3D打印技术加速制造业数字转型发展

张楠

近年来，促进数字技术与实体经济深度融合发展、赋能传统产业转型升级已成为广泛共识。制造业是实体经济的基础，是立国之本、强国之基、兴国之器。经过多年发展，中国已成为当之无愧的制造大国。随着数字经济时代到来，3D打印技术不断实现突破，为制造业更好更快发展注入了新的动能，不断推动制造业向数字化方向转型升级。

那么，如何构建3D打印行业生态、解锁数字化制造新动能。北京工业大学3D打印工程中心主任、北京市数字化医疗3D打印工程技术研究中心主任陈建民教授接受了采访，就3D打印技术对制造业数字转型升级的促进作用，及未来发展方向进行了解读。

3D打印助推中国制造业数字化转型

在中国乃至全球，制造业正在面临一场数字化浪潮，传统制造逐渐被数字制造、增材制造取代的趋势已经显现。在这个浪潮下，3D打印技术又在推动中国制造企业数字化转型中发挥什么样的作用呢？陈建民认为，随着我国数字经济的蓬勃发展，现有传统制造业正在通过数字化技术向智能制造转型升级。3D打印在产业链过程中从前期建模、使用材料到工艺应用实现全过程数字化，对数字经济的发展和数字技术的应用发挥了积极的促进作用。

同时，数字化技术的发展也促进了3D打印的技术突破。陈建民用3D打印技术在牙齿修复和治疗领域的应用来说明3D打印技术的数字化趋势。陈建民介绍：“目前，通过数字化技术，使许多以前无法用3D打印实现的应用变得可能。例如：在牙科治疗中，牙齿种植以前主要是通过硅胶倒模的方式来获取牙齿物理模型，现在制作牙齿模型所需要的三维数据可通过数字化扫描口腔来收集。结合了3D打印的数字化口腔技术为牙科行业带来了精度高、成本低、效率高等优势。”

中国是全世界最大的制造中心，中国企业在传统制造领域具有无可比拟的竞争力，传统制造虽然无法单纯被3D打印完全替代，但是3D打印可以作为补充性技术，帮助传统制造业扩展更多应用，找到更多的应用场景，让中国的制造企业在更好的环境下找到更多的优势。

陈建民表示：“以在工业领域应用广泛的金属3D打印技术为例，主要采用激光扫描金属粉末层层叠加成为精准金属零件，用于航空、航天等精密制造领域。随着金属喷射、电弧增材等先进技术的普及，将大大降低金属3D打印的生产成本，提高生产企业的经济效益。同时，随着材料技术、激光技术的发展，其成本不断降低、精度不断提高。在不久的将来，金属3D打印技术将得到很大突破，并在工业领域得到越来越广泛地应用，从而更好更快推动制造业数字化转型发展。”

3D打印技术目前仍处于发展阶段，而数字化制造是一个庞大的增量市场。随着人工智能、大数据、物联网、云计算和区块链等技术的不断成熟和完善，这些技术如果能和3D打印技术实现深度融合发展，应用于更多终端产品，对加速推进中国数字化制造进程具有重要意义，和深远影响。

拓宽应用场景万物皆可打印未来可期

“3D打印”又称三维增材快速制造，是以数字建模等数字化技术为基础，运用金属、陶瓷、塑料、橡胶、尼龙、树脂等多种材料，通过逐层增加材料打印出三维实物产品。目前，3D打印技术数字化应用飞速发展，应用场景不断丰富，已用于产品设计、建筑设计、模具制造、工程施工、汽车船舶等精密部件，航空、航天、航海等“三航”领域、教育文化，影视传媒、文化创意等领域，也应用到了牙科、骨科、肿瘤科等医疗领域。

陳建民对3D打印技术的发展进行了展望：“据不完全统计，市场上3D打印技术有三四十种之多，每种材料所使用的技术都不同，各有千秋，因此看3D打印技术还有很大的发展空间。目前3D打印技术应用主要应用在个性化场景，如航空航天航海‘三航领域的复杂精密构建的应用，在医疗领域的人体骨骼、关节和牙齿的应用，在影视道具、文化创意产业的个性化应用。通过软件建模形成数字化三维模型，再根据需求选择不同的材料和技术，未来我们在家里就能打印自己所需要的用品。随着3D打印技术的不断完善，万物皆可打印未来可期。”

北京工业大学3D打印工程中心主任、北京市数字化医疗3D打印工程技术研究中心主任陈建民

3D打印技术可大幅降低生产成本，提高原材料和能源的使用效率，减少对环境的影响。随着信息技术和新材料、新能源等科技的迅速发展和推广应用，人工智能、数字制造使得3D打印现代制造技术不断突破，市场需求逐步成熟，3D打印产业化、规模化、市场化发展势在必行，将开启“万物皆可打印、开发成本降低、打印质量稳定”的崭新篇章。

