中科院寧波材料所研究院張文武：3D制造須與其他制造手段充分配合

5月29－31日，由亞洲制造業(yè)協(xié)會、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、英國增材制造聯(lián)盟等單位共同主辦的2013年世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會在北京中國大飯店隆重舉行。國內(nèi)外600多位代表出席會議，就3D打印技術(shù)發(fā)展趨勢、3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、3D打印技術(shù)如何與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)合等議題展開討論。

中科院寧波材料所研究院張文武
　　以下為中科院寧波材料所研究院張文武演講實(shí)錄：
　　各位老師、各位來賓，大家上午好！我是來自中科院寧波材料所的張文武。我今天演講的題目是“淺談工業(yè)革命與智本主義時代”，前面幾位老總已經(jīng)把大家?guī)氲?D打印對于文創(chuàng)產(chǎn)業(yè)，甚至對整個未來人類生產(chǎn)發(fā)展模式，已經(jīng)有很好的預(yù)熱了，對這些技術(shù)大家已經(jīng)有所了解。我站在一個局外，我不開公司，但是我很早以前就對這個領(lǐng)域非常的關(guān)注。
　　首先介紹一下中科院寧波材料所，現(xiàn)在我們正要升級成為中科院寧波工研院，2007年創(chuàng)建，現(xiàn)在是700多人正式員工，研究生300多人，2015年預(yù)計(jì)達(dá)到2500多人，下屬有新能源所、先進(jìn)制造所、材料所，實(shí)際上在材料領(lǐng)域，這個所應(yīng)該會給這個產(chǎn)業(yè)帶來一些幫助，比如高溫樹脂類材料，比如超過300度的樹脂類材料我們正在積極研究，我們知道這個材料是對這個行業(yè)限制比較大的一個方面。
　　我不知道在座的是不是對這個領(lǐng)域得已經(jīng)有了充分的了解，實(shí)際上我要說的話大家還真應(yīng)該表揚(yáng)一下奧巴馬總統(tǒng)，他是一個非常好的科普工作者，他把增維技術(shù)改為3D打印技術(shù)。歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過一系列的說法，也有一系列的工藝，大家有一個感觸，這些工藝很多都是國外原創(chuàng)，中國有沒有一個原創(chuàng)技術(shù)呢？找起來確實(shí)很難，中國做了很多工作，但是真正原創(chuàng)的工作并沒有太多，我們實(shí)際上在1995年的時候，我跟顏永年老師曾經(jīng)聯(lián)合申請了這么一項(xiàng)專利，這個專利的名字是三維能量廠制造的方法與系統(tǒng)，這個實(shí)際上是獨(dú)立于以前的三維制造的原理來進(jìn)行的。
　　一般三維制造有一個三維的形體，通過分層的方法，把它離散化，之后再一點(diǎn)一點(diǎn)掃描，再疊加起來。大家如果仔細(xì)想一下的話，這能叫做真正的三維制造嗎？我覺得更準(zhǔn)確的說法它應(yīng)該是2.5維的制造技術(shù)，真正的三維制造應(yīng)該是可以實(shí)現(xiàn)任意光滑程度的三維制造。目前來說，這個技術(shù)在這方面還是有一定欠缺的。在1995年時我們就提出來一個科幻形式的想法，我們用能量場發(fā)生器，如果單獨(dú)一個場單方向作用下來的話，這個物質(zhì)可能只是到激活狀態(tài)，而不是質(zhì)變狀態(tài)，但如果我加上多項(xiàng)能量場的話，要么是加強(qiáng)超過一定的預(yù)值，要么就是選通性的能量場的話，就有可能使材料發(fā)生質(zhì)變。一者我們可以并行地進(jìn)行加工、平面的投影、立體的投影，另外，它可以實(shí)現(xiàn)真正光滑的三維制造。這個是1995年的時候，顏永年老師和我的一個合作，當(dāng)時我非常期待著能夠進(jìn)行這方面的研究。這里提到的一個需要用的邏輯性功能材料，今天的三維技術(shù)已經(jīng)給大家展示了很多類似的功能性材料，比如說我們要加熱，用激光選區(qū)固化以后成形，這是比較早期我們提出來這個概念之后，當(dāng)時感覺是科幻式的。我今天要把大家?guī)У?049年，人類要探索火星，在火星上怎么探索呢？三維技術(shù)有可能就是大放異彩的技術(shù)，它將影響我們的方方面面。
　　今天這個主題是說文創(chuàng)方面，這方面我不講那么多，因?yàn)榇蠹仪懊嬉呀?jīng)講了很多內(nèi)容了，影視、經(jīng)濟(jì)方面的利益目前已經(jīng)可以看到，因?yàn)橐圃旌芏嗟哪＞邅頌閯勇?，甚至很多其他?chuàng)意方面的產(chǎn)品。測量方面，剛才幾位專家都已經(jīng)談過了，這里也不多說，這是華中科大的動態(tài)測量結(jié)果，都可以測出來，可以進(jìn)行實(shí)時的測量。
