3D打印在佛山大有作为！3位院士带你通关

  3D打印离我们有多远？陶瓷+3D打印将发生啥？7月1日，“中国3D打印之父”、中国工程院院士卢秉恒来到佛山。卢秉恒表示，国家增材制造创新中心在陶瓷精密零件方面取得了重要突破，陶瓷精密零件3D打印在佛山有很大的应用前景。佛山的陶瓷制品业可通过3D打印技术加速发展。

  当天，卢秉恒院士与中国工程院院士丁文江、加拿大工程院院士杜如虚共同出席了“国家增材制造创新中心佛山分中心”成立活动。国家增材制造创新佛山创新中心现场展示了通过3D打印应用于航空航天、医疗等多个领域的产品。其中，陶瓷3D打印产品超过10种，包括3D打印陶瓷墨水、工业用的氮化硅陶瓷精密制品、含有氧化铝、氧化锆的生物陶瓷材料等等。

  活动当天，多位院士、专家还围绕3D打印、精密制造等进行了精彩的主题分享。

  2019年7月1日，国家增材制造创新中心佛山分中心正式成立。国家增材制造创新中心是由国家工信部批复成立、国家3D打印领军科学家卢秉恒院士领衔的增材制造领域唯一国家级创新平台，承载着研发技术、产业孵化、行业支撑、人才培养的国家战略任务。国家增材制造创新中心佛山分中心建设落成后，将是全国第一批分中心。

  据了解，国家增材制造创新中心佛山分中心将通过充分的利用卢秉恒及其团队的智力、技术资源，前期主要是针对在航天航空国防军工、建筑卫浴陶瓷、生物医疗等几大领域开展先进3D打印技术产业化及应用示范、3D打印创新人才教育培训体系等，后期计划把3D打印应用示范扩展至高端智能装备、艺术陶瓷等相关领域，搭建数字化制造、智能制造等人才教育培训基地。

  揭牌仪式上，三水区副区长姜岳新和中国工程院院士、3D打印领域学术领头人卢秉恒院士分别发表致辞。

  姜岳新表示，国家增材中心佛山分中心落户三水，具有重大意义。中心将借助卢秉恒院士工作站，整合增材制造领域优势科研团队，开展航空航天、国防军工及先进装备等领域的增材制造研发技术和集成，为粤港澳大湾区增材制造产业链条提供智库支撑和技术输出。国家增材中心佛山分中心落户三水，也必将为三水产业高水平质量的发展，为佛山建设面向全球的国家制造业创新中心提供新动能。

  卢秉恒院士一年前就来到佛山深入考察园区发展环境。他表示，珠三角是我国重要的制造业基地，增材制造能够提升制造业的创新能力。“经过一年多的努力，期间也得到佛山各级党委政府的支持，国家增材制造创新中心佛山分中心在今天正式成立。接下来，我们将大力推动中心成果在佛山分中心落地，服务广东制造业升级转型。”

  在国家增材制造创新创新中心的应用展示区，当天展示了通过3D打印应用于航空航天、医疗等多个领域的产品。其中，陶瓷3D打印产品超过10种，包括3D打印陶瓷墨水原料、工业用的氮化硅陶瓷精密制品、含有氧化铝、氧化锆的生物陶瓷材料等等。

  喷墨打印成型技术作为3D打印技术之一,已应用于陶瓷材料的制备,特别是精密陶瓷材料的制备中。而打印墨水的制备，是陶瓷喷墨打印成型的关键。目前陶瓷3D打印用的墨水，主要成分源于氧化锆。氧化锆陶瓷材料密度较高,难以稳定地分散,因而要制备出具有高固相含量低粘度的打印墨水，需提高氧化锆粉末在打印墨水中的分散稳定性,当前，该项技术已通关，这种墨水可根据3D打印机，打印各种各样的需求产品。

  据介绍，3D打印作为战略新兴技术，目前应用的第一大领域是航空航天及民用工业的精密铸造，如使用3D打印的陶瓷涡轮导向叶片是航天发动机、燃气轮机等第一关键部件。现场展出的还有可供生产企业用作精加工满足机械零件要求的氮化硅的板材、陶瓷绝缘环及氮化硅的陶瓷喷嘴等。

  运用3D打印的氮化硅陶瓷轴承，相比于传统的轴承，在性能上具有全面一马当先的优势。比如耐高温方面，可达1600℃以上，在工业发电机1000℃以上的环境中，生命长达5年。

  同样，浇注用的氮化硅陶瓷做的铝液的升液管，其可承受的耐高温性能更为显著。该项目负责的人介绍，铝液通过它就像自来水通过水管一样，既不会粘黏也不会腐蚀，且使用年数的限制达到1-2年，是原来的10倍以上，让液压系统发挥出更好的性能。

  氧化铝过滤器的材质非常轻，目前多使用进口材料，生产所带来的成本也相对来说还是比较高。不过，眼前展示的国产滤波器，已经突破国外技术垄断，未来将放到汽车尾气上，可直接过滤掉对环境不好的元素。

  国家增材制造创新中心陶瓷及复合材料增材制造研究所副所长、博士宋索成表示，3D打印是一种生产方式和制造技术，它的应用场景范围很广泛，而陶瓷是一种用于3D打印的可粘合材料，有很大的开发空间，只是目前还应该要考虑成本问题。

