3D打印開啟第三次工業革命？

從茶杯、高跟鞋，到人耳等身體器官，再到汽車、飛機零部件，3D打印的產品已經無處不在。種種跡象表明，曾經不“切一刀”就無法登上大雅之堂的年代已經一去不返了，3D真的來了，從生產到生活，從工業到民用，從高端到大眾，它正迅速地改變人們的慣性思維，打破舊有模式。

其實，3D打印只是更容易被大眾理解。它還有另外一些叫法，即快速原型制造、增材制造、實體自由制造。這些都是同一種技術的不同叫法，即增材制造技術。它是采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的切削加工技術，它是一種自下而上的制造方法。

隨著這種制造技術的廣泛應用，第三次工業革命悄然來襲的說法也不絕于耳。美國《時代》周刊將增材制造列為“美國十大增長最快的工業”。英國《經濟學人》雜志則認為“它將與其他數字化生產模式一起推動實現第三次工業革命”。那么，該如何界定第三次工業革命？它的重要標志又是什么呢？

機械工業信息研究院重大裝備信息中心主任石勇接受本報記者專訪時提出：“是不是能夠引發一場工業革命，關鍵是看工具是否有根本性的變化。”人類由石器時代到鐵器時代，由機械代替手工，是工具改變了人類的生產、生活方式。以3D打印為代表的增材制造正在成為制造技術發展的新趨勢，它是一項顛覆性技術，這項技術將促使裝備產業發生重大變革。“工具”變了，時代也就真正變了。隨著成本降低，它將可能帶來制造方式、組織結構和商業模式的重大轉變，這個轉變有可能會帶來新工業革命。這便是最近呼聲日漸升高的第三次工業革命了。

中國機械工業聯合會特別顧問朱森第接受本報專訪時表示，先進制造將使我國有可能在第三次工業革命中發揮重要作用，并引領我國制造業走出一條發展新路，助推中國由制造大國向制造強國轉變。盡管先進制造包含多項內容，增材制造只是其中之一，但作為其重要組成，增材制造技術已被各國政府高度重視。中國工程院院士、西安交通大學教授盧秉恒表示，它將改變未來的生產和生活模式，并正在重塑全球制造業競爭格局。

在近日召開的2013先進制造業大會上，與會專家一直重復同一個觀點，即增材制造并不會完全替代傳統的制造業，理由有三：不能實現大規模生產；制造精度不高；不是所有材料都可以應用。但增材制造技術是制造業的發展趨勢，它將成為制造業領域競爭的重要力量。第三次工業革命實質上是制造業的革命，其對先進制造的引領作用已日益凸顯。 （司建楠）

A、概念內涵

何為增材制造技術？

何為增材制造？按照最新定義，增材制造技術是采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術，相對于傳統的材料去除的切削加工技術，是一種“自下而上”的制造方法。

近二十年來，增材制造技術發展迅猛。快速原型制造、增材制造、實體自由制造，3D打印技術等各異的叫法分別從不同側面表達了該制造技術的特點。

這一技術不需要傳統的刀具、夾具及多道加工工序，而是利用三維設計數據在一臺設備上可快速而精確地制造出任意復雜形狀的零件，從而實現自由制造，解決了許多過去難以制造的結構復雜的零件的成型問題，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。而且越是結構復雜的產品，其制造速度快的優勢便越是顯著。

增材制造技術將傳統的復雜制造系統縮小到一臺制造裝備中，是制造技術的革命性變革，也將給社會的生產和生活方式帶來新的變革。

毋庸置疑，增材制造具有美好的發展前景，但也存在巨大的挑戰。專家認為，目前最大的難題是材料的物理與化學性能制約了實現技術。例如，在成型材料上，目前主要是有機高分子材料。金屬材料直接成型是近十多年的研究熱點，正在逐漸轉向工業應用，其難點在于如何提高精度。新的研究方向是用增材制造技術直接把軟組織材料（生物基質材料和細胞）堆積起來，以形成類生命體，再經過體外培養和體內培養去制造復雜的組織器官。

B、發展趨勢

實現多種材質的快速成型

專家指出，目前增材制造技術的發展趨勢大致朝三個方向發展。

方向一：向日常消費品制造發展。三維打印技術是國外近年來的發展熱點。該設備稱為三維打印機，將其作為計算機一個外部輸出設備而應用。它可以直接將計算機中的三維圖形輸出為三維的塑料零件。在工業造型、產品創意、工藝美術等領域有著廣闊的應用前景和巨大的商業價值。

方向二：向功能零件制造發展。采用激光或電子束直接熔化金屬粉，逐層堆積金屬，形成金屬直接成型技術。該技術可以直接制造復雜結構金屬功能零件，制件力學性能可以達到鍛件性能指標。進一步的發展方向是陶瓷零件的快速成型技術和復合材料的快速成型技術。

方向三：向組織與結構一體化制造發展。實現從微觀組織到宏觀結構的可控制造。例如在制造復合材料時，將復合材料組織設計制造與外形結構設計制造同步完成，從而實現結構體的“設計－材料－制造”一體化。美國已經開展了梯度材料結構的人工關節，以及陶瓷渦輪葉片等零件增材制造的研究。