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卢秉恒院士:3D打印跑马圈地正当时

2016-01-19 09:41
seele_jin
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  2015年8月21日,中南海。

  70多岁的白发院士卢秉恒,走进国务院第一会议室,在这里上了特殊的一课。

  这是由李克强总理主持的本届国务院第一次专题讲座。台下的“学生”,有国务院副总理,各部委领导、央企和金融机构负责人。讲座题目是由总理亲自选定的《先进制造与3D打印》。

  上周五,应市科技部门邀请,卢院士做客泉州科技创新大讲堂,以同样的主题,为泉州各相关部门、高校、科研平台负责人和企业代表300多人,讲述了精彩的一课。

  论“中国制造2025”

  要补课,也要赶超跨越

  卢秉恒说,上世纪80年代以来,从家电制造、汽车制造到飞机制造,中国制造先后掀起三次浪潮,逐步走向高端。得益于巨大市场,目前,中国已成为制造业世界第一大国,制造业总量占世界总量的20%。制造业增加值占全国工业收入的86.70%,占出口总量的 95.09%。

  然而,中国并不是一个制造强国。比较中、德、美三国,德国的工业优势在于质量过硬、基础雄厚、工艺严谨;美国的优势在于:社会创新、高科技优势、集全球资源与精英;而我们中国的重要优势在于:一个比较完整的工业体系、内需市场巨大、人力资源丰富。

  按照德国工业4.0的划分,工业1.0到4.0的主要特征分别是机械化、电气化、自动化和智能化。卢秉恒认为,目前,中国制造应采取两个策略:

  一是追赶与跨越并举。面对存在的阶段性差距,中国要在工业2.0、3.0方面补课,即质量优先、研发机器人和高档数控机床,同时要推进实施“中国制造2025”,大力发展工业4.0。

  二是必须发挥政府科学而有力的调控作用,汇集有限的社会资源,做好协同创新。

  他认为,中国必须保护和充分利用巨大的市场需求,以引导和支持装备制造。同时,注重各项计划、各个行业的互动协同发展。在新产品研发时,就开始与国产化制造装备并行,注意第一罐奶粉效应。而在民用领域,要培养人民的消费观,让人人为培育民族工业作贡献。

  对目前我国的共性技术缺位问题,卢秉恒认为需要创新思路,进行国家级创新中心建设。他以德国弗朗霍夫研究院和美国制造创新网络计划为例,认为中国建设一批能协同社会创新资源,为产业提供核心技术与共性技术的创新中心。避免科技资源的浪费和低水平的重复研究。

  在产学研协同方面,企业要成为投资研发、应用成果、集成成果的主体。卢秉恒说,产品选择是企业创新的起跑线。企业应更多选择“创新驱动”型的产品,而不是只盯着眼下能赚钱的产品。这样创新才不会输在起跑线上。要加强创新能力建设。他举例说,日本轴承的一个企业,实验室面积和生产车间面积的比例是1∶1,而我们国家同类型的大概不到5%。此外,在大数据时代,欧美许多企业都注重累积、分析产品数据,用数据来提升商业策略和产品研发。

  在人才协同方面,他认为要建立正确的学科评估标准,引导创新与工程能力培养。倡导科研人员的论文更多地写在产品上,写在装备上。中国制造2025还需要培养一批工业4.0时代的企业家和科技领军人,既精通制造工艺,又具有互联网思维,能充分利用社会创新资源。创新型社会还需要一大批创客、极客,需要马斯克式的人物,有浓厚的科学兴趣和强烈的创新欲。

  在全社会的协同机制方面,要加强科技计划协同接力。国家科研计划应以标准、基础研究为先,重视产业化共性技术,以创新思想、发明专利为评审依据。

  在金融与科技、产业的协同方面,改善制造业的资金环境。引导金融资金更多更快地流向实体经济、流向有潜力的先进制造业,加强对创新的支持力度。

  论3D打印

  上世纪最重要的制造技术创新 打印今天与未来的颠覆性科技

  3D打印是一个颠覆性的创新技术。

  卢秉恒说,3D打印技术,被美国自然科学基金会称为上世纪最重要的制造技术创新。麦卡锡报告列出了对人类生活有颠覆性影响的12项技术,3D打印排在第九位,排在新材料和页岩气之前。当时预测在2030年全世界将达到1万亿左右美元的效益。2015年麦卡锡报告又将这一进程前移,认为2020年可达到5500亿美元的效益。

  从制造方式来说,铸、锻、焊在制造过程中重量基本不变,属于等材制造,已有3000年历史。车铣刨磨机床通过材料的切削去除,达到设计形状,称为减材制造,已有300年的历史。增材制造,即3D打印技术,材料一点一点地累加,形成需要的形状,才30年的历史。

  那么,3D打印将带来哪些变革呢?

  ——产品开发周期与成本大幅下降。

  3D打印可以制造形状复杂的零件,所想即所得,它直接由设计数据驱动,不需要传统制造必需的工装夹具模具制造等生产准备,编程简单,因此在产品创新设计与设计验证中,特别方便。使产品开发周期与费用至少降低为一半,成为机电产品和装备快速开发的利器。

  这种增材制造仅在需要的地方堆积材料,材料利用率接近100%。航空航天等大型复杂结构件采用传统切削加工,往往95%—97%的昂贵材料被切除。而采用3D打印,材料利用率由5%提升至85%,制造周期由数月压缩为几天。

  此外,它可以快速、低成本实现单件制造,个性化制造。特别适合个性化医疗和高端医疗器械。如人工骨、手术模型、骨科导航模板等。

  ——基于3D打印的再设计,带来产品、装备的颠覆性变革。

  3D打印可以将数十个、数百个甚至更多的零件组装的产品一体化一次制造出来,大大简化了制造工序,节约了制造和装配成本。以3D打印新工艺的视角对产品、装备再设计,可以制造传统制造技术无法实现的结构,为设计创新提供了非常大的创新空间。可能是3D打印为制造业带来的最大效益所在。

  近两年,3D打印显现出颠覆性变革。如GE公司做的飞机发动机的喷嘴,把20个零件做成了一个零件,成本材料大幅度的减少,还节省燃油15%。美国3D打印的概念飞机,重量可以减轻65%。而3D打印汽车,可以把2万个零件集成为40个,6天打印完成且减重1/3。

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