3D打印汽车、3D打印心脏、3D打印头骨……这样的新闻不断冲击着人们的眼球，让人们对未来生活产生无限遐想。为了解这项技术的国际最新动态，以及国内研究和应用的现状，本刊记者采访了李涤尘教授。
李涤尘教授从1993年起就开始了对3D打印技术的研究，是国内最早研究生物组织3D打印的科研人员之一。
3D打印将催生新型社会生产模式
记者：虽然现在人们对3D打印耳熟能详，但并不是每个人都能说清楚什么是3D打印。您长期从事这个领域的研究，请从专家的角度谈谈这个概念。
李涤尘：3D打印学术上的名词是增材制造，现在叫3D打印，是为了老百姓容易理解。
3D打印是利用三维设计数据，在一台设备上快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，从而实现“自由制造”。举例来说，建造房屋是我们司空见惯的工程，房屋是一砖一瓦堆砌出来的，任何形状的房屋都可以用这种方法构建出来，这就形成了材料累加的制造方法。3D打印的原理就是使材料逐层累加，最后制造出三维物体。
记者：有人说，3D打印技术就是过去的注塑技术，是这样吗？
李涤尘：不对。注塑技术的原理是，先将塑料加热融化，然后填充到金属制做的模具中，冷却后形成所需要的形状。所以，注塑技术包括注塑机和模具两种设备。而3D打印则不同，虽然也需要材料软化，但它不再需要模具。它先将材料自动软化、堆积成一个个二维物体，然后再软化、堆积成一个三维物体，是一个一体化的过程。
3D打印的进步之处就在这里。过去的注塑工艺首先需要做一个模具，加工模具要花很多时间，最后还要能够脱模。现在不同了，有了3D打印技术，就解决了许多过去难以制造的复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且，越是复杂结构的产品，其提高制造速度的作用越显著。
记者：现在3D打印技术主要应用在哪些领域？
李涤尘：近20年来，3D打印技术取得了快速发展，目前已有的设备种类达到20多种。它在各个工业领域都已开始了广泛应用，如消费电子产品、汽车、航天航空、军工等。而且，它已不再停留于工业领域，正快速融入人们的生活，在食品、服装、家具、医疗、建筑、教育等领域大量应用，为人们的生活带来了极大便利。
记者：随着3D打印的普及，将会给社会发展带来哪些影响呢？
李涤尘：3D打印技术及其制造模式将对社会发展方式转变日益展示其重要影响。
从技术层面来讲，3D打印可以直接制造产品，不再需要模具和多级装配，过去的企业和车间可能化解为一台设备，社区和家庭制造可能成为未来生产模式，或许会大幅度减少物流配送环节，地区制造资源差别会减少，集中式的生产模式向分散制造模式转变。
从产业层面来讲，面对后经济危机时代的挑战，各国都在寻求新的经济增长点和着力培育具有竞争优势的新兴产业，大批量制造已经使得成本和利润不断降低，个性化制造成为满足社会需求新的增长点，以3D打印为代表的个性化制造产业发展将成为未来拉动经济发展的关键产业。
从社会层面讲，3D打印是继计算机、互联网之后又一不断普及到百姓生活的工具。利用3D打印，可让社会民众充分参与产品的创造，个人的创造力被极大释放，人的想象力不再被实现手段所制约。创新源泉不断涌现，其直接结果就是社会创造能力不断提升。人们可以实现个性化、实时化、经济化的产品生产和消费，这种产业模式会逐步改变世界的经济格局，也逐步改变人类的生活方式。
科技发展需创新机制并提高企业创新动力
记者：事实上，很多年前科技人员就开始研究3D打印技术，为什么直到现在这项技术才受到普遍重视？
李涤尘：我自己是从1993年开始研究的，当时我博士刚毕业，那时候还叫快速成型技术，2000年之后才叫增材制造、3D打印。我们研究中遇到更多的是困难。我其中的一个研究是用生物3D打印技术做个性化的骨骼金属代替物，当时在国外也还没有很多研究，但我得到更多的是专家的批评，“什么生物制造，没听说过”。
之所以我国现在才开始重视，更多是受美国政策的影响。最近这次经济危机之后，美国认识到，一个国家不能仅靠虚拟经济，必须要有实体经济的支撑，所以美国提出要实施再工业化，振兴制造业，但要搞制造业，必须要走创新的路子，美国瞄准的是增材制造技术。2012年3月，美国奥巴马政府提出“国家制造业创新网络”计划，拟以10亿美元联邦政府资金支持15个制造技术创新中心，并专门成立了一个研究院。奥巴马强调要确保美国“在这里发明、在这里制造”。提出用一半的时间、一半的费用完成产品开发，保持美国世界创新“发动机”的地位。
就我国科研人员的能力而言，我们并不输于别人。我国的科学技术发展所遇到的障碍，不是别人而是我们自己。在科研的道路上，我们遇到的不是技术问题，而是文化、创新机制问题。
记者：目前，我国有哪些单位在从事3D打印的研究？研究与应用是否和国外同步？
李涤尘：我国自上世纪90年代初，在国家科技部等多部门持续支持下，西安交通大学、华中科技大学、清华大学、北京隆源公司等在典型的成形设备、软件、材料等研究方面获得了重大进展。随后，国内许多高校和研究机构也开展了相关研究，如西北工业大学、北京航空航天大学、华南理工大学、南京航空航天大学、上海交通大学、大连理工大学、中北大学、中国工程物理研究院等。
