中國夢——3D創(chuàng)新

袁新立 梁曉英

作為我國工業(yè)戰(zhàn)線上的一位老專家老領(lǐng)導(dǎo)，林宗棠至今已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域工作了64個年頭。其間，他曾作為掌門人掌控著高新技術(shù)最為集中的航空航天工業(yè)，在取得輝煌成績的同時更為后來者打下了堅實的發(fā)展基礎(chǔ)。然而，對于3D打印，林老卻笑稱自己為“老科盲、老學(xué)童”，雖已88歲高齡仍甘愿從頭學(xué)起，在大量考察和實踐的基礎(chǔ)上，為3D打印產(chǎn)業(yè)在中國的發(fā)展提出了真知灼見。

3D打印——88歲老人的新課程

2013年8月，林宗棠得知中航工業(yè)在飛機的研制過程中率先采用了3D打印技術(shù)，并將3D打印部件用在了新機型上，此后便對這種新型的精確制造技術(shù)產(chǎn)生了濃厚興趣。而這也是他第一次聽說3D打印技術(shù)。

對于3D打印技術(shù)在航空制造領(lǐng)域的應(yīng)用，林老即欣慰又內(nèi)疚。之所以如此，用林老的話說就是，“我從1949年就開始搞工業(yè)，到去年為止已經(jīng)在工業(yè)戰(zhàn)線上工作了64年了，在基層和領(lǐng)導(dǎo)崗位上都工作過，而且主管的都是高科技領(lǐng)域與技術(shù)創(chuàng)新方面。但是我對3D打印卻是個科盲，不知道什么是3D打印，感覺這方面沒有更好地完成黨交給的任務(wù)。”

也正是因此，88歲高齡的他將3D打印列為自己的又一個學(xué)習(xí)課程。

自去年8月開始，在之后半年多的時間里，林老在北京并赴上海沈陽、武漢、昆山、西安、深圳等地先后考察了近二十多家單位，既有中航工業(yè)沈陽所、中航工業(yè)制造所、中航工業(yè)材料院、中航工業(yè)西飛等航空工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的廠所，又有清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、華中科技大學(xué)、西北工業(yè)大學(xué)等高校，還有民營企業(yè)和外國企業(yè)等，希望對3D打印在國內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用有個系統(tǒng)的了解。

“全國哪里有與3D打印相關(guān)的業(yè)務(wù)，我就到哪里去，今年我還要繼續(xù)學(xué)習(xí)。”

在考察中航工業(yè)沈陽所期間，林老對該所大膽創(chuàng)新，在新機研制中率先采用3D打印技術(shù)大為贊賞。

他在與該所總設(shè)計師王永慶交流的過程中得知，該所早在十幾年前啟動新一代飛機研制時，由于幾個關(guān)鍵部件采用現(xiàn)有的制造技術(shù)難以達到質(zhì)量要求，所以決定引入3D打印技術(shù)。此后，該所又與北京航空航天大學(xué)的王華明教授合作，歷經(jīng)十多年的攻關(guān)，終于制造出了可以裝機的3D打印部件，使新機的研制進程大為加快?！帮w機上非常重要的模鍛件采用3D打印技術(shù)制造，并且已經(jīng)裝機使用，當然還要經(jīng)過檢驗。現(xiàn)在初步看來是成功的，材料的性能達到并相當于模鍛件，個別的指標比模鍛件還要好，這就對飛機的發(fā)展起了非常大的作用?！?/p>

在林老眼里，中航工業(yè)沈陽所和王永慶、王華明都是好樣的，他們很有前瞻性眼光，并且能夠把握先進技術(shù)的發(fā)展趨勢，在將3D打印技術(shù)應(yīng)用于航空制造這個方面趕上并超過了發(fā)達國家。而這也更堅定了他繼續(xù)學(xué)習(xí)的信念，“我今年還想繼續(xù)學(xué)習(xí)，再考察一二十個企業(yè)和院校、研究院所?！?/p>

