杨永强：冷眼看3D打印热潮

杨永强：冷眼看3D打印热潮
作者：暂无
来源：《广东科技》 2014年第15期
文/潘慧
【专家简介】杨永强，华南理工大学机械与汽车工程学院教授、博士生导师。

现任中国机
械工程学会特种加工分会常务理事、增材制造专委会副主任，中国3D打印技术产业联盟副理事长，广东省机械工程学会常务理事、焊接分会理事长，广东省光学学会激光加工专委会副主任，中国机械工程学会焊接学会理事等。

杨永强教授在激光快速成型制造（也称增量制造、3D打印）、激光材料加工、焊接装备与
工艺等方面做了大量的卓有成效的研究工作。

历年来承担和参加国家、国际合作、省市级科研
项目多项，其中25项为项目负责人。

发表有关学术论文199篇（其中期刊论文172篇，会议论文27篇）。

申请专利74项，其中获得授权的发明专利13项、实用新型专利31项、软件版权
1项、外观设计专利1项；正在申请中的发明专利24项，其中包括美国、德国专利各1项，实
用新型专利4项。

近年研究工作集中在以数字化、网络化、个性化和定制化为特点的金属激光
3D打印技术及其在生物医学领域中的应用。

主要研究工作成绩为3D打印在牙科中的应用，如
个性化舍侧正畸托槽、牙冠固定桥和种植牙手术导板等激光选区熔化直接成型，其中个性化舍
侧正畸托槽已经获得广东省医疗器械产品注册证，并已经在国内外开展了临床应用。

此外，杨
永强教授负责的课题组正在开展3D打印技术在膝关节假体的个性化制造及其相关技术研究，结合数字化医学影像，为患者量身打造个性化金属人工关节、植入体等，其具有加工速度快、成
型后外形良好、尺寸精度高等优势。

目前该技术在临床手术中获得成功应用，为个性化医学植
入体以及辅助器械的高性能、自动化加工开辟了一种新方法。

【导读】去年，本刊记者采访了杨永强教授，撰写了《广东抢占3D打印产业发展先机——中国3D打印技术产业联盟副理事长、华南理工大学杨永强教授专访》和《华南理工大学：金属
3D打印技术领域的翘楚》两篇文章，作为《“3D打印”走进广东》专题的核心文章刊登在本刊（2013年第19期）上。

这两篇文章介绍了3D打印的发展前景及广东3D打印技术产业化的优
势和制约因素，阐明了杨永强教授对广东进一步推进3D打印技术产业化、抢占3D打印技术产
业高地的建议，同时报道了华南理工大学在金属3D打印技术的研发以及在生物医学领域实现产业化等成果。

今天，我们再次邀请杨永强教授接受采访，为我们揭开3D打印的神秘面纱，展示热潮背后的冷静思考。

前景看好
产业尚未形成规模
《广东科技》：3D打印产业发展前景被看好，却也有行业人士认为“3D打印看上去很美，但仍不成气候”。

您对此观点有何看法？
杨永强：全球3D打印行业产值从0到10亿花了20年的时间，从10亿到20亿花了5年时间。

其飞速发展的势头和巨大的成长潜力由此可见一斑。

以桌面3D打印机为例，工业级3D打
印机从1993年到2011年总共只卖出了4.9万台，而桌面级3D打印机在2011年一年就卖了
2.3万台，在全球的桌面3D打印市场中，美国市场份额占了81.46%；中国现在占到22%。

因此，政府、企业以及科研机构等各界人士均看好国内3D打印产业发展前景。

全球3D打印技术目前已经相对成熟，但是全球产业化的序幕才刚刚拉开。

2012年全球3D
打印装备和加工服务实现的产值才20多亿美元，国内还不到2亿美元，与3D应用千亿级的市
场空间相比较，只能说明这个新兴行业还处在起步阶段。

因此，3D打印技术的很多设想不是马
上就可以实现的。

3D打印产业的发展是一个不同层次发展的过程，目前规模尚小，应用范围较窄，仅集中用于模型、模具和功能性道具的试验，未能大规模推广应用。

尽管中国3D打印市场增长飞快，也许是世界最快的，但比起发达国家，还不够成熟，的确还未形成大气候。

《广东科技》：广东乃至国内3D打印发展水平如何？
杨永强：国内3D打印技术的研究工作基本与国际同步，但在新设备研发和应用方面则落后于国外，工业级的3D打印设备仍以进口为主，如金属零件3D打印设备主要从德国EOS公司、CONCEPT LASER公司购买。

