3D打印现状

新工业革命与增材制造国际研讨会（全文）6月26日消息，由工业和信息化部、科技部、中国科学院、中国工程院联手主办的“新工业革命与增材制造”国际研讨会于今日在北京展览馆报告厅隆重召开，工业和信息化部苏波副部长、工业和信息化部规划司肖华司长、工业和信息化部运行监测协调局肖春泉局长、财政部经济建设司李方旺副司长、工业和信息化部规划司韦俊副司长、工业和信息化部原材料司高云虎副司长、工业和信息化部装备工业司王卫明副司长、工业和信息化部军民结合司周少清副司长、工业和信息化部国际合作司赵文智副司长、3D打印作者胡迪里普森教授及麦尔芭库日曼女士、FMD技术创始人Stratasys公司董事会主席Scott Crump先生、Materilise公司执行副总裁Bart巴特先生、美国总统科技技术办公室助理主任Thomas Kurfess先生、西北工业大学齐乐华教授、北京航空航天大学王华明教授、上海交通大学王成焘教授、北京航空制造工程研究所总工程师李志强、北京太尔时代科技有限公司总裁郭弋、武汉滨湖机电技术产业有限公司董事长史玉升、中国电子信息产业发展研究院罗文院长、中国电子信息产业发展研究院党委书记宋显珠等政府领导、国内外知名学者、一线专家和产业同仁出息了此次会议。以下为嘉宾演讲实录：工业和信息化部苏波副部长出席本次“新工业革命与增材制造”国际研讨会并发表了以“中国制造业的转型升级”为题的专题演讲，以下为演讲实录苏波：尊敬的各位来宾！朋友们！大家上午好！非常高兴来参加“新工业革命与增材制造国际研讨会”，与大家一起探讨交流新工业革命和中国制造业转型升级有关问题。工业是国民经济的重要组成部分，是推动经济增长的主要动力，也是经济结构调整和发展方式转变的主战场。在国际金融危机和新科技革命的冲击下，国际经济和产业发展环境发生深刻变化，对我国制造业转型升级带来深远影响。下面，主要介绍三个方面的情况。第一，深刻把握新一轮科技和产业革命发展新趋势。近来，国际社会对新工业革命讨论比较多，尽管观点各有不同，但较为一致的看法是信息技术和制造业进行融合，加上新材料、新能源等技术的重大突破，将引发新一轮科技和产业变革。首先，信息网络成为支撑和引领新工业革命的关键力量。信息网络仍然是当前创新最为活跃的重要领域。在2012年全球的PCT专利申请排名前20位的企业中，有14家是ICT企业。信息网络技术创新的密集发生，推动了云计算、物联网、电子商务、移动互联网、信息技术服务、数字内容、数字医疗、远程教育，位置服务等新产业新业态的迅猛发展。同时，信息网络技术与其他领域的技术交叉融合，还不断推动相关领域的技术创新 ，如信息网络技术与制造技术的充分交互，使制造业数字化，网络化和智能化水平显著提高，信息网络技术与能源技术的深度融合，使分布式发电和大规模并网技术实现突破，信息网络技术与材料技术融合程度不断加深，使材料智能化趋势日益明显！其次，多领域技术群体突破和交叉融合推动制造业生产方式的深刻变革。增材制造、能源互联网、大数据等技术突破和广泛应用，不断推动制造业向网络化，智能化，柔性化和服务化转型。跨国企业将更多地通过网络将产品价值链分解到不同国家配套协作企业。产品生产过程由全球范围内多个企业高效、快捷地合作完成。生产过程将由新型传感器、智能控制系统、机器人、自动化成套生产线组成，未来机器人出现抛光、打磨、焊接、喷涂等越来越多的作业岗位，将会出现越来越多的“无人工厂”。人们可以利用增材制造技术，对结构复杂、难加工的产品实现个性化、定制生产、灵活、柔性地根据客户的需求，生产出各种产品。同时设计、制造、售后服务进行整合，生产从以传统的产品制造为核心，转向提供具有丰富内涵的产品和服务，直至为顾客提供整体的解决方案。制造业和服务业的界限越来越模糊。第三，新一轮科技和产业革命将重塑全球产业竞争新格局。跨国公司凭借雄厚的技术基础，强大的研究开发能力和资源整合能力，加快前言技术创新和产业化应用，力图进一步地巩固其在全球产业竞争中的主导地位。谷歌、亚马逊、IBM通过加强技术创新和商业模式的创新，在云计算服务与云计算解决方案提供领域处于全球领导地位；苹果、三星通过技术、产品、服务于用户体验的综合创新，占据了全球智能手机约50%的市场份额和99%的利润；西门子凭借其领先的一体化叶片技术、高校电机节能技术、智能电网技术，在新能源领域引领全球产业发展潮流。同时，发展中国家和广大中小企业也迎来转型跨越的良机。在新一轮科技和产业革命中，谁能率先取得突破并产生协同效应，就能取得发展的主动权。对于我国工业发展来说，加强前瞻部署，强化创新能力建设，突破产业化瓶颈，是应对新科技和产业革命的必然选择。二、我国制造业发展面临新机遇，新挑战。在30多年的高速发展以后，我国制造业主要依靠低成本和廉价劳动力的时代基本结束，无论是国际经济和产业发展环境变化带来的外部压力，还是我国经济发展的内部环境，都决定了我国制造业必须走转型升级之路，加快寻找新的增长方式，这是中国制造业必须坚持的战略选择。一、新机遇。一是新一轮科技和产业革命，为我国制造业赶超发展提供了难得的战略机遇。同过去几轮科技革命中我国始终处于跟随状态相比，以新能源、节能环保、信息为主导的技术创新，更多地是建立在传统成熟技术基础上。因此，我国制造业基于过去30多年发展所积累的技术基础和研发能力，比以往任何时候更接近世界领先水平。