产学研用协同推进3D打印技术成果转化

在北京工业大学3D打印技术研究中心，通过3D打印技术生产的精准化、个体化的脊柱侧弯矫形器，惟妙惟肖、栩栩如生的文化创意工艺品和科幻电影道具，通过足部3D扫描取样、足部压力分布分析和计算辅助设计技术生产的3D打印矫形鞋垫，在这里3D打印技术已不再是一项冰冷的技术，映入眼帘的是一件件基于不同应用场景的实实在在的产品，让人们真正理解了什么是产学研用协同创新发展。

陈建民表示：“作为不同于传统材料加工原理的重要制造技术，3D打印技术是一项跨学科的综合性和复杂性较高的技术，涉及学科多、技术要求高、产业链长，资源整合难度大。为此，在北京市科委、北京市教委和校领导的大力支持下，北京工业大学3D打印技术研究中心整合了北京工业大学激光工程研究院、机电学院、材料学院、电控学院、生命学院等单位的研究团队。从真正意义上实现跨学科的协同创新机制，才能更好地促进3D打印技术的不断创新和突破。”FACA78B4-8B88-49D4-8BD7-6A1C1AC86160

陈建民认为，除了跨学科创新协同机制的建立，与市场的结合也能更好地推动技术的发展。为此，研究中心也在积极地与国内3D打印相关领域的优秀企业合作，重点突破3D打印材料、工艺与装备、工具软件关键技术，建立国内首创和世界一流的“3D打印协同创新中心与服务平台”，进行技术、机制体制和商业模式创新，把科研成果推向市场，让3D打印技术更好地服务社会大众。

3D打印技术是一项跨学科的综合性和复杂性较高的技术

3D打印技术为人类健康谋福祉

技术进步的根本是为人类谋福祉。我們的生活每天都在发生变化，高科技的融入，丰富了我们的生活，也给我们带来了很多的便利，幸福指数也在逐年提升。尤其是3D打印应用到医疗领域，使得病患的痛苦得到极大地减少，不断创造着生命的奇迹，在让更多的病患享受到个性化诊疗服务的同时，为他们带去重获健康的希望。

基于研究中心在数字化医疗领域的成果，其于2016年获得北京市数字化医疗3D打印工程技术研究中心授牌。中心与医疗单位进行合作，开展了颌面肿瘤靶标治疗规划与3D打印服务，研制了治疗规划、导板设计、3D打印与疗效评价工具软件，突破了导板设计与高效成型及质量检测的关键技术，研发了面曝光快速3D打印设备和导板检测设备，申报了专利和软件著作，形成了自主知识产权。

那么，3D打印技术在医疗领域都有哪些数字化应用呢？基于中心的研究工作，陈建民表示：“医生在手术中往往会借助CT、超声、核磁等相关仪器设备开展造影来进行病患的病灶、病理的正确判断。如果通过3D打印技术把传统的平面影像变成立体的三维模型，对医生的精准诊疗将起到极大的促进作用，目前这项技术已经进入到许多医院的临床应用阶段。医生在面对不同病人，使用3D打印技术可以为其提供更多便利，满足其在诊疗中的特殊性、个性化工具需求，来提高手术效率。例如：研究中心开发的数字化医疗3D打印医疗模板导向技术的成功应用，助力实现不同病患的个性化精准医疗服务，大大提高了诊疗的准确度和手术的精准度。同时，3D打印技术在人体骨骼、关节的打印也是医疗领域的重点应用之一，它可以实现根据每个人不同的体型体态的个体差异来实现定制化打印。当然，也对其所使用的材料、形状和性能也提出了较高要求，这就更需要广大科研人员不断加强科技攻关，为技术的持续进步不懈努力。”

在采访中，陈建民介绍了研究中心在北京市科委支持下研发的肿瘤手术导板3D打印技术：“该项技术可以根据病患体内的肿瘤形状、大小设计出植入粒子3D打印导板，并计算出需要植入粒子数量和分布规律，通过导板把粒子按照电脑设计精确地植入肿瘤体，在完成肿瘤消杀地同时，人体其他组织也不会受到影响，引起世界各国的广泛关注。未来该项技术还将得到进一步推广。”将3D打印技术用在放射性粒子植入术中在国内尚属首次，这是临床治疗的新突破，也为人类健康带来了福音。

陈建民深入系统地解读了3D打印技术的应用领域、技术特点、发展前景，为我们描绘了一幅3D打印技术大发展、大繁荣的美好蓝图。在国家大力发展数字经济，加快推进数字产业化和产业数字化的今天，集成了当代诸多学科先进成果的3D打印技术，它是实现制造业向数字化转型的加速器，其持续推广应用和高质量发展将为推动社会的巨大进步持续做出贡献。FACA78B4-8B88-49D4-8BD7-6A1C1AC86160