在美國，網(wǎng)友參與的個性化設(shè)計(jì)現(xiàn)在已經(jīng)成為一個比較成功的商業(yè)模式，有很多很年輕的人，也就是20出頭，剛剛大學(xué)畢業(yè)，甚至大學(xué)還沒畢業(yè)就開了這樣的創(chuàng)意公司，在紐約、曼哈頓繁華的鬧市區(qū)就已經(jīng)有很多這樣的創(chuàng)意企業(yè)。我昨天還跟我兒子聊天，他說要不要給我也賣一個一千多塊錢的3D打印機(jī)，確實(shí)已經(jīng)走入了大眾的生活。
　　我想站在局外人的角度，我們來看一下這種技術(shù)將對人類帶來什么樣的影響，從制造的方法論或者是總體的趨勢上來看。制造的瓶頸過去這個是很長的一個鏈條，因?yàn)?D打印的出現(xiàn)，這個瓶頸越來越弱化，它把制造其他環(huán)節(jié)所起到的瓶頸性的東西越來越弱化，設(shè)計(jì)師的獨(dú)立性會大大的增加，他就可以把他的價值非常高效的發(fā)揮出來。
　　另外，廣義上來說，本來他需要有廠房、設(shè)備各方面的投入，3D打印的普及使得設(shè)計(jì)者和創(chuàng)新者可以減少這方面的考慮和成本。另外有一個概念，大家現(xiàn)在還覺得3D打印小批量、個性化生產(chǎn)，這點(diǎn)不假，它具備這個能力。但是有一點(diǎn)大家可能還沒有充分引起重視的是，3D打印是可以批量生產(chǎn)的，假如一個工廠擺上幾百臺、上千臺的機(jī)器，它同樣可以標(biāo)準(zhǔn)化、批量化生產(chǎn)，并且這個成本是同時具備的，就是過去的大工業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)，但是，同時又具有了新的個性化、復(fù)雜化成形的能力。
　　相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步成熟，生成和服務(wù)模式的進(jìn)一步改變，我個人提出來這么一個看法，叫人類有可能要進(jìn)入智本主義時代。3D打印的革命，有幾位作者，包括政府都在說這個事。但是革命是一件很嚴(yán)肅的事，毛主席說過，革命不是請客吃飯。3D打印實(shí)際上只是數(shù)字化、分布式、個性化制造核心技術(shù)的一部分，今天我們先討論一下對3D打印的態(tài)度，首先它是這方面代表核心技術(shù)的一部分，它不是全部。所以，我們要充分積極地對待它，但是也不能把它拔得太高。同時，我們不能忽視它深刻的影響力，它將影響我們的生產(chǎn)模式、影響方方面面?？墒沁@個實(shí)際上是早就已經(jīng)在進(jìn)行當(dāng)中了，它的實(shí)現(xiàn)需要我們突破一系列的技術(shù)瓶頸。
　　今天我們談文創(chuàng)方面的這些東西已經(jīng)是很接近了，國際上為什么對這個技術(shù)這么重視呢？因?yàn)樗粌H僅是影響這個文創(chuàng)的，這個是大眾化消費(fèi)的，離了這個大家過得照樣好，但是，國際競爭力的前沿實(shí)際上像飛機(jī)、航天、軍事方面，有一系列的影響。借用德國的這兩張圖，可以給大家?guī)砀玫睦斫?，?shù)字化、分布式的制造使得人類的生產(chǎn)模式在兩個方面上發(fā)生了比較大的變革，傳統(tǒng)制造一般來說隨著生產(chǎn)量的提高，成本會下降，但是，數(shù)字化、分布式的制造是相對平的，中間有一個平衡點(diǎn)，這個平衡點(diǎn)在哪里？可以說在好多領(lǐng)域，這個在快速的逼近，如果數(shù)字化、分布式的制造直接就在這兒的話，當(dāng)然這個就是完全勝出的，但是我們目前還沒有達(dá)到這個程度。
　　另外一個，就是生產(chǎn)的復(fù)雜程度。這個復(fù)雜程度越提高，那么咱們傳統(tǒng)制造指數(shù)是在往上升的，數(shù)字化分布式的制造可以是相對平的，從這兩點(diǎn)上來看，它是會對人類的生產(chǎn)模式帶來非常大的變革，從這個角度上來講，也就是說它從原理上就是有可能對人類的生產(chǎn)模式帶來很大變革的。有人很感興趣，比如說現(xiàn)在的精度怎么樣，利用雙光子激光成形的技術(shù)，德國漢諾威激光公司他們展現(xiàn)了11微米的小白兔，當(dāng)然平面移動的精度可以達(dá)到納米級。多維制造時代正在快速來臨，因?yàn)榧す膺@個能量有一系列的優(yōu)勢，它可以用各種方法快速移動。在過去一般來說有一個工作臺，實(shí)現(xiàn)1米/秒的掃描速度，用電光調(diào)控的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)100米/秒的掃描速度，激光再跟其他的物質(zhì)加以作用，它的成形速度掃描速度是非常非?？斓?。而從激光能源本身也產(chǎn)生了非常大的變化，比如說20兆核磁的激光器的在幾年前不可想象，5000千瓦的大功能的激光器目前的成本已經(jīng)越來越為大家接受，像大家說的打印建筑物能行嗎？其實(shí)各種各樣的手段都是能實(shí)現(xiàn)的。 來自中國3d打印聯(lián)盟

