，即质量优先、研发机器人和高档数控机床，同时要推进实施“中国制造2025”，大力发展工业4.0。
二是必须发挥政府科学而有力的调控作用，汇集有限的社会资源，做好协同创新。
他认为，中国必须保护和充分利用巨大的市场需求，以引导和支持装备制造。同时，注重各项计划、各个行业的互动协同发展。在新产品研发时，就开始与国产化制造装备并行，注意第一罐奶粉效应。而在民用领域，要培养人民的消费观，让人人为培育民族工业作贡献。
对目前我国的共性技术缺位问题，卢秉恒认为需要创新思路，进行国家级创新中心建设。他以德国弗朗霍夫研究院和美国制造创新网络计划为例，认为中国建设一批能协同社会创新资源，为产业提供核心技术与共性技术的创新中心。避免科技资源的浪费和低水平的重复研究。
在产学研协同方面，企业要成为投资研发、应用成果、集成成果的主体。卢秉恒说，产品选择是企业创新的起跑线。企业应更多选择“创新驱动”型的产品，而不是只盯着眼下能赚钱的产品。这样创新才不会输在起跑线上。要加强创新能力建设。他举例说，日本轴承的一个企业，实验室面积和生产车间面积的比例是1∶1，而我们国家同类型的大概不到5%。此外，在大数据时代，欧美许多企业都注重累积、分析产品数据，用数据来提升商业策略和产品研发。
在人才协同方面，他认为要建立正确的学科评估标准，引导创新与工程能力培养。倡导科研人员的论文更多地写在产品上，写在装备上。中国制造2025还需要培养一批工业4.0时代的企业家和科技领军人，既精通制造工艺，又具有互联网思维，能充分利用社会创新资源。创新型社会还需要一大批创客、极客，需要马斯克式的人物，有浓厚的科学兴趣和强烈的创新欲。
在全社会的协同机制方面，要加强科技计划协同接力。国家科研计划应以标准、基础研究为先，重视产业化共性技术，以创新思想、发明专利为评审依据。
在金融与科技、产业的协同方面，改善制造业的资金环境。引导金融资金更多更快地流向实体经济、流向有潜力的先进制造业，加强对创新的支持力度。
晋江纳金网工作人员正在操作3D打印机 （张九强 摄）
论3D打印
上世纪最重要的制造技术创新 打印今天与未来的颠覆性科技
3D打印是一个颠覆性的创新技术。
卢秉恒说，3D打印技术，被美国自然科学基金会称为上世纪最重要的制造技术创新。麦卡锡报告列出了对人类生活有颠覆性影响的12项技术，3D打印排在第九位，排在新材料和页岩气之前。当时预测在2030年全世界将达到1万亿左右美元的效益。2015年麦卡锡报告又将这一进程前移，认为2020年可达到5500亿美元的效益。
从制造方式来说，铸、锻、焊在制造过程中重量基本不变，属于等材制造，已有3000年历史。车铣刨磨机床通过材料的切削去除，达到设计形状，称为减材制造，已有300年的历史。增材制造，即3D打印技术，材料一点一点地累加，形成需要的形状，才30年的历史。
那么，3D打印将带来哪些变革呢？
——产品开发周期与成本大幅下降。
3D打印可以制造形状复杂的零件，所想即所得，它直接由设计数据驱动，不需要传统制造必需的工装夹具模具制造等生产准备，编程简单，因此在产品创新设计与设计验证中，特别方便。使产品开发周期与费用至少降低为一半，成为机电产品和装备快速开发的利器。
这种增材制造仅在需要的地方堆积材料，材料利用率接近100%。航空航天等大型复杂结构件采用传统切削加工，往往95%—97%的昂贵材料被切除。而采用3D打印，材料利用率由5%提升至85%，制造周期由数月压缩为几天。
此外，它可以快速、低成本实现单件制造，个性化制造。特别适合个性化医疗和高端医疗器械。如人工骨、手术模型、骨科导航模板等。
——基于3D打印的再设计，带来产品、装备的颠覆性变革。
3D打印可以将数十个、数百个甚至更多的零件组装的产品一体化一次制造出来，大大简化了制造工序，节约了制造和装配成本。以3D打印新工艺的视角对产品、装备再设计，可以制造传统制造技术无法实现的结构，为设计创新提供了非常大的创新空间。可能是3D打印为制造业带来的最大效益所在。
近两年，3D打印显现出颠覆性变革。如GE公司做的飞机发动机的喷嘴，把20个零件做成了一个零件，成本材料大幅度的减少，还节省燃油15%。美国3D打印的概念飞机，重量可以减轻65%。而3D打印汽车，可以把2万个零件集成为40个，6天打印完成且减重1/3。
——互联网+3D打印：催生万众创新、万家创业。
“GE公司在网上发布了一条消息，挑战3D打印，将飞机的一个零部件让创客设计。第一名只用了原始结构的1/6的重量就完成了全部测试，而设计者是19岁的年轻人。3D打印展现了全民创新的通途。”
卢秉恒说，3D打印已经成为创客最欢迎的工具之一。它可为可穿戴电子、家居用品、文化产业、服装设计等行业提供个性化定制生产模式，有望引领生产从大批量制造走向个性化定制的第三次工业革命，有力促进大众创新，万众创业。
