3D打印，谁与争锋

近一年来，3D打印一直是热炒的话题。国内不少媒体和专家都说，3D打印机将开启一场工业革命，让制造业走向个性化和家庭化。以后个人需要什么产品，就直接给工厂下订单，工厂用3D打印机打出来发给客户。家庭有了3D打印机，就不用去商店了，需要什么东西直接打印就行。

媒体和专家在赞美 3D打印的同时，还经常加上两件私货：一是3D打印即将让美国制造业王者归来，重新占据绝对主导地位；二是中国企业毫无创新能力（潜台词：体制问题），马上就要完蛋了。在那些报道和博客中，你读到的情绪不是担忧，而是一种热望。他们原来在盼着这种情况赶快发生。

3D打印的学名是“增材制造”（material additive manufacturing），是指将材料一次性熔聚成型的制造方式。在这一过程需要不断增添材料。加工材料不同，需要的工艺和设备也不同，并不存在一款什么都能加工、包打天下的利器。因此，说3D打印能带来一次工业革命显然太夸张了。家用3D打印机已经上市，价格从6千到1万不等，打印用的树脂材料售价在200元左右一公斤。用户可以用它来设计、打印精致的模型或装饰品。对家庭来说，这种3D打印机本质上就是个玩具和学习工具，实用价值并不大。

但在高端制造领域，尤其是在制造复杂构件方面，3D打印具备优势。传统制造方法需要经过开模具、铸造或锻造以及精加工，费时费力又费料。重量100公斤的成品，可能需要消耗一吨多的原材料。而采用3D打印技术实现了产品的一次成型，不但基本不浪费材料，大幅降低成本，还显著提高了生产效率。

中国在这方面处于世界领先水平。在1月18日的国家科学技术奖励大会上，“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”项目获得了国家技术发明一等奖。激光成形技术也属于“3D打印”范畴，是用高功率激光照射钛合金粉末，使之烧结成形。

关心工业技术的网友对它应该不陌生，因为在一个多月前，网上疯传激光成形技术项目的负责人、北航王华明教授在中科院做的讲座视频。王教授介绍说，中国现在已经能够制造出世界上最大的钛合金复杂构件，产品整体性能远超锻件，有的指标甚至提高了一个数量级。目前，该技术已经用于生产C919大飞机带有复杂曲面的机头。尽管视频里面没有明说，但可以肯定，它同样会用于制造战斗机和航空发动机的复杂构件。

激光成形技术的最大难题是热应力。材料在受到激光照射时，温度可达2000多度，移开激光后便骤降到200度以下。材料经受不住这么大的温差，会出现开裂或变形。王教授说，他们找到了一个“很土”的办法（内应力离散控制法），解决了这个问题。

所谓“很土的”办法，大概就是看起来不精致的东西。当然，只要能解决问题，土办法也算大创新。很多创新就像魔术。有的魔术你看着很神奇，但如果有人告诉你窍门，你可能马上感觉“索然无味”！而让你自己去琢磨，你也许绞尽脑汁也想不出来。中国能在这个高端制造领域走在世界的前头，表明中国人的创新能力并不差。现在人们都说苹果是创新型公司， Facebook是创新型公司，但正在进行产业升级的中国最需要的，并非是客户体验或软件应用方面的创新，而是在关键制造技术上的突破。近两年来，这类突破正如雨后春笋般涌现出来，只是专业性比较强，对公众来说不那么吸引人。不少媒体也不怎么关注，或者选择性失明，因为那些不是它们的愿景。

钛合金大型复杂整体构件激光成形技术具有一定的战略意义。王教授在讲座里特别提到了F22。这款四代隐形战斗机号称超级先进，可是它的机翼主承力构件竟然是铸造的。因构件过于复杂，无法锻造，又不掌握激光成形技术，生产商只好将构件分成三部分铸造，然后再焊接起来。铸件性能远低于锻件，可见F22的机身结构强度是有问题的。

在另一个场合，王教授还提到了美国正在试验中的高超音速飞行器X51A。X51A已经试飞三次，一次不完全成功，两次失败。王教授认为，原因在于X51A的整体构件用得太少，造成飞行器的强度不足以承受高速飞行时产生的高温高压。X51A试飞三次，出现的问题各不相同，可见其存在系统性缺陷，不是一两次改进就能解决的。

这样看来，激光成形技术虽然算不上工业革命，也是高端设备制造的一个重要门槛。没有它，一些先进的设计就无法实现。

最早开发激光成形技术的其实是美国。它从上世纪80年代中期就开始搞了，但20多年来一直没有在大型构件制造上取得突破，相关的专业公司AeroMet已于2005年倒闭。2012年3月，为重振制造业，奥巴马宣布创立美国“制造创新国家网络”计划，由政府出资成立15个制造业创新中心，“增材制造”是其中之一（这也是国内媒体近一年来胡吹乱炒的缘起）。不过目前尚未取得进展，美国仍然只能利用激光成形技术制造“高价值的小零件”。

这就引起一个问题：曾经的先驱如今有点落后了，它能不能找到一个“很洋”的办法，解决热应力难题，夺回主导地位？这个问题难以用简单的是或否回答。参照一下苏联的经验，或许对回答这个问题有所帮助。这也是本博今后可能要讨论的问题。

钛合金激光成形技术讲座视频：http://v.ku6.com/show/sxRAbQuEFl0fBF3lLEoWdQ...html