可以说，在研究方面，无论从时间的起点上还是内容上，我们并不落后，研究论文的数量仅次于美国，但是说到应用，我们和国外的差距就太大了。
在国外，企业的能力很强，一旦有新技术出现，企业马上就会应用到产品的研发和生产中。十几年前，我看了很多国外期刊，那个时候就发现，国外很多企业都在尝试这项新技术。而在我们国家，很多企业包括一些大型企业，不把技术新应用作为自己创新的途径，期待购买国外成形的技术，国外有的就用，没有的就不用，这导致企业创新活力和动力不足。
相对来说，中小企业尤其是南方的民营企业应用较多。因为它们处于竞争激烈的环境中，需要不断改进、研发新产品才能生存，而3D打印技术为它们提供了创新的利器。
3D打印器官的临床应用还在探索
记者：作为国家级实验室的负责人，请谈谈你们所做的工作。
李涤尘：西安交通大学拥有机械制造系统工程国家重点实验室，以及为推动3D打印技术的产业化而成立的快速制造国家工程研究中心。
3D打印最重要的是材料和工艺，我们实验室所做的正是这方面的基础研究。这些年来，我们对高分子材料、金属材料、陶瓷材料、生物材料、智能材料、复合材料等都进行了研究，我们希望以此引领3D打印技术的发展。此外，我们还将研究成果推向应用，并获得了很多奖项。
比如，我们把3D打印和模具制造结合起来，在2000年获得了国家科技进步奖；我们将3D打印和节水灌溉结合起来，解决了西部水资源有效利用问题，在2005年获得了国家技术发明奖；今年，在人工假体制造方面，我们申报的国家技术发明奖通过评审。
我们还研究了快速成形设备的智能化、研制了一系列光固化成型材料、研发了低成本LED光源和面成形增材制造设备、研发了陶瓷光固化成型设备、研制了空心叶片无模制造技术、发展了飞机风洞模型快速制造技术、研发了辐射固化纤维复合材料成形设备等。
记者：请您具体介绍一下人工假体制造。
李涤尘：我从1998年起开始研究快速成形与生物医学的融合，并提出了“生物制造”概念，其中一个重要应用是利用3D打印技术制造人工颌面假体和关节假体。2001年就实施了国际首例颌面骨的个性化修复，治愈了许多过去临床无法医治的患者，引领了颌面修复设计制造技术的发展。
但那时所用的是金属材料。我们后来又研究生物陶瓷，因为骨骼的基本成分是羟基磷灰石、磷酸钙，利用这些材料做成的骨骼，可以让细胞在骨骼的微细管道中存活，最后转化成患者自己的骨头。
我们还探索了肝组织的宏微结构制造方法。肝脏是人体最大的“生化加工厂”，其复杂的功能使得材料与微结构制造成为难点。研究中发现，体内的人工肝组织的肝细胞发生了有规律的组合，形成了肝细胞索，这是人工肝组织向自然肝组织转化的重要迹象，是形成胆管的前提，在国内外刊物中还未见相关报道。
但是说实话，这只能是探索，远不是制造技术本身能解决的，因为很多问题与生物学有关，而生物学的研究还没有到这一步。
记者：我看到过一些报道，比如美国可以3D打印心脏。
李涤尘：准确地说应该是把心脏的形状、管道做出来了，但还无法用于临床。3D打印的心脏关键是它是否具备生物学功能，是否能和人体的血液循环系统建立起通道。有血液供给才能有营养，有营养细胞才能成活，慢慢才能真正起到心脏的功能和作用，才能和人体融为一体，而这正是全世界面临的难点和挑战。3D打印的人体器官要用于临床，可能还需要10到20年的时间。
中国应大力发展教育创新型产业
记者：您认为，3D打印将给教育或者学习带来哪些改变？
李涤尘：3D打印在其他领域的应用是有难度的，但在教育、学习领域是最容易得到应用的，因为教育和学习是一个了解和运用的过程，并不涉及上面所谈到的后期复杂的问题。
3D打印神奇之处在于，不论多么神奇的东西，只要有数据，都可以做出来。而且本身不需要复杂的程序，即使是孩子也可以熟练操作。这可以培养创新思维，培养青少年的创造能力。我认为，这才是3D打印给我们带来的最大贡献。
在麻省理工学院实验室，建立了3D打印设备，学生们非常感兴趣，他们制做出了各种各样的产品。美国政府已计划在全国的1000所学校设立3D打印实验室，来培养年轻人的创造能力和动手能力。
3D打印相关设备未来会成为计算机的外设，形成巨大的教育市场。我们应该大力发展创新型产业，让青少年不再沉迷于网络游戏，而是把兴趣集中在创新设计中，我相信，3D打印技术将会造就未来创新的一代人才。
我国改革开放三十多年，通过学习西方国家，实现了大规模生产模式高效率运行、制造业产值跃居世界第一位。经济发展已经从产品匮乏到产品极大丰富，产过于求逐渐成为经济发展的矛盾，转变经济发展方式是我国经济发展面临的关键问题。现在，3D打印技术的发展给我们提供了一个契机，我们绝不能放弃这个机会。未来我们要在竞争中立于不败之地，今天就要毫不松懈地追赶和创新。
文/中国远程教育
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