實踐出真知

在為時半年多的考察中，林老發(fā)現(xiàn)全國已經(jīng)有100多家單位在從事3D打印相關(guān)的科研和制造工作，除了北京之外，西安、武漢、沈陽以及長三角地區(qū)很多單位都做的很好。而在工業(yè)應(yīng)用方面，航空工業(yè)走在了其他行業(yè)的前面。

“黨中央和國家對3D打印技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用很重視，我去過的這些單位，黨和國家的很多位領(lǐng)導(dǎo)人都去考察過，可以說3D打印的曙光在中華大地上已經(jīng)悄悄升起了?！?/p>

考察學(xué)習(xí)的同時，林老還自己購買零部件組裝了2臺初級的3D打印機，借此更深刻地了解打印機的工作原理和工作特點。此后，有企業(yè)又拿來新研制的2臺同類別的3D打印機，要他試用并且還要給企業(yè)提供試用報告和修改意見?！拔椰F(xiàn)在變成了88歲的3D打印試驗工，4臺機器24小時不停工作，我也每天工作24小時?！?/p>

通過組裝和試用，林老發(fā)現(xiàn)3D打印機的制造原理和結(jié)構(gòu)其實并不復(fù)雜，當然他組裝和使用的只是初級產(chǎn)品。所以，談到未來3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，他認為“將來工業(yè)方面要使用金屬原料和其他高級材料來制造產(chǎn)品，就要使用激光和高能電子束，所以未來關(guān)鍵的技術(shù)還是激光的功率和激光頭?！?/p>

而為了破除上述疑問，林老還專門拜訪了我國激光領(lǐng)域的專家?！澳壳?，武漢的科研人員已經(jīng)制造出了功率達到1萬瓦的民用激光器，未來的目標是制造出10萬瓦的民用激光器，這些設(shè)備都可以用在3D打印領(lǐng)域?！?/p>

當前，清華大學(xué)顏永年教授正在領(lǐng)銜研制12萬噸的模鍛水壓機。在該級別的模鍛水壓機上，一個大型部件的重量就達數(shù)百噸，而制造這種部件的毛坯件的重量就更大，如果采用傳統(tǒng)工藝，需要自由鍛、粗加工、熱處理等多道工序才能制造完成。在與顏永年教授的交流中，顏教授告訴林老未來可能采用3D打印技術(shù)，以金屬粉末為原料制造出毛坯件，可以省卻多道工藝。這讓林老對3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，以及制造大型機械部件更有信心。

從3D打印到3D創(chuàng)新

通過對3D打印機的試用，林老感覺到其構(gòu)造與工作原理和傳統(tǒng)的平面打印機沒有本質(zhì)的區(qū)別，但是要實現(xiàn)3D打印，前提是必須有3D設(shè)計。3D設(shè)計與3D打印的結(jié)合，才是3D打印產(chǎn)業(yè)基本的產(chǎn)業(yè)模式，他將這稱作“3D創(chuàng)新”。

之所以將其稱作3D創(chuàng)新，是因為這樣能夠?qū)?D打印產(chǎn)業(yè)的上下游基本上貫穿起來。“3D打印有個先決條件，就是有3D設(shè)計。3D設(shè)計可以采取包括3D繪圖或3D掃描兩種方式來實現(xiàn)，也可以兩種方式相結(jié)合，在3D掃描的基礎(chǔ)上輔以3D繪圖等，獲得3D設(shè)計文件。然后才能實現(xiàn)3D打印?！?/p>

事實上，3D打印技術(shù)早在30年前就已經(jīng)出現(xiàn)并投入應(yīng)用，其更為專業(yè)的名字是增材制造技術(shù)，即采用高能束流（電子束、激光）或其他能源，借助3D設(shè)計將材料熔鋪沉積或組合焊接，逐步累積成實體構(gòu)件。由此可見，它與我們當前應(yīng)用最為廣泛的切削等減材加工技術(shù)完全不同。