如，我国在第三代移动通信、高速列车、汽车动力电池、特高压输变电、禽流感疫苗、肿瘤靶向治疗等方面已经跨入了世界先进行列。如果我们能够抓住这一机遇，就完全有可能再若干重要领域实现对发达国家的赶超，成为产业发展的领导者。二是持续快速增长的10亿人口级的国内市场将为我国制造业发展提供强有力的支撑。英法德等欧洲国家在其工业化的过程中，国内市场是千万人口级别的，美日俄是1亿几规模的，而我国则拥有一个快速增长的超过10亿人口级别的国内市场。这是任何一个国家在工业化、现代化过程中都未曾拥有过的。据测算，一个农民转化为市民，消费需求将会增加1万多元，潜在的基础设施和公共服务的投资需求将增加10万元。“十二五”期间，我国城镇化水平将提高4个百分点，将会吸纳4000万农村人口进城，带动4000多亿的消费需求，4万亿的投资需求。巨大的国内市场潜力，将成为我国推动制造业转型升级和工业化进城的最大机遇之一。三是近期党中央国务院大力推进政府智能转变和简政放权，为激发市场主体发展活力和创造力，带动更大的契机。深化改革是加快转变经济发展方式的关键，其核心是处理好政府和市场的关系。新一届政府成立以来，已两次赵凯国务院常务会议，明确提出最大限度减少对生产经营活动、一般投资项目和资质资格等的许可、审批，先后取消和下放了133项行政审批事项。减政放权一方面是走向市场，社会放权，减少对微观事务的干预，为转型提供“源头活水”；另一方面 也是要改善宏观管理，增强政府的服务能力，严格事后监管，营造有利于制造业转型升级的宏观环境。二、新挑战。一是国际金融危机的深层次影响持续显现，对出口导向特征明显的我国制造业形成较大的结构性制约。今年以来，世界经济出现了一些积极变化，但国际金融危机的深层次影响，仍然在持续，国际贸易形式不容乐观。今年4月世贸组织发布的年度报告显示，2012年世界贸易增速为为2.0%，是1981年以来的最低值。今年前四个月，我国对美国、英国的出口，分别增长5%和5.7%，但是对于日本、韩国、德国、法国四个重要贸易伙伴的出口增长率分别为负的3%和2.5%，-7.2%和-6.7%。为走出困境，欧美等国除采用传统的贸易保护手段外，通过碳税、劳工标准，社会责任等新规则来加强对国际产业竞争主导权的控制。发达国家对我国制造业发展的市场空间，出口模式等提出严峻挑战。二是全球范围内围绕市场、资本和产业转移的竞争，将更为激烈。我国制造业发展面临双重挤压。在中低端制造领域，印度、巴西、越南，新兴市场国家，对国际投资的效益越来越明显。如近期宝马汽车宣布在印度南部投资2.1亿美元建立骑车组装厂；博世公司宣布两年内将在印度投资增加4.1亿美元，开发和生产柴油发动机。同时，高端制造领域向发达国家回流的逆转移也已出现端倪。2011年福特汽车公司宣布，把1.2万个工作岗位，从墨西哥、中国，迁回美国，汽车配套产品供应商德国大陆集团也宣布，将在美国投资5亿美元兴建一个工厂，为美国市场生产轿车和卡车轮胎配套产品。可见，如不能尽快培育以知识产权、品牌、商业模式等为核心的新竞争优势。我国制造业发展将面临巨大挑战。三是我国制造业发展面临不稳定不确定的因素增多。今年1-4月全国规模以上工业增加值同比增长9.4%，增速同比回落1.6个百分点。从需求看，消费增长显著放缓，投资增速明显回落，一季度社会消费品总额同比增长12.4%，比上年同期回落2.4个百分点，工业投资仅增长17.4%，增速同比回落6.5个百分点。从供给看，钢铁、电解铝、水泥、平板玻璃、船舶等五大行业的产能过剩矛盾日益凸显。三、加快推动制造业转型升级取得实质性的进展。今年两会期间，国务院总理李克强提出打造“中国经济升级版”。工业承担着重要使命。我们既要增强危机意识和风险意识，看到当前形势变化对制造业转型升级提出更高的要求，也要坚定信心。抓住新一轮科技和产业革命带来的重大机遇。实施创新驱动发展战略，不断增强制造业核心竞争力。一是提高制造业自主创新能力，培育发展战略性新兴产业。2011年，我国研发投入占全球比重13.1%，成为仅次于美国的世界研发投入的第二大国。但从核心技术，研发投入强度，累计专利授权量，基础研究等方面看，我国制造业研发创新能力，与制造强国，仍有较大的差距。二是加强企业的技术改造，提高传统产业的整体素质。去年9月，国务院发布了关于促进企业技术改造的指导意见，进一步加大了对技术改造工作的支持力度。近年来，各省市结合地方工业发展实际，不断完善技术改造扶持政策，探索出了一系列好的做法和经验，今后，还要继续加强对现有企业生产设施、装备、生产工艺条件进行改造提升。三是推进两化深度融合，提高工业信息化水平。信息网络技术的广泛应用，推动里生产方式变革，经济增长完全可以建立在信息和知识投入所带来的生产效率提高的基础上。要把信息技术改造，提升传统产业，作为切入点，深化新技术在研发设计、生产制造、经营管理、市场营销等环节的应用，提升数字化、网络化、智能化水平，大力发展工业控制系统，大型管理软件等应用软件和行业解决方案，为全社会两化融合提供技术和产业支撑。四是促进绿色低炭，清洁安全发展，增强可持续发展能力。五是推动大企业和中小企业协调发展，优化产业组织结构。最后！预祝本次大会取得圆满成功！谢谢大家！