3D打印是一项近年来快速发展的新技术。通俗地说，只需要一个想法，一些材料，一台3D打印机，就可以把你脑中的一切想法转化成实物。从原理上看,它可以打印一个模具，甚至也可以是一辆汽车。

最近几年，我国的3D打印技术发展也很快，在一些领域已经走到世界前列。

零部件减重50% 工期缩短到一周 3D打印提速中国航天梦

在北京市昌平区的一间厂房，正在生产着钛合金、铝合金、不锈钢等多种金属的零部件。但是与其它的冶金厂房不同，在这里，央视财经《经济半小时》记者看不到金属锻造的大型设备，也看不到很多的技术工人操作，只看见一台台3D打印的机器在忙碌地工作着。经过两天时间，一个结构非常复杂和精巧的钛金属立方体显现出来。

鑫精合激光科技发展有限公司副总经理 孙峰：钛合金在我们冶金行业，是一种非常难成形的一种材料牌号，它的冶金工艺非常的复杂，通过我们这次3D打印工艺，把这么难做的一个钛合金，通过我们3D打印工艺，呈现出这样一个轻量化的结构来。

在制造业中，传统制造的方式是 “减材制造”，它是利用已有的几何模型工件，用工具将材料逐步切削、打磨、减少，最终成为所需要的零件。而3D打印则恰恰相反，它是根据一个数字三维文件，在一个完全没有任何材料的平面上，一点点逐层打印、添加材料，最终形成一个三维整体，这就是所谓的3D打印，也被称为“增材制造”。而金属材料的3D打印技术门槛高，难度大，附加值高，金属3D打印的产值也占到了整个３D打印行业的８０％以上。

3D打印机打出的零件，和用传统方式锻造的金属零件相比，强度性能怎么样？孙峰告诉记者，钛合金大约有800-1000倍的一个载荷，这0.5公斤重的钛合金的立方体，承受100公斤的压力没有任何问题。

而这样一个边长20厘米左右的立方体，如果用传统的金属铸造工艺制造，重量至少要在5公斤以上，而这个零件的重量却只有0.5公斤，只有以前的十分之一，大大减轻了重量，却具备高强度。

正因为这个轻量化、高强度特性，目前，在我国很多飞机、船舶甚至航天器的重要零部件上，都可以见到金属3D打印的身影。无论是飞机、船舶的发动机、零部件，还是运载火箭、空间航天飞行器、无人机等航空航天设备，金属3D打印部件正在悄悄地取代着传统制造的零件。

孙峰：它主要用于咱们航天应用上，它的轻量化效果非常的好，整个零件它的减重达到了30%以上，它给咱们整个火箭发射这一块，成本节约了几百万，甚至上千万人民币的一个效果。

航天器对重量的要求十分苛刻，轻量化又有强度的3D打印零件，成了一个很好的选择。航天器上很多大大小小的零件，都可以用这种结构来替代原有的较为笨重的金属。甚至一根头发丝，就可以吊起来一个体积不小的卫星上的小零件。

孙峰：新兴的轻量化的小型卫星，通过我们3D打印工艺它可以实现整个结构体重减轻，而且整个制造过程非常快，我们传统制造业来说，制造一颗卫星它可能需要几个月甚至几年的时间，通过我们3D打印工艺实现整个卫星的机构，可能只需要十几天的时间，一颗小的卫星可以打出来。

不仅可以在轻盈精巧的方面可以完胜，3D打印也在颠覆着大型金属部件的制造方式。在另一间厂房里，一个大型的钛合金航天器零件，即将在这台由中国民营企业自主研发的大型金属3D打印机里诞生。

鑫精合激光科技发展有限公司总经理 李广生：整个零件的直径是将近4米，这么大的一个投影面积的一个钛合金，靠传统的工艺用这个模锻就是很难加工出来的，我们这个3D打印可以很轻松解决这个问题。