正是基于不斷深入的了解，林老認為，3D打印與之前我國研制電子對撞機、“嫦娥”二號探測器等大型工程不同，“3D打印沒有什么需要我們特別克服了才能上的技術(shù)。它的原理是很樸實的，并不深奧。但是作為一項新興技術(shù)，它應(yīng)用到我們的科技領(lǐng)域、經(jīng)濟領(lǐng)域，甚至是全社會各個領(lǐng)域里，可能會產(chǎn)生我們意想不到的作用，做出突出的貢獻?！?/p>

林老認為，增材制造與減材制造這兩種技術(shù)是辯證統(tǒng)一的，都是大自然的規(guī)律使然?！霸诘厍蛏?，一顆種子長成參天大樹是增材的過程；從一個細胞成長為一個人，也是增材的過程。而水流沖刷最終形成河道，則是體現(xiàn)了減材的特征，而作為人類發(fā)展的重要標志之一，學(xué)會使用切削工具同樣體現(xiàn)了減材的特征。所以說，增材與減材這兩個概念，一直伴隨著人類社會發(fā)展的全過程?！?/p>

所以，如果認識到了這個規(guī)律，認識到了二者的辯證統(tǒng)一，就可以更好地加以利用，催生新的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，比如用3D打印技術(shù)制造工業(yè)領(lǐng)域大量需要的模具，也可以用3D打印技術(shù)制造醫(yī)療領(lǐng)域需求的人造牙齒、人造骨骼等，未來還可以用3D打印技術(shù)制造人造細胞、人造心臟等等。

用3D創(chuàng)新助推國家產(chǎn)業(yè)升級

對于我國來講，3D打印技術(shù)更為重要的意義表現(xiàn)在，可以用它來提升現(xiàn)有的生產(chǎn)力水平，服務(wù)于國家的產(chǎn)業(yè)升級戰(zhàn)略。

“從目前國際上的發(fā)展情況來看，3D產(chǎn)業(yè)作為一個獨立的產(chǎn)業(yè)，其規(guī)模還很小，年產(chǎn)值也就20多億美元，未來5～10年有可能發(fā)展到100億美元的規(guī)模。但是，我們現(xiàn)有的一些產(chǎn)業(yè)，其規(guī)?？梢赃_到數(shù)千億甚至上萬億，用3D打印技術(shù)對這些產(chǎn)業(yè)進行改造升級，它的作用將遠遠大于作為一個獨立的產(chǎn)業(yè)本身，并能夠帶來更大的價值?！辈稍L過程中，林老多次強調(diào)了這一點， 3D打印技術(shù)本身就是一項偉大的創(chuàng)新，所以，如何將其應(yīng)用到我們的經(jīng)濟建設(shè)中，也要有創(chuàng)新性的思路，即將它融入到現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)中所產(chǎn)生的效益，將遠遠大于將其作為一個獨立產(chǎn)業(yè)所產(chǎn)生的效益。

2012年，美國總統(tǒng)奧巴馬宣布，美國未來要大力支持發(fā)展包括3D打印在內(nèi)的新興制造技術(shù)，目標打造高端制造業(yè)，把“中國制造”變回“美國制造”。

多年來，我國出口貿(mào)易一直保持高速增長，已經(jīng)成為世界第二大出口國。特別是作為主要出口產(chǎn)品的機電產(chǎn)品，2013年度的出口額更是達到了12655億美元，超越了美國、德國、日本等西方國家。中國”制造在走向全球的同時，也被西方國家視為最大的威脅。所以，以美國為首的發(fā)達國家，近年來也在紛紛尋求產(chǎn)業(yè)升級與轉(zhuǎn)型，同中國展開新一輪的競爭?！耙虼宋艺J為3D打印搞不搞，怎么搞，不是一個簡單的科技問題，而是一個關(guān)系國家發(fā)展戰(zhàn)略的重大課題?！?0世紀80年代初，正是林老向國務(wù)院提出建議成立國務(wù)院機電產(chǎn)品出口辦公室，拉開了中國機電產(chǎn)品走向世界的大幕。