北京航空制造工程研究所总工程师李志强出席本次“新工业革命与增材制造”国际研讨会并发表了以“金属增材制造技术的应用与挑战”为题的专题演讲，以下为演讲实录：李志强：各位嘉宾！上午好！我代表中航工业公司做一个发言，题目是金属增材制造技术的应用与挑战。开始我的报告之前请大家看两个视频，这样大家会对增材制造技术有一个直观的概念。这是一个设备、激光，所谓的3D打印机，输入文件以后，机床开始执行，用激光进行熔化。之后再进行预热，再用激光束用既定的轨迹为基础，这样一层层叠上去，这样的零件叠一万零九百层，最后生产出非常复杂的制造的零件。直接成为三维立体的零件。这个原材料不是这样子的，是金属的，大家都知道焊丝，可以把这个理解为焊丝，这是一个电子枪，它是在真空环境下工作的，这个送丝机构，下面有一个蓝光，熔化这个组织，按照一定的轨迹，一条线一条线的熔化，而不是一层一层的，这样，若干条线，就构成了一个面！这是一层，然后逐层累加，最后形成一个零件，这种工艺的好处，以丝为原材料，效益比以粉为原材料的高很多，高十倍以上，最后形成这个。在真空环境下，环境好，材料、性能，更容易得到保障。下面我就开始我正式的报告。报告分三个内容。第一，介绍增材制造技术的内涵和分类。第二，在航空领域的应用。第三，还有什么问题、机遇和挑战。增材制造我们是这么理解的，数字模型是基础，将一些粉和丝，这样的原材料堆积在特定的位置，制造出来的零件，请大家注意这个零件，绝大多数的零件，我所谈的范围是金属零件，制造出来的是毛坯，还需要加工完成。内涵就是信息技术，近些年信息技术的飞速发展，是驱动3D的，大家都叫3D打印，不能涵盖全部的基础。信息足够丰富了，产品的数字模型所包含的内容已经不仅仅是一个几何的描述了，这是一个条件。第二个条件是处理信息的速度更快了，处理信息的准确度更加高了，这是一个增材制造的一个内涵，有这样一个技术基础。堆积材料，把材料增加上去，需要的激光、电子束、喷涂、超声波、等离子，这些工业技术发展起来了，而且，老实讲，应该是提前发展好了。还有一个内涵要有能够拿来增材的原材料。在大家的概念里面3D打印都是从电影里看到的，用塑料粉、树脂粉，非常快，对于我们涉及到的范围是金属，而且是昂贵的金属，获得金属的粉丝和铂也是昂贵的。这项技术的优点和特点是什么？第一个特点是直接，从材料最简单原始的形态，比如说粉是一个点，丝是一维的，直接成形出来，形状可以任意复杂的，三维的零件，用直接描述这个，是一个非常恰当的词，跨越了传统工艺的锻造、焊接等等，这些过程，还有跨越了粗加工的过程，直接到精加工，直接是增材制造技术的最主要的特点。第二个特点是快速，物流环节少了，制造周期就少了。第三个特点是绿色，跟直接有关系，中间的交界点和过程少了，基础零件不再被反复地冷却，所以能耗就低了。刚才我们看的动画片里面，激光和电子束，一个很小的熔池，效率是非常高的，整个成形零件的过程，耗能是非常低的。第四个特点是柔性，采用这样的增材制造技术，可以发挥设计师的想象力，可以设计出任意的文件，设计师的自由度大。第五个特点这即不是特点，也不是优点，是一种可能性，就是为制造业的变革带来了可能，传统的流水线，大工厂生产模式，可能受到，因为增材制造技术发展起来以后，有网络化的可能性，传统的生产方式受到影响。我们从增材和堆积的特征，来理解增材制造技术。我们有这么一张图，外围的这条线，信息化、数字化的关联度，相对较低，但全部是堆积制造，包括喷涂、沉积、喷射等组合制造，这是以堆积为主要特征的一个内涵。中间的这个内涵是包含了信息化和堆积两个特点，所以，我们把它说成是艰巨、直接、快速、绿色、柔性狭义的增材制造技术。今天我们讨论的是这个范畴的问题。我们构件了这样一个技术群，这是按照材料分的，不一定是最科学的办法，但是大家也更容易理解一些，区分度更高一些，因为金属零件的增材技术，树脂塑料的增材还是有很大的区别的。下面，我们谈的主要内容就是用激光、电子束和等离子图来加工钛合金、铝合金，用于航空航天的材料，堆积的方式包括连接等等。增材制造技术大家理解的3D打印技术，实际上不是一种新技术，在二三十年前就已经开始发展了，当时不叫这个名字，叫做快速原形技术、快速模型技术，快速制造技术等等，主要反映的是增材制造的一个特点，就是快。原来处理的材料主要是树脂，或者脂，胶等等这一类的材料，逐渐发展，现在可以处理金属材料。高凝树瘤的制造，主要优点是什么？不管是电子束、离子束，非常具有柔性，可以非常好地受到控制，三四十年前，激光，大家用来焊接、切割等等，最近，我们用激光和电子束进行表面工程和增材制造，这两项技术也都不是新技术，是已经有几十年的发展历史了，利用激光和电子束的聚焦、扫描、片源，信息技术相结合，在真空和气体这样一个氛围内，向指定的区域，送填这些材料，构成了现在我们今天的主题，增材制造技术。另外一点，确实是激光和电子枪这样的关键原器件，品质不断提高，也为增材制造技术的催生提供了一个有力条件。下面，我来介绍一下我们在航空上的应用。飞机产品有四性，要求经济、环保、安全、可靠，对于飞机发动机的结构要求是什么？要求尽量地整体化，减少连接，尽量轻，结构和功能要求一体化，另外飞机和发动机，都属于精密的大型产品，所处理的材料方面主要是钛、镍、钢，大家关注到我国的航空工业，有很多飞机产品在同时研制，要在非常短的时间内，让飞机上天，有短周期，稳定性，有可修复性的要求。