1萬億美元規模 這位院士說這項技術可克服中國製造「心臟病」

眼前這位老人家被譽為「中國3D列印的教父」。

即便身體裡搭了4個心臟支架，但他始終躬身於推進中國3D列印事業的發展，每天忙得像陀螺一樣團團轉。

「中國製造業規模預計會達到3萬億美元，3D列印所創造的價值將佔三分天下，即佔據約1萬億美元的規模。」滿頭白髮的盧秉恆院士在描繪3D列印發展藍圖的時候，中氣十足。

由於他的行程比較緊張，這段談話僅持續了一個多小時。不過，當聊到了3D列印對製造業的助力、技術優勢、發展現狀、不足以及未來時，他的眼神時而明亮，時而焦灼，時而熱切起來。

01

1萬億美元的規模

中國邁入3D列印世界的時間，是在1996年。這一年，正是盧秉恆的3D列印研究項目得到國家科技部支持的第二年。

滄海桑田，24載過去，中國的3D列印產業早已遍地開花。

這項在當年並不被人看好的科研項目，在盧秉恆的堅持下得以繼續。其對於製造業的意義，盧秉恆早已預見到了。

對於3D列印產業的發展速度，他是欣喜的。近10年，國內金屬3D列印設備的增長在印證3D列印產業高速發展這一事實，2019年相比2018年增加300%。放眼至全世界，每年的發展速度也達到了20%~30%。

製造，從技術上而言，可分為增材、等材、減材三種。盧秉恆預測，未來這三種技術將是「三分天下」的局面，這也意味著中國製造業體量近3萬億美元，增材製造將會佔1萬億美元的體量。

3D列印作為新興的技術，為什麼能一夜之間與擁有3000年歷史的「等材製造」、300年歷史的「減材」製造平起平坐？它在製造業有什麼樣的「魔力」？或許在30多年前，盧秉恆在美國汽車公司第一次看到這項技術時就找到了答案。

「3D列印對於製造業而言，有助於提升其質量和發展水平。它能克服中國製造的『心臟病』。」盧秉恆說。

飛機的「心臟」——發動機，正是製造的一大難點。但3D列印的出現，成為其重要轉折點。盧秉恆團隊正在與飛機發動機企業合作，用3D列印的技術製造葉片，並正在進行工程化的驗證。

飛機發動機葉片，傳統以精密鑄造法製造，葉片鑄造需要用精密鑄型。因為葉片形狀複雜，需要分成多個型芯、型殼，然後裝配起來，難度很大。裝配有間隙造成多個零件裝配後精度難以保證，存在安裝誤差，尤其在澆注過程中，金屬溶液衝刷導致型芯位置變動，最後導致葉輪製造誤差，造成廢品等。

採用3D列印，則可將鑄型一體化列印，免除廢品，葉片鑄造的一致性也得到保證。傳統的工藝中，葉片鑄造的廢品率高達60%，相比之下，3D列印使得成功率達80%以上。

3D列印助力製造業產品、裝備的創新設計。

「好的設計並不見得能落地，有些零件形狀過於複雜，傳統工藝無法實現，3D列印則可以滿足設計師的『所想即所得』的願望，為創新開拓了很大的空間。」盧秉恆興奮地說道。

美國GE公司，在這方面嘗到了甜頭，作為3D列印用在工業中「第一個吃螃蟹」的公司，它嘗試用3D列印技術做飛機發動機的噴油嘴，結果將傳統工藝需要做的20多個零件變成了1個零件列印，使得噴油嘴的一致性得到提高，燃燒效率也大幅提升。

「3D列印對於製造業而言，也可以節約材料。」有些領域的材料利用率不高，如航空航天的一些零件，傳統方法是做減法，不少零件在製作過程中，有些材料甚至被切削掉97%，造成極大浪費。C919主梁就是一個大型複雜結構的薄壁件，切削加工被切掉的材料高達95%。

