中国智能3D打印-卢秉恒院士：3D打印与创新设计

  [西安设计讲堂秉承“与设计，共同发展的沟通”的宗旨，秉承高端，深入，前瞻，互补，充分挖掘和整合科技优势，文化优势的特点。人才优势。以创新设计和智能制造为出发点，传播文化理念，提升丝绸之路沿线创新设计水平，促进国际交流与合作，为丝绸之路经济带建设做出突出贡献。 3月30日，西安设计联合会邀请丝绸之路创新设计产业联盟卢秉恒院士做了题为“3D打印与创新设计”的报告。全文如下。

  三维打印是增强材料制造的主流制造技术。根据制造技术的分类，有附加材料制造、减少材料制造和其他材料制造。三维打印属于附加材料制造，是一种将材料进行叠加的制造方法。这种技术的出现给制造技术产业带来了新的局面。根据麦肯锡的分析报告，2013年，3D打印技术被认为是影响我们生活和生产组织的顶级技术之一。预计到2030年将达到万亿美元的规模。

  3d印刷分为几种不同的类型：

  1。激光固化方法，经外照射变成固体，然后积累；

  其次，利用粉末、塑料粉、金属粉，甚至包括砂层进行键合成；

  3.熔化辅助长丝然后堆积起来;

  4。使用金属粉末通过喷涂积聚，并在数字控制下将其变成我们需要的形状。

  3d印刷技术给传统的制造带来了巨大的变化，大大简化了传统的制造工艺，简化了产品零部件的数量，由汽车等数以万计的零部件组成的产品可以简化为几个部分。目前，飞机和航空发动机已开始启动3d打印和制造部件。另外，3d打印可以使产品更轻便，使设备更有效率。

  3D打印是一种颠覆性的技术。在过去，在产品开发过程中，单件定制是一个非常复杂的过程。而且由于数量较少，很少有企业愿意承接模具的制作过程，而3D打印能够满足这种制造需求。因此，三维打印在航空航天、汽车、医疗和电子产品的发展中起着非常重要的作用。随着消费水平的提高，我们都希望获得个性化的产品，大规模定制或个性化定制已经逐渐成为产品制造的主要模式，而3D打印是最适合的技术。对于非常复杂的零件，原来不敢制造甚至不敢设计的产品都可以用成品制成，为产品和设备的创新设计提供了很大的空间。

  在科学研究中，材料的生产逐渐从一种材料的积累，转化为各种材料的复合，使零件的表面可以制成耐磨、耐腐蚀、高强度、内饰中空的材料，各个阶段都可以最大限度地提高材料的性能。

  添加剂也可以用于创建材料，即创建材料。目前，冶炼厂提供的材料用于加工。如果使用3D打印技术，可以在粉末床上将几种元素合成为新合金。从创造到创造，它是生命的创造。 3D打印可以产生降解材料的人体器官。植入人体后，可在生化环境中降解。降解后，它变成了自己的细胞。通过这项技术，可以制造骨骼，心脏和肝脏。因此，3D打印为科学研究提供了良好的制造工具。

  3D打印是从3D发展到4D和5D的过程，在打印时使用智能材料，在打印后改变温度或添加磁场等功能，可以改变最终产品的形状。在封闭的空间中，保留一个小的开口，可以在其中打印材料，然后将环境温度更改为所需的形状。这就是5D打印的情况，5D打印不仅可以改变它的形状，还可以改变它的功能，使它从无生命的个体变成有生命的个体。3.PNG

  在这个阶段，我们正在做细胞打印研究。在虚构的空间里，细胞被堆积在3d打印中，被放置在不同的生化环境中。此外，干细胞可以诱导不同的组织和肌肉神经血管。3d打印，从最初的快速原型到产品开发，到现在的批量制造，给传统的生产模式带来了颠覆性的变化；从最早的树脂到塑料和金属材料，再到复合材料或生物活性材料，都对其材料进行了研究。从整个行业的发展来看，最初人人都做3d印刷设备，后来将其推广到各个应用领域，最后发展到尖端技术。你可以想象不进入太空，不在月球上用太空材料建造房屋，也不使用地球上珍贵、稀有的材料制造航天器部件。3d印刷正从高科技领域向公司转型，所有行业都在促进这一行业的发展。

