卢秉恒院士纵论中国制造2025与3D打印

在科技创新大讲堂上，中国工程院院士、西安交通大学教授卢秉恒作了《中国制造2025与3D打印》的专题讲座。卢院士在报告会上介绍了我国制造业发展现状、中国制造2025发展规划、世界3D打印主流技术和将带来的科技重大突破等内容。

　　中国制造2025与协同创新

　　卢秉恒指出，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；中国的重要优势在于拥有一个比较完整的工业体系、内需市场巨大、人力资源丰富。

　　他认为，面对我们存在的阶段性差距，中国需要追赶与跨越并举，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。

　　卢院士建议我国可参考德国组建科研机构、美国组建制造创新网络的相关做法路径，探索适用我国国情及能实现中国制造2025任务的道路，建设一批协同社会创新资源，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。产学研形成长效合作机制，把科研机构、人员与企业创新的积极性调动和发挥出来。

　　在全社会的协同机制方面，应加强科技计划协同，按技术成熟度，各部委分工协作，各计划形成接力。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。目前我国制造企业贷款利率往往达7-8%，而制造企业的纯利润一般低于我国的贷款利率。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，加强资金对创新的支持力度，让创新力量及时得到资金支持，是中国制造2025能否顺利实施的重要关键问题。

　　在人才协同方面，建立正确的学科评估标准，引导创新与工程能力培养。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。

　　3D打印成为制造业战略高地

　　中国制造2025的主攻方向和带动性技术是发展智能制造。智能制造主要是工业互联网和底层智能化两部分；其中，底层智能化主要包括机器人、智能制造装备和3D打印。

　　卢秉恒认为，如果说机器人是今天的技术，那么3D打印是更加深刻影响今天和明天、乃至后天的技术。3D打印制造有如下特点与优势：

　　支持产品快速开发。3D打印直接由设计数据驱动，不需要传统制造必须的工装夹具模具制造等生产准备，编程简单。在产品创新设计与设计验证中，特别方便。

　　节材制造。3D打印属于增材制造，仅在需要的地方堆积材料，材料利用率接近100%。如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。

　　个性化制造。可以快速、低成本实现单件制造，使单件制造的成本接近批量制造。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。

　　再制造。用于修复磨损零部件的再制造，如飞机发动机叶片、轧钢机轧辊等，以极少的代价，获得超值。应用在军械、远洋轮、海洋钻井平台、乃至空间站的现场制造，具有特殊的优势。

　　开拓创新设计的新空间。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，可能是3D打印为制造业带来的最大效益所在。

　　3D打印已经成为创客最欢迎的工具，将有力促进大众创新，万众创业。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。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%。所以互联网+3D打印=万众创新、万家创业的最佳技术途径。

　　创材。3D打印制造出了耐温3315℃的高温合金，用于龙飞船2号，大幅度增强了飞船推力。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，增材制造变成为创材技术。

　　创生。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，一定意义上的创造生命。为生命科学研究和人类健康服务。

　　卢秉恒说，“创材与创生，无疑是将要为材料科学和技术、生命科学和医疗技术、为制造业带来巨大颠覆性变革。我们现在就需要布局，争取抢占这一战略性高地。”

　　中国3D打印现状与突破方向

　　据卢秉恒介绍，目前，中国在3D打印方面的研究方面处于国际前列，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及国产工业级装备的关键器件还主要依靠进口。工业级3D打印材料的研究刚刚起步，除了个别研发能力强的公司研发了少量材料外，3D打印的材料基本依靠进口。

　　他表示，3D打印是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。

　　卢院士认为，“从产业发展速度来看，我们发展得太慢。美国有两家最大的3D打印公司，今年达到近10亿美元的规模。而我们企业基本是校办企业起家，最多1个多亿人民币产值。现在进口设备正大举进攻中国市场，在金属打印装备领域，国外采用材料、软件、设备、工艺一体化捆绑销售。中国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。”

　　3D打印的任意性为产品和装备的创新设计开辟了巨大的空间，为各行业会带来巨大的效益。卢秉恒建议，中国应该抓紧标准的研究，3D打印的数据标准可能影响到装备和应用两个方面。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。此外，要加强基础研究，发展原创技术，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。