「如果採用3D列印，需要被切削的就很少了，哪需要材料就列印在哪，材料大大得到節約。」

3D列印對製造業的影響是毋庸置疑的，但由於材料、成本和列印速度等限制，不少人認為這項技術更多只能應用於高端製造領域。

盧秉恆反駁說，「隨著技術的發展，各種高效率、低成本的列印方法也不斷湧現，3D列印也會逐漸從個性化領域走向批量化製造。」

02

列印材料是下一個發展重點

實現先進位造，必須材料先行。

國內的3D列印發展的初期，更多的是技術跟蹤。在這個階段更關注的是列印設備和工藝過程，而列印材料製備方面的研究和優選相對較薄弱。

隨著3D列印技術的發展，對3D列印的訴求從產品開發階段上升為複雜產品小批量製造的階段，製造業對於3D列印材料的品質和性能的要求越發迫切。

相關資料顯示，目前國內的基礎3D列印材料已基本滿足國產設備的增材製造需要，但高性能金屬粉材依然依賴進口，國產材料在純淨度、顆粒度、均勻度、球化度、含氧量等對列印成品性能影響較大的原料指標方面，相比國外仍存在較大的差距。

材料依賴進口，難免受制於人。材料價格居高不下，成為3D列印的市場應用和推廣的「攔路虎」。

7月7日，在接受《大國之材》採訪前，盧秉恆飛了一趟甘肅金昌市。盧秉恆的團隊正在與當地一家上市公司探討展開3D列印金屬粉末材料製備的合作。

盧秉恆團隊緊盯新技術趨勢，研發出一項目前國內外最新的第三代制粉技術，用先進的射頻等離子技術製備出的粉末純實心、無子母球、性能優異。

盧秉恆有些興奮地向《大國之材》介紹了這項新技術，這項制粉的技術溫度可以達到很高，適應各種金屬、陶瓷等粉末的製備。

「不過，並非所有的應用領域都像航空航天般對零件的強度、抗疲勞性的要求高，氣霧法和甩出法製備的粉末都各有其市場的定位。」

目前，新合金材料開發的先進技術是材料基因組設計，但理論的設計尚需要驗證。傳統的冶金過程耗時耗財，使新材料的誕生很難。盧秉恆提出可以用3D列印作為材料基因組設計方案的驗證平臺，為新合金的研發開闢了一個通途。真正材料、結構一體化的創新方法將大大推動裝備製造的發展。

「3D列印材料的研究，一定會成為下一個重點，無論是對科研還是產業發展。」

03

標準是未來的基石

國內3D列印產業逐漸發展起來，但盧秉恆始終在緊盯著與國際的差距。

3D列印能列印什麼？當國內市場上擺著3D列印的觀賞性擺件的時候，有些國外民間公司已經開始用它製造火箭。據外媒報導，一家創立3年的公司—— Relativity Space就是這麼幹的。

他們正在製造一枚中型軌道火箭，95％的部件是由3D列印製造，生產出的火箭零件將比傳統生產的少100倍。其發動機噴油器和腔室僅由三個3D列印部件組成，而這些部件以傳統的方式製造則需要近3000個部件。

值得一提的是火箭製造速度，在60天內讓火箭完成從&34;到「登上發射臺「的轉變。

作為「中國3D列印教父」 ，盧秉恆也一直在思考3D列印與太空的關係。他提出「太空3D列印的設想」，「太空3D列印，把太空作為一個製造基地，不是遙遠的概念，而是一個緊迫的目標！」

在宇宙探索中，發射成本是很重要的一項成本。如果在月球上進行製造太空飛行器，然後進行發射，它的成本或比地球上節約幾十分之一。此外，太空中進行3D列印有諸多優勢，在真空中列印不會發生氧化等現象、太陽能充足。此外太空中無重力，用很小的設備就可以製造大部件。盧秉恆勾勒出太空3D列印的景象。