这是一个例子，美国的F22飞机，用41%的钛合金，靠近发动机的，飞机机翼里面的全部用钛合金制造，因为钛合金的强度特别高，而且还要承受高温，这个材料非常优异，各个部位都用到了钛合金。整个机前和外面的壳子，全部用钛合金制造的，制造钛合金的工艺，传统的工艺主要是锻造、机架、焊接等等。我这里举两个例子，这是一个飞机的组成例框，用两斤多的为原材料，三个两斤多重，先进型加工，进行焊接，进行精加工，这样一个过程完成的，最后，这个零件的重点只有95公斤，材料利用率不到5%，这个钛合金锻件的价格是70吨，这个零件值300万，材料利用率也是钛合金的，制造要4个月，成本要一百万以上。我们总结一下飞机结构面临的问题，成本高，不具有柔性，加工这个零件只能加工这个零件，研制周期太长，四个月、六个月，加工的设备非常稀缺，基本上都需要大型的输出情况，技术上还有一些困难，那些零件非常复杂，去锻造的话，还不一定锻造出来，快速响应就根本谈不上，而我们解决的方案。第一，我刚才向大家展示的，用电子束溶丝快速成形，在真空下，保护效果好，材料的品质是比较能够保证的，另外效率可接受，每个小时可以熔化15公斤的钛合金丝，效率可接受，不是有那么高。材料利用率很好，那个材料利用率是15%，这个是40%，非常高的材料利用率，性能也是可以接受的。这是从材料、成形，后处理的过程，材料需要做一些特殊的调整，成形过程，主要要控制的是一个过程，后处理主要是优化组织性能，把零件加工完成。这就是一个零件，原始数模是这样的，细节上填是一些肉，变成一个毛坯，再把这个数模上，比这个数模多余的肉，用机械加工办法去掉，这个就完成了。我们对增材制造以后，材料的性能进行了比较全面地评估，比如说强度，塑性、冲击韧性，疲劳，断裂韧性，都进行了跟断裂进行了对比。基本结论是达到锻件的水平，并不高于锻件的水平，标准是最低要求，达到了最低要求，这是我们研制的一个大型的钛合金的零件，净重120公斤，这是一部分的零件在自己的飞机上，已装机会飞行使用了，这些零件的形状非常复杂，用传统的办法，只能做成一个根据照片外扩的一个加工。这个零件就非常值钱了，非常贵。这是钛合金零件超声波的影象图，我们为什么把这张不清楚的图放在这儿？增材制造过程因为是由无数个液滴熔化形成的，我们需要对每一个液滴过程进行检测，这个检测是非常重要的。这是设备，应该说比较高端的增材制造的设备，我们都是国内自己研制的，我们研究所自己研制的，这将是一台最大的增材制造的电子束融资设备，马上就要制造成功了，这项技术，我们最近的目标还是要实现投影面积达到5个平方米以上的大型面积制造，层级速度稳定在3.5公斤每小时，刚才我说的15公斤是极限，节省材料和减少工时，这两个指标，都是可以实现的。刚才我讲了电子束融丝成形，现在我讲一下激光熔覆快速制造。这项技术，同步的，用激光束熔化这个零件，很好理解。这是我们自己的一个设备，优点是设备的成本比电子束肯定要低，电子束的设备是在这个情况下完成的，最大能够达到两亿，现在一般保证高品质零件的内部，原始材料一个是丝，一个是粉，精确度要比电子束要高，刚才我介绍的是大型件怎么做，现在我介绍一下复杂件怎么做。所谓复杂件，就是复杂到什么程度？就是复杂到这种程度，任何其他方法，铸造机械加工，全都没有办法加工，我们就用激光和电子束的选区熔化，展示的第一个动画片，很好理解的3D打印。我展示的是高品质的原材料，球形的粉，这样的粉，可以做出来的表面光洁度，形状，比较明显的，这是展示的过程，一层层的进行铺粉，这是整个加工工艺过程的一个数据流，三维造型的软件，输入到机床之前，人要做很多的工作，就是要说补充一些数模进去，添加支撑、设定参数，该怎么走这个轨迹，都需要人设定，怎么分层？到了设备以后，就把零件，这个过程是主要过程，但是在这里面，只是一部分，把数据交给这个，零件就出来了，用激光扫描测量，测量零件的形状。这些零件都是钛合金的，这是不锈钢的，已经全部在飞机上应用了。电子束选区熔化的道理一样，只不过环境有一个差异，我们对性能也做了一些比较，事实证明也是可接受的。我再讲一点，这点可能要引起大家的注意，采用这种技术可以创造出以前无法制造的新型结构，比如说这种结构，他是一个整体，外面是把中间是一个点阵结构，任何其他工艺方法，没有办法制造，所以，以后的结构设计，就是你不必考虑能不能制造，设计师可以自由发挥自己的想象，这个比如说点阵结构，这当然也可以是一个房子。如果在这个结构外面，加上一层皮可以变成飞机的外形了，这些还没有完全实现，但这是方向，我们对点阵结构做了很多的分析。这是一种可能性，用这样的结构来做直升机的抗坠毁的装置，直升机落地，万一出事故，利用这个吸收能量，保护人和飞机的安全。这是在医疗上的应用，这些现在已经都可以实现了，因为在人体上的应用，对于材料的强度，做飞机结构要求要低，要求高的是医疗领域，认证的门槛比较高。增材制造技术的机遇和挑战：第一点我刚才已经谈过了，主要驱动力是信息技术，而不是工艺技术，处理数据的能力和急速增长，这是很重要的因素。第二点，增材制造是不是能够引起生产模式的变化。有人畅想这个，比方说一个工程师，或者是一位学者的脑力劳动，变成了增材制造的一套数字模型和一套工艺，非常容易被大众掌握，这些大众不用学习传统的复杂制造工艺，不用去学如何操作铣床，只需要操作电脑就可以，非常容易被掌握，这样的话，流水线，大工厂，生产模式就可能又回到原始的家庭作坊，每家每户都可以做，这是一种畅想，能不能实现还要拭目以待。