眼下，“互联网+3D打印”的制造模式已经出现，即收集大众的个性化需求，由创客完成设计，设计方案由3D打印件进行验证；再由虚拟制造组织生产，由物联网来配送。美国众创公司，15000名访客、6000名创客。亚马逊利用网络销售3D打印商品，营业额已达数十亿美元，利润30%。“未来，这种模式将成为万众创新、万家创业的最佳技术途径。”卢秉恒说。
——从增材到创材，从创材到创生。
卢秉恒说，利用3D打印高能束的集中能量，以3D打印设备作为材料基因组计划的研制验证平台，可以开发出超高强度、超高韧性、超高耐温、超高耐磨的各种优秀材料，让增材制造变成创材技术。
此外，3D打印还可以创生，即应用于组织支架制造、细胞打印等技术，实现生物活性器官的制造，为生命科学研究和人类健康服务。比如，最近我国首创了利用导航模板实现癌症的靶向治疗，避免了放疗玉石俱焚的副作用。
3D打印的尼龙裙 （资料图片）
3D打印技术现状：
既是技术井喷期、产业起步期 也是企业的跑马圈地期
据卢秉恒介绍，目前，中国在3D打印的研究方面处于国际前列，如论文和申请专利的数量处于世界第二。在应用方面，我国工业级设备装机量居全世界第四，但金属打印的商业化设备还主要依靠进口。国产工业级装备的关键器件、工业级3D打印材料等也基本依靠进口。“从产业的发展看，我们发展太慢，企业小而散。必须研发核心技术与原创技术，打造自己的创新链与产业链。现在国内已经有若干3D打印公司上市，科技开始与资金结合，这是一个良好的开端。”
他认为：3D打印从质和量两方面对国家战略地位和今后的科技发展都产生重大影响的技术。目前，该技术正处于一个技术的井喷期，产业的起步期，企业的跑马圈地期。我们应该抓紧标准的研究，拥有话语权。在航空件和高端医疗器械方面，要积极研究面对3D打印个性化制造产品准入的标准，以有利于新技术的应用。要加强基础研究，发展原创技术，在3D打印的新材料研发，显著提升打印件的质量和打印效率等方面有创新技术；要建立创新体系，为企业提供核心技术和共性技术；要攻克关键核心器件，打造产业链；要引导金融资本，助推3D打印企业做大做强，形成若干个具备国际竞争规模的企业。
水暖卫浴是3D打印技术应用的下一个方向之一。图为九牧获得2015年国际顶尖设计大赛IF设计奖的新品龙头。 （资料图片）
谈泉州如何嫁接3D打印技术
产业应用潜力大 可成立公共研究平台
在现场提问环节和后续专访中，卢秉恒认真回答了一系列问题。
——3D打印技术目前市场应用如何，市场爆发点在哪？泉州哪些产业领域可从中找到新商机？
卢秉恒说，目前，3D打印技术主要用于航空航天、汽车等高端装备制造，以及医疗，文化创意等需要个性化和快速响应的产业，还有教育领域。比如，在汽车零配件、轻工产品、家电等产品开发中，可降低产品开发周期与费用一半以上；在个性化医疗方面，在骨替代物制造、牙科整形与修补等方面已经有初步应用，效果显著；在航空航天产品研发中，可以制造与锻件性能媲美的大型构件等。这些技术正在成为改造传统行业和创造新型企业的重要工具和方向。
“中国有十三亿人，细分市场之下，仅在高端医疗服务方面，就有很多需求，很大的爆发力。对于泉州来说，鞋服产业的创新设计，装备制造业的提升等，3D打印技术都大有用武之地。关键是要有一大批学科交叉人才，把技术研究透了，然后与产业链衔接到位。”
——目前，泉州3D打印企业约有500多家，但规模较小，产值较低；另一方面，也缺乏3D打印技术的研发力量，企业单独研发成本较高。对此，政府和企业要如何行动起来？
卢秉恒说，可以建一个3D打印的公共研发平台，实现共性技术攻关和技术共享，为中小企业研发服务。“政府可以牵头成立引导资金，找一些企业家来投资，办一个实体的公司，来运作这个平台。哪家企业要产品开发，都可以到这个平台来做。这样你有CAD设计，然后有3D打印验证。如果这个产品还有缺陷，立刻就进行改正。这样很快进入一个周期，原来可能你设计一个新产品需要半年，现在有3D打印的帮助可能一个星期就完成了。”
卢秉恒透露，西安交通大学将与泉州企业和高校就3D打印技术应用与人才培养方面，达成一系列合作。
【新闻背景】
14至15日，应市科技部门邀请，原航空航天工业部部长林宗棠与中国工程院卢秉恒院士一行来泉考察3D打印技术发展情况。期间，考察组一行前往晋江工业设计成果馆、石狮星期YI众创空间、九牧厨卫有限公司、云尚三维科技公司等参观考察，与企业和科技部门负责人展开多场座谈，详细了解泉州3D打印技术发展和应用情况，探讨促成相关研究机构与泉州企业、高校达成合作。
据了解，近年来，泉州3D打印企业不断涌现，部分企业开始尝试将3D打印技术用于产品成型开发和服务。我市作为“中国制造2025”首个地方试点，3D打印技术发展前景十分广泛，特别是在鞋服纺织、建筑材料、工艺制品等我市优势传统行业领域中采用3D打印技术“打印”出产品零部件，能大幅度降低生产成本和材料的浪费，有效提升产品附加值和企业核心竞争力。
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