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对话卢秉恒:先进制造与3D打印

安娜PARKER
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  为应对新一轮科技革命和产业变革,我国制定《中国制造2025》,坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展,加快从制造大国转向制造强国。在这一过程中,智能制造是主攻方向,也是从制造大国转向制造强国的根本路径。2015年8月23日,中共中央政治局常委、国务院总理李克强主持国务院专题讲座,讨论加快发展先进制造与3D打印,开讲人是中国工程院院士、西安交通大学机械工程学院院长卢秉恒。

  在进入“工业4.0”时代的今天,信息化广泛而深入地融合到各行业,作为最能体现“工业4.0”特点的3D打印,有何变革意义,我国的3D打印技术在全球处于何种位置,3D打印对普通人的生产、生活有何影响?

  里夫金提出互联网与新能源的结合引发第三次工业革命,您对第三次工业革命是怎么认识的?

  卢秉恒:第一次工业革命是发明蒸汽机,劳动变成机器化,体力、畜力劳动让机器代替,从手工业作坊变成工业化生产。第二次工业革命,有了电磁场理论,人们发明了电动机,可以用电力提供动力,机床也发明了,人们能够大批量生产产品,以福特汽车大批量的生产方式为代表,建立了公差、互换性理论,制造的零件可以互换,大批量制造使汽车变得很便宜,形成大批量制造模式。

  第三次工业革命根本上是信息化广泛而深入地进入各种领域。从数控机床发展到智能机床,生产线也是智能的,可以监控制造过程,发现有问题可以更换刀具、调整机床。信息化可以把人们的消费需求集中起来,做个性化设计,用3D打印、智能软件控制生产出需要的单件产品,用批量生产、交货的成本和交货期生产个性化的商品。形成一种新的生产模式。我认为第三次工业革命的特征是信息与工业技术融合,能够生产个性化东西,机器不但代替了人的体力,而且还代替智力。在此背景下,我国提出“互联网+”的概念是非常适时的。

  近年来,3D打印成为热词,有哪些具体用途?它的变革意义是什么?

  卢秉恒:3D打印的用途,一是产品的快速开发,像快速制造模型、模具、首件。二是生产个性化的产品。三是材料节约型制造,这在航空航天领域表现明显,社会价值也比较大。四是用3D打印的观点对我们现有的产品、装备进行再设计,在结构一体化、换热结构的优化等等,可以形成许多设计创新,使人们的创新设计不再受到可制造性的约束。五是用3D打印进行再制造,对某些器件进行修复。如以前飞机发动机叶片磨损了只能整台发动机报废,现在可以用3D打印进行修复,花费很少的材料与工时,使昂贵的发动机再生。

  3D打印是比较符合工业4.0特征,一是3D打印通过计算机可以把制造过程控制到零件结构的每一个点;二是自动化制造过程中没有中间障碍。目前,在CAD、CAM、数控加工的制造过程中,存在自动化孤岛。把图纸变成驱动数控的程序,首先要对制造产品有工序过程设计,毛坯从哪里来,加工分几道工序,先后顺序如何,要采用什么样的设备,要准备什么样的工装卡具等等,这些东西是很复杂的专门知识,这一系列的路径排列组合,让人们陷入困惑,实现自动化的CAPP是很难的。从863计划开始,我们要做计算机辅助工艺过程设计(CAPP),直到现在也没有这样商业化的软件,因为问题太复杂了、零件品种、加工工序太多了、排列组合的可能性太多了,人们不可能穷尽和完全掌握它。

  而3D打印把这些工序过程变成了一个过程,其数据格式是统一的,不存在CAPP自动化、智能化的瓶颈。3D打印消除了自动化孤岛,最能体现“工业4.0”的特点。

  在“工业4.0”时代,企业的出路和发展方向在哪里?

  卢秉恒:工业4.0是指工业、信息物理系统融合,现在我们到了信息时代,信息对我们的生活对制造业会产生重大影响,因此我们要把物理系统各个数据接口做好,符合标准。这样一来,我们在自动化、智能化的推进过程中就没有障碍和孤岛了。

  “互联网+”、3D打印、“工业4.0”对人们的生产生活有什么具体的影响?

  卢秉恒:它们改变人们的生活和工作模式,人们以后可以不在商场挑商品,可以自己设计自己需要的商品,把自己的需求发布到网上,很多创客进行设计,然后分包组织生产,再进行物理配送。如此一来,它使社会生产模式发生了变化,给创新带来更大的空间。

  人们不再受单位的约束,设计师可能就是自由职业者,这使得社会生产的组织模式、社会生活的模式发生很大变化。今天你可以设计飞机,明天可以设计时装。个人的创新能力可以最大程度地得到发挥,形成一个真正创新型社会。

  随着个性化消费时代的到来,大批量的生产如果设计出现偏差,产销不对路,就卖不出去造成浪费。现在海尔跟用户一起设计,体现用户需求,这个产品肯定是用户需求的。个性化、定制化变成可能,是因为信息化提供了个性化设计制造的平台。

  我国3D打印技术在世界上处于何种位置?未来进一步发展还面临哪些瓶颈?

  卢秉恒:我国3D打印研究工作做得不错,排在世界前列。我国3D打印专利的数量在世界上第二。3D打印在某些方面的研究处于全球领先地位,像北京航空航天大学教授王华明用打印出飞机起落架,现在批量列装;2001年,西安交大做个性化的下颌骨修复,当时中国媒体报道,而直到2012年欧洲才做第一例。但是在3D打印的产业化、应用方面,我国还有差距,我国的装机量在世界上第四,我国制造业占世界的五分之一,是世界第一,从这点来看,3D打印跟我国整体制造业还是不匹配的。由于3D打印许多技术还有待发展,所以现在我们有经过努力实现并跑的机遇。我们可以抓紧科技革命、产业变革机遇,利用自有的优势,走到世界前列。

  3D打印材料是世界范围的难题,很多工程材料目前还不适合用3D打印,打印的效率、成本都划不来,这还需要深入研究。我国在发展上的瓶颈主要有:缺少原创、在核心器件的开发不够等,尤其这一产业规模小,在各个制造领域应用3D打印还缺少研究。市场好了才能带动发展,而应用上存在瓶颈,例如进入航空航天、医疗领域时都需要标准,医疗产品没有个性化的标准,难以进入应用。我们2001年突破颌面骨修复技术,成果早就很成熟,申报认证有六七年了,由于缺乏国家标准,一直没有批复下来,没有标准就不能发证,就不能大规模应用。用于航空也很难,没有标准,无法衡量是否符合适航标准就不能大规模应用。而这两个行业应用前景广阔,但是都缺乏标准。

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