一個老共產(chǎn)黨員的建議

采訪中，林老說得最多的一句話就是“我是一個老共產(chǎn)黨員”，筆者知道，這簡單的一句話里飽含了對我國經(jīng)濟發(fā)展、科技創(chuàng)新的無限關(guān)注與深情；也飽含了一名工業(yè)戰(zhàn)線老領(lǐng)導(dǎo)對于新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展所給予的厚望。

“雖然很多國家都很重視3D打印技術(shù)的發(fā)展，但是我認為這個產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展的初級階段，現(xiàn)在全球的年產(chǎn)值也就20多億美元。我認為我們現(xiàn)在要抓住這個產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機，迎頭趕上，在實現(xiàn)中國夢的偉大進程中，一定會產(chǎn)生意想不到的突出效果。”

也是基于一個老共產(chǎn)黨員的責任心，林老為3D打印產(chǎn)業(yè)大發(fā)展提出了三條建議。

第一，建議黨中央國務(wù)院把3D創(chuàng)新列為國家重大科技項目。

3D創(chuàng)新的發(fā)展，要像過去抓國家重大技術(shù)裝備一樣，狠抓100個研發(fā)創(chuàng)新重點，逐個突破，由點到面，不斷發(fā)展，不斷提高?！?D創(chuàng)新具有普遍性，不同于大型飛機、核電站等項目，它不是一般的重大科技專項，而應(yīng)該是重中之重。此外國務(wù)院應(yīng)該重視，不是叫哪個部門、哪個公司去搞，而是國務(wù)院要有個大的政策，要有重點。”

在林老的工作經(jīng)歷中，一項重要的工作就是抓重大技術(shù)裝備的建設(shè)。1958年，國家做出了建設(shè)萬噸水壓機的決定，批準在上海建造一臺1.2萬噸的水壓機，林老當時擔任項目的副總設(shè)計師。在這個重大項目中，以林老為首的技術(shù)隊伍大膽創(chuàng)新，克服技術(shù)和設(shè)備上的種種困難，利用突破常規(guī)的建造方法，采用焊接工藝將大型鋼板進行焊接，從而解決了水壓機4根大型立柱的制造難題，也打破了蘇聯(lián)專家所謂的“中國無法獨自建設(shè)萬噸水壓機”的言論。“當時萬噸水壓機的4根立柱要用大鋼錠來鍛造，而已有的水壓機根本無法滿足要求。所以，我們就想了一個別的辦法，就是采用‘竹節(jié)式將大型鋼板焊接起來，最終取得了成功。現(xiàn)在想想，這也是一種增材制造?！?/p>

第二，建議在全國播撒3D創(chuàng)新的種子。

“我曾經(jīng)問過很多老朋友、老領(lǐng)導(dǎo)，他們中好多人都不了解3D打印技術(shù)，都認為這種高科技很奇妙。我到學(xué)校問過很多學(xué)生，他們都只知道電腦，但是對3D打印完全沒有概念?！?/p>

所以林老建議，要想促進未來3D創(chuàng)新大發(fā)展，就必須從娃娃抓起。他建議在全國播下10萬個種子：一方面是增加教材，小學(xué)、中學(xué)、大學(xué)都增加關(guān)于3D打印技術(shù)的教材；另一個，最有效的辦法就是向?qū)W校贈送3D打印機，讓孩子們自己動手、動腦進行3D打印的實際操作。這樣的話，如果有10萬個種子，那相當于為未來培養(yǎng)了10萬3D創(chuàng)新能手，而他們則會影響身邊更多的人，可能是100萬甚至1000萬人。

“目前，這項工作已經(jīng)在北京門頭溝區(qū)的學(xué)校里開始試驗，逐步擴展到全北京16個區(qū)，每個區(qū)建設(shè)一個試驗點，這樣一批孩子學(xué)完了，可以再換一批，將來還可以評一個3D創(chuàng)新小能手，給他們一個鼓勵。如果北京的試點取得成功，未來可以向上海、廣東、江蘇、浙江等地區(qū)推廣?！闭f到這里，林老顯得有些激動，他迫切的心情我們可以理解。

