史玉升：3D打印能与基因组结合创造新的材料

本文是根据史玉升教授在再生时代举办的上海Inside 3D打印产业高峰论坛上的演讲整理而成，史教授分析了3D打印出现的意义，发展趋势以及存在的问题等，其中关于“社会化的制造模式”、“数据流”“3D打印与基因组结合”等一系列非常新颖的观点尤其值得注意，因此把史教授这些有趣的观点都整理出来与大家分享。

制造业分为三类，第一种，等材制造，有三千年以上的历史；第二种，是减材制造，三百年以上的历史；第三种，增材制造，只有30年历史，相比传统的非常年轻，虽然年轻但有非常重大的意义。

意义体现在哪里？

3D打印技术突破了传统制造技术的几个复杂性：形状的复杂性，几乎可以成型制作任意程度的形状特征的零件；材料的复杂性，全彩色、异质结构都可以；功能复杂，整体成形，简化甚至取消装配。

突破这些复杂性对各行各业带来的深远影响：

第一，3D打印为制造提供创新的原动力，可以利用3D打印技术拓展产品创意与创新空间，在零部件的设备上做最优的设计，不用考虑加工的问题。

第二，极大的降低产品研发创新的成本、缩短创新研发周期。3D打印技术可以跟传统制造业合并，比如说跟制造业结合，使汽车发动机缸盖开发费用由200万减少到2、3万以内，半年时间缩短到一个星期左右。

第三，3D打印可以提升制作的工艺能力。简化制造提高产品质量与性能，一个发动机的喷嘴，过去20个零件，现在用3D打印集成为一个零件。其次制作出传统工艺无法加工的零部件，加大的增强了工艺实现能力，像发动机叶片可以做成空心网状的，既降低了重量，又实现了功能。提高了难加工材料可加工性，拓展了工程应用领域。像陶瓷很难加工，用3D打印就变得容易了。

四、实现绿色的可制造模式，制造业的污染是占全球整个污染的48%。减少材料使用量，可以做成网状空心做。

五、形成新的商业模式，新的制造体系。我们从设计到服务都叫制造，将来制造模式个性化制造服务，我们物流就是数据流，没什么仓库、实物运输，我们物流就是数据的流动，把钱付过去，数据发过来，用3D打印就可以进行打印。3D打印技术将促生新的制造模式，我认为是社会化的制造模式，广大网友都可以是设计师。

发展趋势

由单色向多色乃至表面纹理全彩色的发展。新的软件要出来，过去软件是只有几何，现在关于3MF这种格式的，将来带有材料、结构的信息。

单材料向多材料功能梯度材料方向发展。

宏观工艺结构和多尺度结构方向发展。利用同一种材料打印成不同弹性模量

的组织结构。比如使用一种材料实现毛绒玩具各部委不同的柔软度及触感。另外可以用3D打印使用超材料，以一种材料为基础制造的但愿构造块，几乎可以任意控制弹性模量。

实现纳米尺度的微观3D打印。

实现光电柔性的打印。我们系的裤带、穿的衣服，打印出来上面带有光电器件，我们用的计算机手机上面的电路板都是刚性的，将来要以柔性的线路打印。

生命体的打印，不仅仅是打印机器零部件，要打印人体零部件。现在是四个层次，有假的牙齿，还有活性无组织材料，还有活性软组织，肝脏、肾，这些生命体会发挥很重要的作用。

实现3D打印创造材料，跟材料基因组结合起来，过去有水稻或者生物的基因组，现在世界正在改材料的基因组。有了材料的基因组以后，用3D打印材料基因组的数据既创造材料，又做出来结构的要求。从尺度上做到原子尺度、介观尺度、宏观尺度。可以解决光电问题、热点问题等一系列。将来打造出有功能器械的器件。可以把电子电容打印过程中一起打印出来。

3D打印与等材制造、减材制造结合，一半增材一半减材，就可以做出既复杂表面粗糙又非常低的模件。

3D打印将来会走进医院，作为诊断设备，原来做CT或者片子看一下，平面看不清楚，将来打印一个立体的来看。

会推广到中小学教育，更重要提高他们的学习水平和学习成绩。我们可以用3D打印动手理解，像化学分子。

走进未来的家庭，就有很多3D打印机做食品、玩具、衣服、鞋子。

未来的工厂就是3D打印机，没仓库，就是大数据处理各种各样的信息数据，也没有物流，形成社会化制造，社会上的人都可以制造，也可以创造。

面临严峻的挑战

一个是3D打印的设计理论和方法还没有，第二个是3D打印材料设计理论和方法没有。比如说我把牙齿CT模型画进去，网状会自动软件生存出来。模具冷却流道，放进去软件自动把冷却流道生产出来。这样的设计理论方法没有。

3D打印装备方面，目前成型精度令人不满意，成型效率做一个小零件几个星期。

3D打印装备高，广大的人民群众用不起，中小企业用不起，怎么办呢？想办法降低价格。

3D打印装备的稳定性得不到保证，在哈尔滨跟上海做可能零件有差异，今天做和明天做有差异，很多关键部件做一下可能停了。

再就是说各类关键部件——激光器，国内激光器解决不了，特别是像SLM这种用激光器的稳定性要求非常高的。各类光学系统，像喷嘴、关键器件，也是一个瓶颈。

3D打印材料，品种少、价格贵、性能低。传统方法相比成千上万上亿的材料，3D打印材料太少了，钛合金很贵，一公斤几千块钱，材料是限制3D打印技术的主要平静。

3D打印应用方面，这个零部件比如说力学性能、断裂韧性，疲劳性能、扩展簌簌，高温持久性能、组织结构都缺乏标准体系。特别是高温型转运动部件，3D打印没有人敢用，现在用的相对成熟的钛合金。有一些在航天上有标准出来了，其他的材料都没有标准。
文章来源：3D打印世界