但是，大家今天不要僅僅盯著3D打印，我們總體上看一下新工業(yè)革命的內(nèi)涵。我覺得新工業(yè)革命最主要的一點(diǎn)，它的起點(diǎn)必須得具備這一點(diǎn)，新能源革命，實(shí)際上從大工業(yè)革命以來，人類一直在礦石燃料為主的商業(yè)驅(qū)動的經(jīng)濟(jì)時代，我們所談的新工業(yè)革命必須包括新能源革命，也就是說我們要告別礦石燃料為基礎(chǔ)的能源體系、經(jīng)濟(jì)體系，這才稱得上新工業(yè)革命，否則無從談起，其他都是次要的。

　　第二，信息革命，這已經(jīng)是一個很長的過程了，大家已經(jīng)身處其中，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化、全球化，但是三維制造跟這個密切相關(guān)，是制造業(yè)的革命，最初人類是作坊式的生產(chǎn)，到福特的生產(chǎn)進(jìn)入大工業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)化、批量生產(chǎn)的階段，現(xiàn)在3D打印還有數(shù)字化、分布式的制造，使得我們進(jìn)入分布式、個性化生產(chǎn)和大工業(yè)生產(chǎn)相輔相成的時代。

　　現(xiàn)在我想留一個問題讓大家思考，這樣的路線還缺什么？是不是一定是對的呢？首先來講，今天我們說三維制造，我們覺得三維制造有沒有可能被超越呢？問一個簡單的問題，一個新生兒是不是三維的呢？誰家生出來的孩子是三維的孩子呢？顯然不是，人是有靈魂的，萬事萬物也都是有靈魂的，我這里要重點(diǎn)談一下仿生制造，這好像已經(jīng)成為一個新興的學(xué)科方向，但是自古以來，人類一直在向大自然學(xué)習(xí)，我們今天說有疏水的向荷葉學(xué)習(xí)，變色龍?jiān)趺礃与S著溫度變化隱形，有一系列的功能。我們?nèi)祟惖墓こ處熥砸詾楹苈斆?，我們做仿生，比如機(jī)械臂、像蛇一樣的機(jī)器人我們也可以造出來，實(shí)際上人類從大自然當(dāng)中得到了非常多的啟示。包括3D生物打印，清華大學(xué)孫偉教授他們做得非常出色，肯定會有國際友人談到這個方面，將來活人有可能會被打印出來，我真的擔(dān)心這一天的到來。