与小型的精密的金属3D打印机的技术不同，大型的打印机采取了另一种不同的技术方式——同轴送粉工艺。而中国在这项技术上已经走在了世界的先列。目前，能用3D打印技术制造出达到锻造水平的金属部件的国家，只有德国、美国、中国等少数几个。而鑫精合批量制造大型钛金属结构件的能力已经在国际领先。

这种激光“打印”金属粉末的工艺，使得金属材料冷却凝固速度极快，组织细小，力学性能优异，也具备了像锻件一样的高强度。

直径4米的航天器部件拆分成6个2米左右的大零件，一一3D打印并加工后，再进行整体焊接。在过去，这样巨大的金属件从开模具到锻造，再到机械加工，是个非常浩大的工程，通常需要一年时间才能完成，而用3D打印的方式，仅需要3-6个月。经过25天的连续打印，这个大型的钛合金零件即将生产完成。

这个巨大的钛合金零件，即将用在载人航天器上的飞行员返回舱，它要承受返回舱穿过大气层，着陆地面的巨大冲击力，所以对金属部件的性能要求也是极为苛刻。工作人员们对3D打印出来的金属性能一一进行检测，显示金属强度已经超过客户提出指标的5%以上。

在中国航天科技集团五院的展厅，央视财经《经济半小时》记者看到了“嫦娥三号”的着陆器，里面装载着“玉兔号”的月球车，也就是巡视器。这些航天器对于减少重量的要求，可谓是严苛之极，因为每增加一克的重量，就会给发射带来很高的成本，并且会加大航天项目的复杂性，甚至直接影响到整个方案的可行性。为了减轻每一克的重量，他们从材料和结构上想了任何可能的办法。

中国航天科技集团五院总体部增材制造技术项目经理 张啸雨：这个就是我们目前工程上最轻的材料，叫蜂窝夹层结构，这种结构里面全部是蜂窝，然后上下的面用的是碳纤维。这种碳纤维非常昂贵，它的一公斤差不多要比那个同等重量的黄金还要贵一些。

碳纤维材料，加之蜂窝状的结构，这几乎已经达到了减重的极限，但是工程技术人员对此还是不满意，他们希望重量再降低一些。3D打印钛合金将大显身手。

张啸雨：第一个就是从技术上来说，相比以前这种结构形式，我们有的零件甚至说减重超过30%到50%；第二个就是它的周期，原来比如说我们一个零件可能需要3到5个月，甚至说是快点的话也得45天到60天这样一个情况，现在我们用3D打印，有些零件可能我们大概需要一周就可以干出来。

重量大大减轻，工序大大减少，3D打印对于航天器的改善显而易见。无论是嫦娥三号的着陆器件，还是载人航天器的大型返回舱，用３D打印的新制造方式来替代，都会有非常明显的效果。张啸雨告诉记者，他们目前已经有60-100件产品完成了制造阶段，正在开始做力学实验。

200亿元基金支持制造业升级 3D打印迎来产业大发展

在采访前，我们可能真的想象不到，金属3D打印，这个似乎离我们很遥远的技术是如此的神奇。从飞机、船舶的机身、发动机，到探索太空的火箭、卫星、月球车等等，3D打印都能一展身手。那么3D打印还会对哪些产业产生巨大的影响呢？

李宁是沈阳精合数控科技开发有限公司的一位技术工人，李师傅从事机械加工已经有18年了，是一位经验丰富的老师傅。一大早，他来到自己的工位上，开始加工今天的工件。

沈阳精合数控科技开发有限公司技术工人 李宁： 我们以前这个零件全是毛料状态的，全是一个断面，重量很大，几乎有五六百公斤，现在厂家已经更改成3D打印件了，余量几乎很少。我们加工周期特别短。

