專訪：千人計劃專家3D打印研討會張文武教授
2016年10月22日，第三屆“千人計劃”專家研討會在合肥盛大開幕。當天下午，各個領域的“千人”專家共聚一堂，各自分享了自己的最新研究和發(fā)現，并展開了熱烈的討論，其中許多內容均與3D打印相關。天工社有幸對中科院寧波工研院所先進制造所副所長張文武教授進行了采訪，以下是采訪內容：
記者：您能介紹一下自己在3D打印方面的研究嗎？
張文武教授(以下簡稱張教授）：上大學時，我認為當時的制造工藝太繁瑣，想象著也許有一天產品能像蘋果樹結蘋果那樣被制造出來。隨著研究的深入，我覺得應該采用能量場的方式來實現三維制造，而能量場要用數字化方式來控制。為此，我提出了 “能量場發(fā)生器”的概念，在這樣的發(fā)生器中，我們能對材料進行調制并改變其性質，而這樣就有可能實現我曾經的想象。畢業(yè)前后（1922年之前），我寫了一篇題為《虛模具三維制造》的論文，從更廣泛的范圍上進行了思考，并將三維制造發(fā)展為能量場三維制造。
1995年前后，我研究的是具體的三維打印工藝。出國后，暫時中斷了這方面的研究而轉向了激光能量場，并對其進行了非常深入的研究，期間涉及的是非增材工藝。
記者：這個能量場是指什么？
張教授：從廣義上講，力、聲、光、電、熱、磁都可以是一種能量場，甚至物質，如我們坐的椅子，以及人本身、材料、智能也是一種能量場，它并不局限于激光或者電子束。
大自然融合了各種能量場，并且被智能驅動著，萬物就在這樣的驅動之下生長起來。這種生長方法非常值得人類借鑒，而這也是為什么人類一直在仿生的原因。因此，我稱三維打印為多維仿生增益的低級階段。多維是指把智能和信息鑲嵌進去，如我做了一個結構，它本身就蘊藏智能，而三維里面也蘊含了多維。增材本質上就是增益，即增加功能密度、強度，就看誰能進行最精益的增益。增益這個趨勢一直沒變，人類一直在向大自然學習，其邊界超不出自然界或宇宙法則的約束。
我現在正在推動多能場融合制造，與復合制造不同的是，這是一個眾場平等的概念，大家都是工程優(yōu)化和解決工程矛盾的自由度，并無主次之分。從方法上講，我正在研究多能場融合的方法論，即“智能能量場制造”。從工藝上講，我正在加緊研究融合制造，即將信息場、物質場、能量場這三個自由度融合在一起，然后在此基礎上進行精益化。
新工業(yè)革命不僅是制造革命，能源、信息、技術革命，上面必須有新人文革命。即社會組織形態(tài)會變化，工廠會發(fā)生顛覆性改變，因智能標準化的程度極高以及全球化通道。
記者：您認為增材制造對工廠的組織、管理和生產系統(tǒng)會產生怎樣的影響？
張教授：3D打印解決了復雜度的問題，制造的門檻變得越來越低，一個東西只要能被設計出來，就幾乎能被制造出來。這產生了一種功能優(yōu)先的制造模式，在這種模式下，設計師、工程師和創(chuàng)客將成為推動社會發(fā)展的主要力量。
隨著制造的智能化、自動化和標準化程度越來越高，全球大規(guī)模個性化分布式制造將成為主流。過去是物質和能量系統(tǒng)的標準化，現在是信息與智能的標準化，這使得工廠必須有靈活制造的能力，其工藝要能適應各種材料、復雜度和規(guī)模的制造，而它們的組織形態(tài)也必須適應這種變化。
機械CNC的輝煌時代即將過去，新型制造中心和多場融合的制造模式（增材、減材和等材的融合，多維的鑲嵌）將要出現。新的變化會對組織、道德、立法、環(huán)境等各方面產生一系列影響，對人類而言，這也將是一個很大的挑戰(zhàn)。
記者：張教授，您曾經作為研究人員在GE全球研究中心工作過很長一段時間，而GE在3D打印應用方面一直走在世界的前列，您能介紹一下GE對3D打印的應用情況嗎?
張教授：從2002年到2012年，我任職于通用電氣公司（GE）全球研發(fā)總部激光加工與測量系統(tǒng)實驗室制造與材料技術部。GE是美國支柱性的制造企業(yè)，它制造發(fā)動機、燃氣輪機、機車頭以及醫(yī)療器械等一系列高精尖的東西，因此會遇到一系列極端制造問題，如難加工材料和結構。為了保持競爭力，GE一直十分重視新工藝。最初，它將三維制造用于修復，如發(fā)動機葉片裂開了就用這種工藝進行修補，后面才開始將其用在直接制造上。
現在，GE將三維制造作為其未來制造的重要手段。除了關注GE的3D打印外，我們還要關注它的智能制造平臺系列建設工作。他們正在建立開環(huán)的智能標準化基礎，并且已經有許多成功案例。
張教授：總體而言，我們要重視3D打印，看到它帶來的深刻影響，但同時一定要保持一個客觀的態(tài)度和清醒的頭腦。制造上，只有增材、減材、等材三者合力才能達到王者的境界，不能因為增材制造的出現而否定其他兩種制造方式。我們要邁向制造的大融合，將制造推向更高的理想度。
任何技術都有誕生期、青年期、中年期和老年期，即它們的發(fā)展呈S曲線。如今，3D打印已進入第二個發(fā)展階段的后期，即處于青年期向中年期的過渡階段。在這個階段，大家已經意識到3D打印的優(yōu)點，大量社會資源紛紛涌入這一領域。這意味著3D打印會加速向前發(fā)展，并且有可能出現質變，如成型速度突然提升10倍到100倍、一種新工藝的出現讓任何工程材料都可被3D打印而不再需要專門的3D打印材料。我們要多做原創(chuàng)性的東西，多開發(fā)一些具有顛覆性的原創(chuàng)工藝。
張教授：3D打印系統(tǒng)由硬件和軟件組成。未來是智能制造的天下，如果軟件不是自主開發(fā)的，我們就會受到很多限制。因此，我們一定要將自己的智慧融入到軟件中，加強軟件系統(tǒng)的自主開發(fā)，這樣才有可能取得突破。
張教授：電子束的材料吸收率很高，在良好的成型環(huán)境下，如真空中，它在強度等方面有一定優(yōu)勢，并且調控起來相對容易。激光跟光的波長有關，反射問題會影響到它的吸收率，但激光的局限性小、適應性強，它必定會成為引領性的、明星級能量場。
最后，張文武博士總結說，我國的3D打印形勢良好，我們要建立智慧資本，互相幫助，多開發(fā)原創(chuàng)性工藝。在新工業(yè)革命之上的必然是人文革命，工業(yè)發(fā)展要與人文、社會制度相結合，這樣才能實現像大自然那樣的永續(xù)發(fā)展。中國人應該繼續(xù)發(fā)揚傳統(tǒng)的貴族精神，引領新工業(yè)文明的發(fā)展。
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