3D打印技术角度是容易给人误解的，因为不是所有的增材制造技术，都具有3D打印的特点，如果这项技术，还叫快速原形技术，直接制造技术，今天在座很多的不从事工程技术工作的，对技术可能就不那么关注了。增材制造在我们国家，我觉得有一点，需要注重全产业链的协调发展，现在如果都集中在如何制造零件，如何制造设备上面，这是不够的，首先不能做无米之炊，材料的问题必须同步，或者提前解决，第二是装备，我们现在的激光器，电子枪，还不是太高，现在我们增材制造的设备，智能化的水平，还不够高，我们对轨迹的控制，熔化的控制，还不是那么准确。我们处理数据的软件还不是特别方便。千万不要有增材制造的出现，就去否定传统的家庭制造工艺，对于大规模而言，铸造锻造都不可替代，成本上竞争不过，质量上更不用说，稳定性上更不用说，都竞争不过，所以在现在阶段，增材制造是在某些特定情况下使用，当然将来发展以后，成本效率都会有所变化。我们从政府来讲，从政策引导的角度来讲，现在我们处的阶段，应该是研究开发和产业化发展并行的这么一个阶段，如何共享知识？这是一个产业化发展非常重要的一个因素。另外与今天的题目不太符合，唱点反调，我个人认为，现在的增材制造、3D打印有点过热，我们应该冷静地对待还没有解决的一些基础科学的问题。3D打印不仅仅用树脂粉末进行打印，成龙十二生肖电影里面打印一个兔手那么简单，这是一个复杂的组合体，如何保证零件是合格的？没有太好的办法，这是高端的零件，标准没有，需要大量的数据的积累，检测，现在微小，快速的形成一些缺陷，目前找不出来，性能，怎么样保证连续熔化的这些形成的组织，形成材料？稳定的强度是够的？现在3D打印出来的绝大多数还需要在做，除了弯矩方面，还需要在加固，不是最终的。成本，现在基础零件增材制造的成本应该是高的，但是在某些情况下，看怎么计算，假设我只造两架飞机，肯定这种方法便宜，其他的方法需要投工装，效率，对于生产来讲，还是传统方法，效率更高，对于单件生产来讲，这种方法是有优势的，技术发展上来讲，将来在生物制造，纳米尺度的成形和不用熔化技术的成形，可能是很好的方向。现在我们是用机床加工理解，将来如果我们用行走机器人去加工零件的话，零件水平方向和垂直方向的尺度就基本上不受限制了，还有一点，刚才苏部长的报告里提到的，这种方法可以加工出来，成份和性能连续变化的材料，质量控制上来讲，实际上最终的目标，是应该建立起来工艺参数和产品质量之间，直接联系，这是很复杂的一个问题，但是如果解决了，意义也是非常重大的。报告到这儿。谢谢大家！来自比利时的Materilise公司执行副总裁Bart巴特先生出席本次“新工业革命与增材制造”国际研讨会并发表了以“增材制造的数据处理/3D打印”为题的专题演讲，以下为演讲实录：巴特：大家好！在给大家介绍正式的演讲之前，给大家简要介绍一下我们公司。比利时Materilise成立于1990年，至今已成立23年。在全球公司里有850名员工，我们是一家比利时的公司，在全球各处有办事处。我们在3D，或者在增材制造领域是全球领先的厂商，我们公司主要有以下三大核心能力。第一，我们在3D或者是增材制造方面有专利。看一下我们的工厂，我们现在一共有9项技术。第二，我们在数据计算机辅助制造方面的能力。大家在进行增材制造或者3D打印的话，是用STR文件，我们有内部的支持，我们也知道怎么来处理STR的文件，有很多的经验。第三，医疗图象工程。我们把一些医疗图象，CT的图象，或者MRI核磁共振的图象，转换为3D的STR的数据，我们有了这个数据，就可以做任何工程方面的操作，包括计算机辅助设计，还有其他的一些数据，我们有了这些三维的数据，就可以做一些数字的设备，甚至是移植的一些功能。看一下这些数据的模型和设备，能够帮助临床的医学人员来进行复杂的手术，而且也有更多的使用增材制造来使用移植的这些，这是一个非常有意思的方式。刚才几位演讲嘉宾解释了其中的一些优势，首先也是最重要的一点，对这样一个增材制造，或者3D打印，你不需要用很多的工具去制造这样的材料和部件，当我们想去做一个部件，我们就会发现在计算机里面的描述里有很多这样的描述，比如对部件的描述，它可以直接输入到打印机里面，打印机可以直接把它打印出来。它直接的结果是为我们带来了一系列设计上的改变，我们不需要去做很多的工具修改。如果说我们只是想做，我们只用设计会更快一些,这是属于三维打印最重要的一个性能。第二个方面的特点，我们刚才已经说过了，科技本身可以让您去对每一层进行打印，由此我们有一个几乎没有限制的设计。任何科技本身，都有一些自己的条件，这一点，三维打印对我们而言，感觉好像是没有任何限制，到现在为止，实际上我们认为唯一的一种限制就是在设计者的头脑当中，设计者需要有一种非常好的感觉，我们需要来设计成什么样的产品，以及具有创新力的这样一些产品。生产出来一个部件，在这种情况下，三维打印，一定会引起你的兴趣，他比用一些包括像CLC这样一些传统的技术，更加有吸引力。这也意味着，当我们需要打印复杂的部件时，你需要有一些很好的软件、工具，把它植入到我们的设计和电脑当中。这也就是在设计过程当中一系列软件方面的挑战。当我们去考虑到这两个优势后，我们同时也要考虑到三维打印科技的不足。作为这种限制，有一点是非常重要的，科技还是有些慢。