不久前中央國家機關(guān)老干部康樂文化指導(dǎo)中心搞了一個公益活動，原本計劃向一些學(xué)校贈送生活用品和教材等，后來在林老建議下最終他個人出資向門頭溝區(qū)大峪中學(xué)贈送了十臺3D打印機。為此，門頭溝區(qū)專門成立了“山谷教育實踐活動‘3D體驗中心”“我希望通過贈送3D打印機，送給孩子們一個創(chuàng)新的思想，這對于他們將來的發(fā)展會更有意義。”

第三，建議創(chuàng)建中國3D創(chuàng)新聯(lián)合體。

現(xiàn)在全國從事3D打印技術(shù)研究和應(yīng)用的單位有100多家，但是各自為政，分散經(jīng)營，且各家的綜合實力也大不相同?！八晕医ㄗh成立一個3D創(chuàng)新聯(lián)合體，組織結(jié)構(gòu)上采用虛實結(jié)合的模式，虛指的是這是一個基于網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合體，采用網(wǎng)絡(luò)辦公；實指的是各家仍然保持獨立性，各自經(jīng)營。這樣的好處是從3D設(shè)計、3D掃描到3D打印，充分發(fā)揮全國的力量。舉例來說，當有企業(yè)提出產(chǎn)品設(shè)計要求之后，通過這個聯(lián)合體可以在網(wǎng)上快速組織設(shè)計力量進行設(shè)計，完成設(shè)計之后轉(zhuǎn)成文件，就可以根據(jù)企業(yè)的需要從網(wǎng)上傳給3D打印企業(yè)，幾個小時或十幾個小時就能完成樣品的制造。然后通過快遞可以馬上送到客戶的手上?！?/p>

除了國內(nèi)企業(yè)的聯(lián)合之外，還可以3D創(chuàng)新聯(lián)合體的名義，與國外的企業(yè)進行交流，進而趕超發(fā)達國家水平?！拔椰F(xiàn)在有個設(shè)想，也是未來要實現(xiàn)的目標，就是基于上述3D創(chuàng)新聯(lián)合體，在國內(nèi)布置10萬臺的3D打印機，其中有1000臺的金屬打印機，年產(chǎn)值可以達到100億美元?！?/p>

今年初，林老就上述建議向中央領(lǐng)導(dǎo)同志提交了一封建議信。日前，習(xí)近平、李克強等領(lǐng)導(dǎo)同志專門就林老的來信建議做了重要批示。

對于在3D打印技術(shù)應(yīng)用方面已經(jīng)邁出了一大步的中航工業(yè)，林老的建議是希望將已經(jīng)取得的經(jīng)驗推廣開來，使3D打印技術(shù)能夠更好地促進中國航空工業(yè)的發(fā)展。

“與其他行業(yè)相比，我們航空工業(yè)在這方面走在了前頭。但是知道這個技術(shù)的人還比較少，而且也有不同看法，所以能在工作中加以應(yīng)用的人就更少了。所以，需要在我們?nèi)袠I(yè)，尤其是干部隊伍里率先普及3D創(chuàng)新，領(lǐng)導(dǎo)干部以后不要只有切削的概念，也要有增材制造的概念，這樣你這個領(lǐng)導(dǎo)才能發(fā)展得更全面一些?！?/p>

林老認為，航空工業(yè)的科研隊伍特別是總設(shè)計師隊伍，無論是設(shè)計飛機也好、發(fā)動機也好，都要對3D打印技術(shù)有深刻的認識，并積極嘗試在實際工作中加以應(yīng)用?！拔艺J為，首先可以請總設(shè)計師到3D打印制造的現(xiàn)場去參觀，首先明白什么叫3D打印，然后才能研究是否可以在未來加以應(yīng)用。其次，我建議集團公司對此要有統(tǒng)一的部署，這也是為航空工業(yè)播散3D創(chuàng)新的種子，未來航空工業(yè)的發(fā)展會越來越快?！?/p>