  3D打印引领着民族造物主的潮流，我们都可以利用它来实现我们自己未来的创新设计。我们的创新不再受体制的制约。所有我们需要的是一个3D打印机打印原型和一些功能部件在家里。我们可以为创新设计和打印产品模型，以便投资者评估项目的可行性。国家创造者的时代就是这样到来的。全面建设新社会，必须打破传统体制，充分发挥社会成员的积极性。技术创新从多方面促进了社会的创新。3D打印机的普及，使全民能够在家里进行创新设计，改变工作方式，促进全民参与社会生产。

  三维打印在中国的发展非常迅速。自2016年以来，获得专利的3D打印技术已在2017年成为世界第二大和世界第一。在3D印刷行业，中国相对于世界的比重已经从25%逐步上升到50%，2018年安装的设备数量从第四位上升到了世界第三位。2000年以来，西安交通大学、第四军医大学、交通大学和交通大学第二附属学院在科研方面取得了优异的成绩。世界上第一台3D打印起落架已经接受测试，当时每个人都怀疑3D打印产品是否能满足空间的需求，汪院士制造了世界上第一个3D打印飞机起落架。在科研、设备产业化方面，无论是金属、非金属3D打印机，我们都有很好的技术，西安一直处于领先地位。因此，在西安成立了中国材料制造创新中心。目前，一些设备的研究和开发都是由独立的软件开发的，但一些关键的光学器件或激光器仍然更加依赖进口，导致我国目前的3D打印技术较少。但我们相信，通过不断的努力，我们一定会走在世界的前列。

  使用3D打印技术创建产品模型可以大大降低成本，避免计算机仿真模型与实际模型不同的风险。我们开发了一套快速模具制造技术。传统的模具制造非常复杂，昂贵且耗时。 3D打印技术用于制作原型外观。在接收到模型的公众认可后，可以使用发动机。这时，我们可以再次使用它。使用一些简单快速的模具来加工真实的模具。对于不同的批次，我们使用不同的制造方法。例如，可以使用数十件来复制硅橡胶模具。如果是大批量，则可以将原型复制到具有3D打印的机器中，从而形成用于产品快速开发的系统。

  3D打印应用于摩托车外形的开发、动力机械叶轮的设计、圆环的开发、医疗修理、零件的精密制造等各个行业领域。

  在飞机风洞实验中，3d打印比传统手工制作的零件要好。3d打印可以用于诸如不方便的传感器和不方便的飞机重量测定等问题。尤其在汽车工业中，使用3d打印制作原型比传统使用手动刮泥模型评估更有利于汽车结构的分析。我们发现了一些问题，可以对数字模型进行修改，以便重新评估。

  对于小批量、个性化的汽车制造，大多数电动汽车制造业仍然借用燃料汽车外壳，而不是真正为电动汽车设计的车身外壳，这恰恰是因为它在车身开发上投入了太多资金。目前，电动汽车还没有完全被大众消费群体所接受，还处于试验阶段。国外已经将3D打印应用到汽车模型的开发中，非常先进的模型可以快速的做出来，这可以加速产品的设计，实现各种创新设计。同时，它也可以是轻量级的，集成了许多部件。复合材料的设计越来越广泛地应用在汽车上，这非常符合电动汽车的需求。电动汽车的里程是一个非常重要的因素，自然里程随着车身的轻量化而增加。复合材料，如纤维或玻璃纤维，可以用来制造物体，所有这些都可以通过三维打印技术来实现。它还可以扩展到汽车零部件。目前，我们已经参与了大型汽车模具的制造，并制造了专用的喷涂模具设备和完整的汽车外壳。

  3D打印使制造业发生了革命性的变化，将航空航天应用的材料利用率从5%提高到85%，并压缩了几个月到几天的制造周期。然而，三维打印技术生产的零件在精度、强度以及是否被破坏等方面仍存在许多问题。这是一个全新的理论，我们还处于研究阶段。