如果说是我们把三维和打印、增材制造，三方放在一起去考虑，花的时间比较久。带来的后果，我们可以生产的产品，增材制造的产品方面，实际上还是受限制的，还没有到达大规模生产的地步，大规模生产是可以通过传统的集中生产来进行。但是，对一些使用比较少的部件，你会认为增材制造，或者说三维打印，应该是一个比较好的方式。考虑到一些部件的数量，如果我们只希望进行一些部件的更新改造、升级以及转变，我们可以考虑增材制造。在我的幻灯片里面，有一些颜色高亮的区域显示了，我们会说到一些材料方面的需求，涉及到了在软件方面的需求，包括设计，包括如何能够快速成形，通过软件工具形成快速的模拟，这要求对软件有很好的掌握。由此，需要软件与3D打印相联系。这里面有一些能够驱动3D打印的软件，并且能够让3D软件真正成为可行的技术，比如说在3D打印当中，我们有许多的步骤，这样一些步骤，来自于顾客，顾客需要这样的部件，进入产品的组织和架构，这必须有清晰的描述，在某些情况下，产品的组织必须有很多的数据可以产生我们的元器件，我们需要对数据进行管理和控制，一旦打印出来，复制这样的产品，我们需要把这样的数据，复制到我们的计算机当中来，我们也需要把这样一个数据块，传递到各个顾客那去，所有这一切都需要软件的支持。我来给大家举几个例子。第一，数据获取和再加工。你需要有非常好的三维数据，也就是计算机辅助的设计数据，如果说没有这样的数据，没有办法进行制造，这是一个例子。这是一个大规模的定制过程。要继承他的一些优势，同时我们需要做的更好，我们需要能够在这方面做一些定制。比如说要为某一个病患，做一些特殊的定制。我们现在有一些塑料部件，我们可以需要有一些骨骼植入，我们要这样的病患适合他的特点，基于我们标准的科技基础之上，大部分今天的定制，都已经在三维打印和增材制造了，我们怎样把数据放在自己的机器里面，你要做的就是当你去扫描一个颅骨的时候，你首先需要打印出来，有很多三维的数据，从解剖学的角度去看这样的一些数据。此外，我们还需要软件方面的一些工具。要买一些非常昂贵的工具，比如说像汽车设计工具、软件，需要能够做一些表面处理，或者说是做一些加工，这一点是非常昂贵的。这就是一个挑战，在增材制造软件当中所面临的挑战，当有人让你形成一个软件，可以去做一种圆形的设计，并且做一些部署，你可能需要把很长的时间缩短到几分钟，你就需要有一个非常好的步骤，这就是我们今天的定制所要采取的，我们首先要有一个圆形的标准件，我们设计的时候，是在标准圆形上进行设计，设计的时间我们只需要一分钟就可以完成，像这种途径，我们通过一些向导来进行，这些向导们可以告诉你选哪个，哪个可以形成我们的模件打印。设备过程中，还有一些密度、厚度，选择的圆器件和原料，还需要做一些碰撞测试、力学测试，保证在测试过程中，满足我们的试验要求，所有的这些方面都可以在一分钟内做完。一旦我们做这样的一个活动，手术室今天不仅需要外科大夫，还需要工程师，非常感谢有这个设计，可以转换为机械方面的设计，进行三维打印，并且能够进行快速地有大规模的这样一些定制制造。这是我们独特制造，对病患解剖做的一个模型，可以看到有许多的应用，在增材制造当中的一些应用，这样的产品，对人类有非常大的交互，当我们说到人类的时候，要获取人的信息，来自于解剖信息，放在计算机里面，我们当然也需要软件工序来做这一切，包括像CD图象，是形成这样一些图象文件，并且校准这样的数据是否正确，用于打印出我们能够与病患的某些组织和部位结合非常好的这样一些打印。也像我之前说过的，在我们的航空部件，提到的是非常轻型的材料，把材料的重点减下来，要形成一些孔，形成一些可弹性的带洞的这样一些机构，我们还要有足够的强度，但由于我们现在有了这样的3D打印，可以形成这样的一些结构，挑战在于我们如何设计这样轻型的材料部件，如果通过传统的方式进行生产，你当然需要一种超级计算机去管理数据，超级计算机都不能非常便捷地做到这一点，适合操作这些数据，这就是为什么我们可以有一些新的先进的这样一些数据软件产生，他们可以用来产生一些轻型结构，使得我们的工程师去操纵数据，在你电脑上就可以进行操纵，非常方便。说到这些方面都涉及到数据，还有涉及到三维的表面材质。铅笔盒就是一个例子，这是一个日常消费者的用品，当然它可以形成一个很昂贵的，在三维打印的制造过程中，我们一些表面处理。在很多情况下，需要花费很多成本，能够把这样一个表面质量形成我们市场可以接受的表面质量。我们发现有一种办法，可以克服这样的挑战，要克服这种条件是可以再增加一个三维的表面材质，三维表面材质我会给大家来展示，三维表面材质将会形成一层，打印过程中可以看的非常清楚，我来指示一下，你可以看到在这个部分，多多少少还是可以看到它的表面层，把这层放在三维的表面，形成我们的材质层，通过人的肉眼就可以清晰地看到，这就意味这这是一个三维的表面材质技术，我们可以在生产过程当中形成一种非常细致的，并且节省成本的一种表面材质设计。问题在于我们如何来定义三维表面材质？会涉及到高密度一些非常密集的一些数据，以及如何把这样一些数据应用到自己的文件当中。比如说刚才大家看到的一个铅笔盒，比如说20厘米长，在这样一个铅笔盒，可能会有2G到3G的数据，意味着有如此多的数据，并且要在你自己的计算机软件能够操纵这么大量的数据，要考虑到我们这么多软件工序，是否可以去应用这么大量的数据到三维的材质当中呢？