近几年，李师傅加工的工件变得不同了。过去的原料几乎都是整块的材料，加工前需要从500-600公斤一点点切削，而现在3D打印后的待加工零件，只需要少量的工序进行机械加工，原件也只有不到100公斤，工作量大大减少，原来十天才能加工完的一个零件，现在两天就可以加工完了，李师傅感到很轻松。不仅如此，原来老师傅带徒弟要将近两年才能出徒，现在只需要一两个月就能进行操作了。

在这家企业里，3D打印后机械加工零件的订单越来越多，鑫精合集团的董事长李澄，为我们展示了一个结构非常复杂的飞机零件。

鑫精合集团的董事长 李澄：用锻造将大家能看到的格子整个要做成方块，我们通过3D打印可以把这些只单边留五毫米，大大的缩小了材料的浪费，提高了材料的利用率。另外，在加工的时间上面也可以缩短很多时间，大概加工周期能比原来缩短50%。

已经是接近傍晚六点，沈阳精合数控科技开发有限公司的厂房里还是一片忙碌，李澄告诉我们，由于现在越来越多的航空航天企业，对于3D打印的金属零件有很大的需求，目前订单是产能的两倍，他们正24小时连轴赶工。

2015年，李广生所学的专业就是飞行器制造，在他接触金属增材制造技术后，感到非常兴奋，很快投身到激光技术的技术研发和应用之中，李广生和同学找到了李澄，希望跟他合作，做一家3D打印的制造企业，从前端的设计、开发，到打印，最后到机械加工为成品零件。

鑫精合激光科技发展有限公司副总经理 李广生：国内当时那个情况下很多资本并不看好，看衰制造业。我想卖房子创业的这个行为，当时在这个网上有一个桥段，第一傻就是卖房创业，可能我就属于第一类人，但是我这个行为呢还是打动了这个投资人。

2017年8月，李广生的创业团队完成了B轮的融资，得到了国家先进制造产业投资基金一个亿的投资。国家先进制造产业投资基金，是经国务院批准，发展改革委、财政部、工业和信息化部牵头发起，联合几家投资主体共同出资设立的，目标是支持中国制造2025的工业转型升级。该基金首期规模200亿元已经落实了投资，鑫精合也在其中之列。

对于这个团队，投资人也寄予了厚望，虽然一个3D打印是一个新兴行业，但是它对制造业产业格局的推动绝对不可小觑。国家先进制造产业基金的管理者们也开始了对3D打印制造业的规划和布局。

国投创新基金管理有限公司总经理 白国光：我们也在探索，希望结合国家在促进制造业发展上做一些努力，去能够使得这种新的技术应用，尽快的跟产业制造业的转型升级去结合。促进企业的战略、人才、资源，包括上下游的这种通过产业联盟，通过供应链的协同来去促进这些优势的企业的发展。

为了让3D打印更好地服务于制造业，也让自己的企业能够在技术核心上迈进一步，李广生经常和一些学校、科研院所来交流，希望能在3D打印工艺上继续建立自己的核心优势。2017年，北京工业大学设立了3D打印专业的硕士和博士学位，这对于求才若渴的3D打印企业来说是个好消息。

3D打印产业的热度，不仅可以从对人才的需求中感受到，市场端也在发生变化。从原来的束之高阁，到现在，航空航天、军工等越来越多的制造产业，也都开始对3D打印产生了兴趣。汽车市场，就是3D打印企业盯上的下一个新市场。

福田汽车研究院院长 高岩：因为以前的快速成件，一个是周期比较长，像我们这个试制，一套模具，一个车的模具都是投入几千万上亿，甚至一两个亿，每一套工序模具都很大，一个大的模具件现在就要好几百万，上千万。

高岩给我们算了一笔账，过去他们研发一个车型，都是要投入数千万元的成本，与研制汽车开模具相比，一台数百万元的3D打印设备显然要划算和方便太多了。

随着越来越多的企业了解到３D打印，越来越多的设计师愿意运用３D打印的生产手段，未来的金属3D打印还可以有更广阔的市场前景。