  3D打印带来了生产模式的新革命。您可以在家创造性地设计并将设计产品放在互联网上以寻求投资者。这可能成为未来非常重要的创新社会生产方法。 GE已经发布了一项关于在互联网上使用3D打印实验飞机结构部件的设计要求。最后，在700个项目的集合中，专家们选择了10个优秀项目。其中，第一位是19岁的年轻设计师，他完成了结构件的设计，仅重量的六分之一和价格的六分之一，而且刚性和强度都是合格的。人们有很多创新能力和热情，他们无法在原始的生产组织下进行游戏。在未来的飞机制造中，更换零件不需要一些层批准，逐层论证，并且可以通过直接进行模型测试来验证。

  通用电气使用3D打印技术制造飞机发动机喷嘴，将燃油效率提高了15%。他们使用3D打印来制造引擎，订单增加了400多亿美元。因此，通用电气决定对3D打印发起一场重大攻势。现在，它已经收购了两、三家世界上最强大的3D打印公司，并决定开发自己的设备并改造生产线。预计到2030年将有1万台3D打印机投入飞机发动机的生产。

  3d印刷在我国正处于技术发展的井喷时期，它既是企业竞赛的起点，也是企业竞赛的时间。目前，亚马逊还参与3d印刷行业，在互联网上组织3d印刷资源，提供服务，每年收到数十亿美元的订单。中国政府非常支持创新。产业和信息化部论证后，决定在西安高新区建立国家3d印刷创新中心，并得到高新区领导人的大力支持。该创新中心联合了全国13家企业，清华大学、北航、华中大学、西工大学、西交大学。它由来自国内外的20多位专家组成，其中外国专家占近一半。

  目前，我们正在进行的研究和开发方向是针对飞机发动机，另一个是光明之剑项目，在三维打印技术的支持下，使飞机发动机具有创新性的设计。包括叶轮盘、涡轮盘等的高效设计，节省了大量的复杂工序。想象一下，进入太空进行3D打印，并在太空中制造你所需要的部件。虽然空间印刷有许多困难，但它的能量取之不尽用之不竭，有许多优点。例如，在不受空气压力影响的情况下，可以提高生产效率，而高环境温度可以产生耐高温的物体。

  在汽车生产方面，与吉利研究所合作研发了“10000辆汽车工程”。利用大数据量优化工艺，利用大型设备支撑，将国家3D打印资源连接起来，为国家制造业服务。我们相信，在您的努力下，中国的3D打印将在十年内位居世界第二，五年内第二次，十年中第一次，第二次销售。到2035年，让中国成为2025年。

  为了孵化创新设计成果，吸引更多3D打印行业到西安，我们将在西安高新区建立一个3D打印小镇，形成一个工业集聚区。致力于实现技术供应链，培育3D打印的主力军。 王永康局长希望3D打印成为西安八路军的硬技术之一。在规划占地1600英亩的3D打印城镇，计划投资15亿元，引进十几家核心企业，希望抓住国家创新的大好机遇，做好工作。

  在技术上，还有待推广，如金属罐喷涂技术，花费100多万元，制作一套完整的汽车复合材料模具需要100天时间。我们在将3D打印应用于创新设计方面做了大量工作。目前，我们仍在研究使用非常轻的材料进行建筑印刷，因为在建筑的某些区域需要承载能力。住房部提倡建筑装配。3D打印容易进行表面造型、雕刻和浮雕。如果每层楼的重量减少，投资可以减少，建筑师可以得到创造性的模型。

  在金属创新方面，闭式球可以使用金属打印头作为轻型内粉传递元件。粉末在外层，内层为轻，然后纤维升级到外层，粉末在内层，这样产生的部分就会非常精细。

  在3D打印特色小镇的设计中，邀请丝绸之路创新设计产业联盟和西安设计联合会的专家为我们做一些优秀的设计，完成国家赋予我们的使命。3D印刷城位于高新区的中心地带，是工业的聚集地。未来，我们可以利用3D打印来复制文物，希望在3D打印城建立一个3D打印博物馆，主要展示西安的一些地方文化资源、历史资源和文物。我们还希望展出来自全国各地的文物，如莫高窟。