这就需要我们有一个，看上去有一些类似这样的一些灯，有这样一种效果，也需要有很好的表面的材质，能够得到这样一种效果。一旦我们有了数据以后，在许多情况下，也需要提高数据数量，也可以进行打印，您在这儿看到的，这是一些可以打印的数据，我们可以把数据进行整理，意味着你需要通过你的CED系统获得这样一些数据之后，我们还是需要把它进行整理和准备，放在文件当中去，当然，这里面我们还有一些文件，我们可以自动化去转换，把这些CED的数据，并且比如说是把褐色的放在褐色里面，绿色的放在绿色里面，我们可以获得相应的一些数据，由此，我们可以通过自己的机械来操作。这不仅仅是数据，这并不是一些关于文件修复的问题，还有包括软件本身，可以帮助您把文件放在一块，可以看到这是一个例子，这是我们通过我们的激光三维打印，可以把像塑料制品，把很多的原部件放在自己的原形里面，进一步优化我们自己的部件，我们把这么多的文件放在一块，从人的大脑当中，我们可以考虑到五到六个部件组合，如果说我们可以通过计算机，把数百个这样的部件放在一起，看看是否在这儿可以插入部件，自动去寻找，这样的软件是否存在，自动帮您做这个，这不是人类做到的，由此可以进一步地优化。当然还有一些挑战，一些科技他们给你形成一种支撑结构。比如要做平台的时候，包括像立体融合，我们需要支撑结构，是在CED系统里面，是一个基础，现在我们让这个知识结构的产生，变的更具有交互性，今天，我们在CED里面的这样一些发现大部分都在数据里，计算机里面的数据，可以把它放在，像能够可视化的一个合理的位置。这样一个数据量就会比较小，由此是非常小的操纵，对我们的塑料材料，不仅仅是可以使用的三维打印，还可以对金属材料进行打印，用于支持结构，形成无缝式的材料。当然我们有软件工序，我们能够获得对于这样一个材料和设计的最佳的情况。这些数据传输到机器上，还是手动的过程，必须清理过几个步骤，形成不同的文件的格式，把这些文件的格式，通过这些内部的网络传输到正确的机器上，机器再把这些信息进行审核，最后这些机器就可以发布相关的数据。我们思考这个问题有很长的时间了，而且也是我们公司内部有这样的需求，我们一共有超过90台机器去管理这些数据，我们现在正在考虑做一些不同的工作，实际上还是比较简单的。最后，给大家展示一下这个数据之外的一些因素。我们的一个图象软件是针对用户的，可以看到，因为有些人也需要相关的软件。简化的软件，价格比较便宜，能够让我们的所有组织利用这些文件，这样可以让你们更好地实现管理打印和编辑的技术。谢谢大家！上海交通大学数字医学教育部工程研究中心王成焘出席本次“新工业革命与增材制造”国际研讨会并发表了以“三维打印技术与硬组织外科临床医学”为题的专题演讲，以下为演讲实录：王成焘：各位专家！早上好！向大家汇报我们在3D打印技术，医学方面所做的工作。我的题目是人体硬组织的应用。硬组织就是骨骼和牙齿，牙齿比骨头还要硬。3D打印技术一出现，被医学界广泛重视，我们在20年前跟上海市第九人民医院等进行合作，应用到医学当中，我们也购置了这些设备，把计算机做出来的三维骨骼的图象，变成了实际的模型，目前为止做了六千多例的临床服务，实现了产业化，形成了三方面的应用内容，从这三方面向大家汇报。第一，三维打印模型提供了患体丰富的信息。过去大家看病不知道病人肚子里是什么东西，有了X光机就可以知道清晰地二维信息，有了CT和磁共振形成了准三维的信息。到了三维打印模型方面，实现了一个提升，在医生没有动手术之前，就可以看到精确地1比1的骨骼的模型。比如，这是我们跟第九人民医院一个很有名的病例，这个小姑娘，在19岁之前，这个腿严重的畸形，没有下过地，是一个顽强的小姑娘，一直跳着走，到了19岁到上海就医，但是大夫看到医学CT的三维影象说，凭这个做不了外科，让我们赶快用这个图象，经过图象处理，打印出来一个一比一的模型，这个膝关节没有长好，但是有了它就可以做很好的手术规划。这是手术以后的状况，一个月，她就能够下地走路，她说这是我生平以来第一次左腿着地，11个月就可以走路，今天她已经是大学生，而且已经能够很好地扔开拐杖，上楼梯和走路，完全恢复了一个正常人的生命质量。这也是第九人民医院口腔的病例，这个小姑娘，严重的骨稀疏，这个医院造一个创新手术，肥骨和两根接管，进行拼接，去固定，修复她的下颚，这个手术光凭计算机上的图象跟规划是没有人敢做的，因此，就做了3D打印模型，然后进行术前的手术操作跟演练，确认没有风险，进行手术，她跟媒体说，我八年盼了一个漂亮的美丽的脸蛋。但是三维打印模型做了规划，过去把打印的模型，手术规划模型放在边上，模型骨科这也是不行的，今天说的手术，不仅仅是计算机跟模型，形成肥骨怎么截断，手术当中可以很精准地放上去，切割角度完全按照模板进行，保证了手术的精准化。骨科当中有一个广泛应用，用的三维打印，这是脊柱，脊柱侧弯的话，通常要打钉，脊柱就能够受力了，骨量非常小，非常危险，旁边都是中枢神经，这个手术过去是有高级的医生能做的，想到能不能用3D打印做一个模板来引导？这是最早昆明军区总医院提出，现在广泛应用了，首先尽力计算机的模型，确定入钉点跟方位，然后做模板的数据，做三维打印，做出这个模板，做出这个手术，把这个模板扣在脊柱上，延着这个钉打进去，万无一失，使复杂的手术变的精准可靠，这是一个病例，建模、倒板，手术当中进行，把这个侧弯的脊柱给校正直了。