10月19日下午，中國(guó)航天科技集團(tuán)總工程師，博士生導(dǎo)師楊海成教授在遼寧交通高等?？茖W(xué)校所做的學(xué)術(shù)報(bào)告中指出：“隨著‘互聯(lián)網(wǎng) ’思維的不斷深入，企業(yè)發(fā)展正向新型的平臺(tái)型企業(yè)邁進(jìn)。個(gè)性化定制是今后工業(yè)發(fā)展的最新趨勢(shì)，像在天宮2號(hào)中，也會(huì)出現(xiàn)3D打印機(jī)，用于天宮本身零部件的更換和維修！”
眾所周知，中國(guó)航天60年，10月19日3時(shí)31分，神舟十一號(hào)飛船與天宮2號(hào)自動(dòng)交會(huì)對(duì)接成功。而天宮2號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室早已于2016年9月15日22時(shí)04分09秒在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射成功。它較大的改進(jìn)是裝備更豪華、裝載量提高、內(nèi)部環(huán)境更好，而且它的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是模塊化的，也就是說它出現(xiàn)問題時(shí)可以快速更換和在軌維修，這在國(guó)內(nèi)空間領(lǐng)域?qū)儆谑讋?chuàng)。天宮2號(hào)使用3D打印機(jī)，則實(shí)現(xiàn)本身零部件的快速更換與維修。
事實(shí)上，3D打印在中國(guó)航空航天業(yè)并不是第一次隆重登場(chǎng)，在2015年紀(jì)念中國(guó)人民抗日戰(zhàn)爭(zhēng)勝利暨世界反法西斯勝利70周年大閱兵的空中梯隊(duì)中使用的飛機(jī)中，不乏3D打印技術(shù)生產(chǎn)出來的零部件產(chǎn)品。
正如工業(yè)和信息化部總工程師張峰在“中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”成立大會(huì)上所言，“我國(guó)增材制造技術(shù)研究起步不晚，有些方面還處于世界領(lǐng)先地位。”領(lǐng)先地位的正是中國(guó)航空業(yè)在3D打印技術(shù)上應(yīng)用，不僅多個(gè)型號(hào)飛機(jī)使用了3D打印部件，而且部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
例如，在金屬零件的激光快速成形技術(shù)研究上，我國(guó)開始于1999年，相比美國(guó)晚了十幾年。不過，在應(yīng)用研究成果上，美國(guó)卻一直無法實(shí)現(xiàn)突破。2005年，美國(guó)Aeromet公司生產(chǎn)的F/A-18E戰(zhàn)斗機(jī)因強(qiáng)度問題試驗(yàn)失敗。隨后，該公司因無法生產(chǎn)出性能滿足主承力要求的大尺寸復(fù)雜鈦合金構(gòu)件，無法實(shí)現(xiàn)有價(jià)值的應(yīng)用市場(chǎng)而倒閉了。而我國(guó)已經(jīng)具備了使用激光成形超過12平方米的復(fù)雜鈦合金構(gòu)件的技術(shù)和能力，成為目前世界上唯一掌握激光成形鈦合金大型主承力構(gòu)件制造、應(yīng)用的國(guó)家。
在傳統(tǒng)的戰(zhàn)斗機(jī)制造流程當(dāng)中，飛機(jī)的3D模型設(shè)計(jì)好后，需要進(jìn)行長(zhǎng)期的投入來制造水壓成型設(shè)備，而使用3D打印這種增材制造技術(shù)后，零件的成型速度、應(yīng)用速度得以大幅度提高。資料顯示，原本制造一架航空機(jī)型需要花費(fèi)10-20年時(shí)間，而應(yīng)用3D打印技術(shù)以后，最少需要花3年時(shí)間。足以證明，3D打印技術(shù)在復(fù)雜的工業(yè)領(lǐng)域有著無可取代的優(yōu)勢(shì)。
其實(shí)，3D打印技術(shù)一直以來因成本、技術(shù)問題無法大規(guī)模制造，而且全球的3D打印產(chǎn)業(yè)化都還處于起步階段。如果3D打印技術(shù)要想完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)加工制造業(yè)目前還是不現(xiàn)實(shí)的，至少還需要攻克以下幾個(gè)方面的難題：
材料方面，3D打印又稱“增材制造”，不難看出，材料是這項(xiàng)技術(shù)的核心，材料用的合適，才能制造出合適的產(chǎn)品。當(dāng)前3D打印產(chǎn)品的應(yīng)用，主要集中在飾品、模具模型、個(gè)性化家居產(chǎn)品以及汽車飛機(jī)的小尺寸零件上，使用的材料無非是樹脂、塑料、普通金屬粉末等。若產(chǎn)業(yè)往高端化發(fā)展，則需要突破性能要求非常高的合金材料、高分子復(fù)合材料這一關(guān)，這涉及的材料種類達(dá)幾百種甚至更多。因而，3D打印技術(shù)才能進(jìn)入航空航天、人工智能、大型復(fù)雜機(jī)械和生物醫(yī)療領(lǐng)域。
軟件方面，從目前的技術(shù)水平來看，桌面級(jí)3D打印機(jī)幾乎只能制造一些像雞蛋架、梳子這類簡(jiǎn)單的產(chǎn)品。而想要制造復(fù)雜工業(yè)的產(chǎn)品，光是三維設(shè)計(jì)這個(gè)技術(shù)，就不是每個(gè)人都能掌握的。而且，在我國(guó)暫時(shí)還沒有屬于自己的三維設(shè)計(jì)軟件，使用還需支付大額專利費(fèi)用。
能源問題，目前3D打印采用的能量源是激光，但其生產(chǎn)效率還有待提高，尤其是在加工大尺寸、熔點(diǎn)較高的金屬制品時(shí)更是如此。若能在能源方面突破，那么打印效率就能實(shí)現(xiàn)成倍提升。
設(shè)備方面，當(dāng)前的3D打印機(jī)精度大約是0.1毫米級(jí)，如果能夠突破納米級(jí)別，極大地拓展該產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用范圍，并能帶來很多革命性的成果。
總體而言，在生產(chǎn)過程中還沒有與其功能無關(guān)的剩余物，一旦技術(shù)成熟將大大降低生產(chǎn)成本，甚至一個(gè)人、一臺(tái)電腦、一部打印機(jī)就有可能組成一個(gè)“工廠”。也正因?yàn)?D打印技術(shù)在航空航天制造這類復(fù)雜的工業(yè)領(lǐng)域有著無可替代的優(yōu)勢(shì)，所以我國(guó)高度重視增材制造技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不僅出臺(tái)了系列政策，以及產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃，還建立其初步的支撐體系。個(gè)性化定制是今后工業(yè)發(fā)展的最新趨勢(shì)，那將是一個(gè)3D打印領(lǐng)域的新契機(jī)，而產(chǎn)業(yè)化將不再是難題。
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