  在个性化制造领域，3D打印应用的第二大领域是医疗。因每个病例都有细微的差别，可利用3D打印的植入体，通过模型、手术规划在术前进行手术预演，从而手术过程中快速缩短手术时间。此外，3D打印还做能做出多颜色的功能模型体及导板，在精度比较高的手术发挥指导作用。而含有氧化铝、氧化锆做成的生物陶瓷材料，就是可植入人体的可降解支架、氧化锆牙齿等的原材料。

  “中国3D打印之父”、中国工程院院士卢秉恒在采访时认为，佛山的陶瓷制品业、塑料制品及模具制造业，都可通过3D打印技术加速发展。

  在陶瓷制造方面，装修用的陶瓷地砖等瓷砖类产品，以前是平面的陶瓷产品，都能做成立体的、浮雕的，为花色装饰应用拓宽更大的可能性。在模具制造方面，3D打印可促进模具开发、高品质模具的制造，尤其会对具有复杂形状且耐高温要求的产品带来更大的提升。

  揭幕仪式后，粤港澳大湾区增材制造论坛举办，中国工程院院士、3D打印领域的学术领头人卢秉恒院士，加拿大工程院院士、香港中文大学精密工程研究所所长杜如虚院士，中国工程院院士、上海交通大学材料科学与工程学院教授丁文江，华中科技大学材料科学与工程学院副院长史玉升教授分别围绕3D打印技术和最新应用进行了主题分享。

  卢秉恒院士长期从事先进制造技术方面的研究及增材制造、微纳制造、生物制造等技术与装备的科研和教学工作，是中国增材制造技术的开拓者之一。论坛上，卢秉恒院士做了《3D 打印—颠覆性制造技术》的分享。卢秉恒院士认为，个性化定制有望成为第四次工业革命的生产模式，这为增材制造提供了发展空间，增材制造将对制造模式带来颠覆。

  “3D打印是一项共性技术，比如通过应用3D打印，航空发动机等精密铸造大幅度降低了产品或零部件的不良率；我们也通过3D打印应用在医疗领域，制造出全国首例个性化下颌骨，制作脊椎手术导航模板。此外互联网+3D打印，形成众需收集、创客设计、3D打印验证设计、虚拟制造、生产分包、互联网配送的模式，也催生出大众创新、万众创业。”

  卢秉恒院士还表示，国家创新中心的技术突破包括航空航天用大型结构件增材制造和陶瓷精密零件的突破，其中陶瓷精密零件3D打印在佛山有很大的应用前景。

  加拿大工程院院士、香港中文大学精密工程研究所所长杜如虚院士进行了《3D 打印颅颌面植入物系统》的分享。

  杜如虚院士表示，颅颌面植入体是3D打印的其中一个应用，占整个3D打印市场5%左右，主要是用于手术导板、植入体、模型，应用于创新、癌症、整容。传统颅颌面修复植入物需要医生对植入物进行二次加工，精度差、效率低，病人术后恢复慢，而与3D打印颅颌面外科植入物通过CT扫描收集病人患处信息，同时根据病人特点进行个性化设计，保证效果且提高手术效率。

  在设计环节，3D打印颅颌面外科及骨科植入物主要面临3大挑战：一是颅颌面解剖结构较为复杂，植入物设计困难；二是临床医生不一定具备使用计算机软件进行设计的能力；三是产品设计师不明白医生的意图，沟通存在障碍。目前其团队正在开发交互辅助设计平台，利用该平台，将能实现数据转换、植入体设计、计算机模拟、有限元仿真等功能。

  中国工程院院士、上海交通大学材料科学与工程学院教授丁文江进行了《轻氢之镁，稀土栽培》的分享。

  丁文江教授表示，当前全球各国都积极探索可持续发展之路，而轻量化是一个永恒主题。传统汽车减轻10%可节油6%，电动汽车轻量化可以消除里程焦虑；高铁、飞机也渴望减重；高端装备、通信、能源等领域同样希望“减肥瘦身”。镁被誉为“革命性的金属生物材料”，正在引起全世界关注。

  中国镁拥有三项“世界第一”：储量第一，产量第一，出口第一。在工程应用领域，镁能应用在汽车轻量化领域，例如通过发动机系统核心部件集成应用，使发动机实现平均减重18kg、减重率30%、功率提升。

  镁被誉为“革命性的金属生物材料”也引起全世界关注。镁作为医用内植入材料的优势显著，一是镁的降解在人体内拥有非常良好的生物安全性基础，二是镁的降解产物不但无害，而且对人体具有保健功效。

  增材制造技术优势是可量身定做，而骨科等硬组织植入器械要求个性化、复杂化、精确化，二者高度契合。硬组织重建用镁合金内植物制备是未来增材制造的重要领域。

  史玉升教授表示，4D打印现有研究仅处于现象演示阶段，主要面临以下发展瓶颈：一是智能构件设计缺乏理论与方法体系，二是材料与制造工艺缺乏材料工艺匹配性研究，三是智能构件功能评价无评价与验证方法。

  以问题为导向，4D打印的未来发展趋势可以包括以下几方面：一是探索4D打印智能构件的设计理论与方法，二是探讨4D打印新材料、新工艺及两者的匹配性；三是开展4D打印构件功能验证与评价技术。

  7月1日下午，主办方还举办了增材制造推动高水平质量的发展会议，现场邀请了国家级人才计划专家、中航工业集团特聘首席技术专家韩品连教授，华中科技大学特聘教授、数字化制造装备技术国家重点实验室张海鸥教授，国家级人才计划专家、国家增材制造创新中心副总工程师朱刚博士等多名增材领域知名专家围绕3D打印作主题报告。

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