诸如这类的手术，是大家发表论文很重要的内容，这是广州军区总医院的病例，这个患者三维建模发现大块肿瘤，必须大块切除，他精确切出这么一块红的骨头，精确镶在一起，完全设计了模板，这是丁教授设计的一整套的手术模板，在模板上引导进行的手术，用我们的支架，切出来的就是手术当中相配，做到了很好的效果。在手术的精准化方面，有一个量大面广的应用。大家都听说这是中产阶级享受的中产技术，因为一颗牙很贵，八千到一万，但是要把一个种植钉打到牙头骨上，首先要做规划，打几个钉，方位怎样？规划完之后，完全凭手工操作，很难做准，打歪了就是医患矛盾，因此要同时做一个倒板，用三维打印快速制作出来，手术当中完全用临牙来定位，这样在口腔里医生可以大胆的进行，深度的位置，用一个转套进行，打的位置，各方面都被精准地控制住，这是精准地外科，因为人类越来越广，医生们创造了很多倒板辅助自己做复杂的外科手术。因为有了三维手术技术，更好实现个体化的治疗，我们知道医学的个性化，是21世纪医学发展的方向之一，在骨科当中也是那样，尽管关节和结构板有标准系列产品，但总是有这么一批病人，常规的东西不能使用，要做量体裁衣，专门做针对他自己个人的接骨板或者关节，骨的缺损就是随机的，不可能有标准的，过去这个工作很难进行，今天有了3D打印技术的支撑，就变成可行了，这是我们很早就建立的一个数字制造系统，包括医学图象处理，利用三维打印机制造模型，进行手术规划，做植入的设计，调用我们自己的数据库以及标准的软件，输到加盟中心，进行个性化植入的制造，这个我们已经实现了产业化，已经大量地有那个生产产品的注册证，大量为医学界服务。并且这个成果在2004年获得了国家科技进步奖二等奖，之后医生们用他的平台，创造了各种各样医学的创新手术，拿到了各种各样的夹。这是01年褒奖之前收到了案例，这个女性从小髋关节没有发育正常，那时候技术已经有了，可以CT，三维建模，进行数字化建立，那时候我们的水平还是很差的，但是已经够用，然后做假体的设计和制造，她从不能很好的走路，到了北京长城去旅游，她说她自己没有想到，这个手术之后，新闻联播节目是进行过报道的。这个患者到上海来就医，是因为半骨盆肿瘤截除，我们说可以做一个人工的半骨盆，保留里的下肢，制造、设计、手术，两年后他再来看，各种正常动作，下蹲等等，都可以进行，使他的生命质量获得了很大的提高。当然很早了，今天，我们的技术也提高了，我们今天不再用这个，我们用的是龙源的设备做的是3D打印的模型，我们的设计也进一步完整，用中心加固进行手术，质量更进一步地提升。这是上海长海医院做的一个病例。我们做了六千例，四千例都是颅骨破损，因为车祸破损了，用一张纸托过去，把边缘轮廓托过来，在现场去补这块颅骨，就跟补锅差不多。但是有了三维3D技术，可以把修复体做成非常精确地修复。今天可以做这个手术，手术的安全性、可靠性明显提高。2004年上海的临床医学，今天已经变成非常普遍的技术，没有人用这个，这个技术可以用到颅面修复等等。这个女性三维打印模型，之前精确地修复好，恢复面容，有讲话的功能，交通大学他们也做了这的病例，效果都是非常好的。这是用三维打印技术做艳福耳，我们扫描、静像、对称，做了硅胶的耳朵，这个耳朵是有缺陷的，我们按照冬天配的颜色，到了夏天显得有点白了，还得涂抹粉。今天，金属直接三维打印出现以后，给医学届创造了更广泛的应用前景，这是用电子术直接进行打印，可以打钛合金，打完的东西，直接可以用，这是我们跟他们合作，做的修复体，这个设备买了一台，进一步跟医学界合作，他们认为在医学界有广泛的应用，自己医院买了一台，在进行。对激光进行选择式的，可以做微小细微的东西，特别是在口腔，是我们跟他们合作进行的，做的金属牙冠的合作，金属牙冠过去是用辣椒做的，病人常常要跑医生那里几次，有了这个，加上口腔的扫描，整个技术合在一起，使得口腔医学发生很大的变革，第一大特点，我们的个性化植入，可以做出来，解剖学当中会更好，像华森当中的，比他们过去用机械加工要好的多，另外，人工关节表面必须要做一个生物型表面，过去用肽丝，常常把母体烧伤，我们算一下强度都很好，打开一看，影响了强度。今天，用3D打印技术，可以直接把表面的多孔，打出来，只要计算机画出来，就可以生成，把我们国家的瓶颈可以在新技术上面，一步步的跨越过去，像北京的爱康，北大三院，开发了第一代的，不仅用在关节上，而且还用在脊柱的融合体。只要定到核心，我们提出表面用镶嵌的方式来进行，会更升时节约，达到了一系列国家的授权的专利。3D打印的最大特点，可以设计出这个结构，就像骨头里大量的骨头，使得我们过去整块精髓，改变成仿身的结构，这是我们研究的各种结构，强度、孔隙度，怎么更好地掌控起来，用它制作各种各样的骨修复体。北京爱康做了同样的工作，做的非常出色。我们进一步研究，发现在涂炭，多孔肽的基础上，发现细胞生长的会更好。这是刚才讲的种植牙，口腔修复，为什么会引起革命？针对的主要是牙冠，抛掉了吃辣椒这一环，最后烤瓷，烤瓷的结果，成都华西都做了更多的使用。总而言之，三维打印技术是有不可估量的作用，是推动二十一世纪医疗的个性化、精准化、微创化和远程化的重要的基础支撑，三维打印技术制作的人体，都做了很多的工作，他们的工作也取得了很好的成绩，相信三维打印技术在医学界会给患者带来更大的收益