　　但是我希望大家好好看一下這棵大樹，這是普陀山千年古樟樹，這樣一棵郁郁蔥蔥的大樹已經(jīng)存活了一千多年，我們今天在談3D打印制造技術(shù)，我們在仿生實(shí)際上一直在向大自然學(xué)習(xí)，這里的“生”實(shí)際上就是大自然。多維仿生制造，首先制造我們遲早要超越三維，除了三維的形體、結(jié)構(gòu)和性能，還要注意它的智慧、功能、神經(jīng)、傳感等等方面，它是多維的。

　　另外，仿生制造有幾個大的原則，第一個原則是周而復(fù)始、生生不息，就像千年古樟樹一樣，它是一個非常完美的自我循環(huán)系統(tǒng)。我們反思一下，我們今天推動三維打印或者三維制造的新的制造浪潮，我們考慮這一點(diǎn)了嗎？是不是我們今天就應(yīng)該考慮它的周而復(fù)始、生生不息呢？實(shí)際上大家已經(jīng)談到了一些比如說降低能耗、節(jié)省能源，這是其中之一，但是是不是從剛開始就要考慮到它的全生命周期。第二個是并行的生發(fā)衰亡，像大自然那么多樹林，彩色三維增材制造可以批量生產(chǎn)，最后它是超越三維的。

　　人類這個大工業(yè)時代已經(jīng)產(chǎn)生了一系列的禍患，這里我就不多講了，大家知道，環(huán)境問題、能源問題、資源問題，北京的空氣污染曾經(jīng)是上了報紙的頭條。人類為了追逐商業(yè)的利益，可以讓山不為山，水不為水，因?yàn)檫@個地方有金礦或者有鉆石，大片大片的自然資源就可以被破壞掉，但是，它有商業(yè)利益驅(qū)動，人類就可以干這樣的事情。

　　所以，我覺得新工業(yè)革命的內(nèi)涵除了前面我們所說的新能源革命、信息革命和制造業(yè)的革命之外，還缺一個人文革命，這個人文革命就是說我們現(xiàn)在如果放在制造產(chǎn)業(yè)這個角度上去想的話，人類的科技發(fā)展必須得走出自私和奢侈的這么一個迷途，從現(xiàn)在開始，我們配合其他的這幾個革命，應(yīng)該把它引到一個真正的智本主義時代，不見得準(zhǔn)確，拋磚引玉，請大家一塊來討論。我們所說的新工業(yè)革命不僅僅是3D打印所帶來的好像它是標(biāo)志性的，就是制造業(yè)的革命，我個人對它的定位，它是數(shù)字化、分布式、個性化制造技術(shù)的一部分，但是它是非常有特色、非常有影響力的技術(shù)，能源革命、信息革命，但同時要有人文革命加以牽引，今天我們講文創(chuàng)產(chǎn)業(yè)，大家講的是目前的商業(yè)利益，但是我覺得更長遠(yuǎn)的來看，我們正在進(jìn)入一場非常深刻的人文革命，或者人類文明演化的革命，這個革命就是要遵循多維仿生制造給我們帶來的信息，我們在向大自然學(xué)習(xí)，我們?nèi)绻P(guān)注這個方面去做的話，可能2049年的時候，我們不會回過頭來說我們又造成了過度的浪費(fèi)，最初的時候沒有設(shè)計(jì)好，現(xiàn)在實(shí)際上是一個大變革的時代，這是一個非常好的進(jìn)行總體設(shè)計(jì)的時代。
最后，我總結(jié)一下對3D打印的看法。首先來說，增材制造必須與其他制造手段充分配合起來，才能充分發(fā)揮它的潛力，獲得真正的成功。另外，它是制造產(chǎn)業(yè)革新的一部分，我們現(xiàn)在不能光盲目地發(fā)展，還要講人文革命。另外，激光在未來制造業(yè)中起到的作用比目前認(rèn)識大得多，有其他的工藝在進(jìn)行，但是激光作為一個精細(xì)可以高速掃描的技術(shù)，會有非常大的作用。

　　最后，制造業(yè)的革新需要提出來新的制造理論，三維增材制造實(shí)際上它推動了一個方向，那就是能源、信息和材料的大融合，這幾個方面缺一不可。