然而真正進行火箭的列印，需要建立起包括數據標準在內的標準體系。「國外在數據標準方面進行了大量的研究，我們也應該大力加緊數據標準建設的工作。」

對於數據標準的建設，盧秉恆一直掛在心上，在出席的論壇上不斷地強調其緊迫性。

數據標準的建設對於3D列印有多重要？

近30年的發展，3D列印產業衍生出各種工藝、材料和設備。但因為缺乏統一的標準，在合作的時候，就會面臨數據不夠統一的現象，造成應用、開發困難。

數據標準可以讓企業通過大數據分析發現最優工藝，從而優化工藝參數。實現數據流動，可以解決中小企業對這些工藝知識掌握的困難。「誰拿到這個標準，誰就掌握主動權。」

「國內對於標準的建設進展還往往處於討論階段。」盧秉恆表示，以前大家所理解的標準是收集材料然後討論，但實際是需要大量的實驗及其數據的分析研究。

「標準制定的工作正在逐步推進，目前國內的增材製造專門有個標準委員會在推進標準的制定工作。我們要把企業的標準、團體的標準、行業標準和國家標準，一起推動起來，將標準體系儘早確定。」

04

中國3D列印的教父

中國3D列印產業日益強大，盧秉恆卻逐漸衰老。

如今已古稀之年的盧秉恆，在為3D列印四處奔波的身影，和年輕時的他一樣激情未變。

每天工作安排很滿，這位年逾七十的老人家身體裡，早在十幾年前就已經安裝了4個心臟支架。

在業內，盧秉恆被稱為「中國3D列印的教父」，這個稱號是有來歷的。

尚在念高中的時候，盧秉恆就是位有志青年。當時處於國家最困難的時期，他一邊吃著黑饅頭一邊看報紙，看勵志文章，「奮發圖強」四個字鐫刻在他的腦海裡。

當時就感覺火箭很先進的盧秉恆，想報考學習火箭專業，因為當時出身問題，不能報考保密專業，只好念了機械製造專業。

畢業後，進入工廠當工人，在工廠的工作很輕鬆。這是一家做儀表的工廠，每天8小時工作量只用2小時就完成了。其餘時間只能聊天和玩，儘管生活得很輕鬆，但他心裡一直很苦惱，不甘十幾年寒窗苦讀就這樣浪費，一直想找個發展機會。改革開發提供了機遇，30多歲的他又重拾書本，攻讀碩士、博士，留校科研，所學有了用武之地。

90年代初，他去美國汽車公司考察，現場看到了3D列印技術一下子把一個零件做出來了，那一刻，他已意識到這個技術對於中國製造業的重要價值。回國後，他把出國前剩下的十幾萬科研經費全部投入3D列印研發。

招聘幾個研究生就開始幹，很多同學勸他，這事沒有幾百萬是幹不成的，別浪費時間和精力。但盧秉恆堅信3D列印在工業應用中的價值，覺得應該去研究，「固執」的他繼續展開他的研究。與此同時，他也在找機會爭取國家層面的支持。

1994年，科技部召開先進位造技術會議。按照慣例，當時還是副教授的他並沒有預定的發言，所幸的是，這場會議給了自由發言的機會，盧秉恆激動地跳上講臺，當著幾百個科研工作者，介紹了這項先進的製造技術。

會議結束後，科技部秘書長找到盧秉恆，問他能不能寫個建議書，盧秉恆激動地答應了，當晚寫好就呈交上去。

當時並未抱多大希望的他，在半個多月後接到一個通知，說科技部準備考察他的項目。機會是留給有準備的人，由於預先研發的原理樣機，考察獲得通過，盧秉恆如願以償地得到了國家層面的支持。

就這樣，盧秉恆徹底沉浸在3D列印的事業中。SLA設備迅速得以研發，使我國的技術進入企業的產品開發應用中，中國的3D列印有了良好的起步。

一轉眼二十多年過去了，中國3D列印產業取得了飛速的發展。在盧秉恆的腦海中，有這樣一幅景象，3D列印應用在各個行業，形成 「3D列印+」，「『3D列印+』的領域都會帶來諸多製造業的創新，這就是未來的發展趨勢。」

儘管七十多歲，盧秉恆仍舊保持著遊泳的習慣，在和他聊天的過程中，也不難發現他的反應速度和思路依舊很敏捷和清晰。

他的願望是趁著自己還能多做些事情的時候，多為3D列印做些有價值的事情，「國家風風雨雨這麼多年，現在有這麼好的機遇，我們應該抓緊時間做好，不能再浪費時間了。」