我国3D打印发展与国外的差距主要体现在如下几个方面：在3D打
印基础理论与成形微观机理研究方面，我国在一些局部点上开展了相关研究，但国外更注重基础、系统和深入研究；在工艺技术研究方面，相比于国外基于成熟理论基础上的工艺控制，更
多依赖于经验和反复的试验验证，导致3D打印工艺关键技术整体上落后于国外先进水平；在材料的基础研究、材料的制备工艺以及产业化方面与国外相比存在相当大的差距；在成形材料、
智能化控制和应用范围等方面较国外先进水平落后；在高性能终端零部件直接制造方面还具有
非常大的提升空间；在3D打印装备研发方面，部分3D打印工艺装备国内都有研制，3D打印装
备的部分技术水平接近国外先进水平，但智能化程度与国外先进水平相比还有差距，大部分3D
打印装备的核心元器件还主要依靠进口。

在广东省内，华南理工大学、中科院广州电子技术研究所、深圳市维示泰克技术有限公司
等单位已实现了3D 打印机的整机研发生产，这些单位共同的特点是规模很小，产品技术与国
外厂商同类产品相比尚不完全成熟。

目前，广东省3D 打印机在打印精度、打印速度、打印尺
寸和软件支持等方面还难以满足工业用户的需求，技术水平有待进一步提升。

其中，华南理工
大学研发的金属零件3D打印设备Dimetal系列设备技术指标与国外接近，处于国内领先水平，但设备商品化和应用等方面还有相当长的路要走。

培育市场
完善3D打印产业链
《广东科技》：您认为，3D打印大规模产业化的主要瓶颈是什么？该如何突破？
杨永强：3D打印的核心是设备、材料和应用。

从研发的角度来看，应该大力开展3D打印
设备产业化和材料的产业化研究。

在3D打印设备制造方面，目前国内已有一些高校及科研机构取得了不错的成绩，但商业化的机型还比较少，缺乏中试和小批量生产的考验。

3D打印的材料
领域仍是产业链中比较薄弱的环节。

以3D打印的金属产品为例，国内市场上仍然缺乏这类产品，原因是其对金属材料的要求非常高。

比如金属粉末要求是细球形的，对化学纯度和含氧量也有
高要求。

在目前的情况下，这些高要求的材料制造技术仍不过关。

在医学领域，尤其是牙科及
部分外科领域，3D打印技术已开始应用。

然而，在医用3D打印材料领域，国内技术还不是很
成熟。

目前对3D打印较为适应的生物医药领域，除了设备和材料要求，还面临着准入和许可的问题。

由于医用材料还需要通过相关认证，所以目前许多相关材料还是主要依靠进口，准入门
槛都比较高。

医学用的产品都要在临床上试验三至五年才能取得许可证，再在市场上经过三、
四年的销售，才会慢慢有业绩。

事实上，除材料制造技术的限制外，制品的精度、有无生物活
性等问题，也开始受医用3D打印相关研究的关注。

究其原因，主要是在3D打印材料领域，市场内需还没有做起来，可适用的材料成熟度跟不上整个3D打印市场的发展。

一项新兴技术的应用，需要慢慢培育市场，让大家知晓、熟悉后，再发掘其可以应用的领域。

目前3D打印仍主要用于科研，缺乏资金和技术雄厚的企业去做这些事情。

要扩大3D打印
技术的市场，需要有一个普及该技术的过程，需要政府在各方面加大推广力度，需要有更多的
企事业单位拥有3D打印设备，才会带动3D打印材料的需求，完善3D打印产业链，加快推动产业的发展。

《广东科技》：目前，广东乃至国内3D打印技术应用市场存在哪些局限？
杨永强： 3D打印技术是个很好的技术，但是在市场开放方面还是受到一定限制。

一是工
业应用成本昂贵，还需要市场孕育一段时间；二是行业标准需要建立，这也是个国际问题，因
为3D打印的产品类型很多，所以标准的建立也很复杂。

另外，像细胞打印，就可能涉及到伦理学问题。

多方给力
迎3D打印的辉煌时代
《广东科技》：国内是何时对3D打印技术关注度较高的？您如何看待3D打印热潮？
杨永强：其实3D打印技术已经起伏好几次了，在2000年的时候，也是个高峰，全国很多
地方都建立了生产力促进中心，就是购买光固化的设备，当时3D打印称作快速成型，被认为是比较前沿的技术，但是后来受到CNC技术（数控加工，是数字化加工的一种，也是去除加工的
形式）的竞争，很多快速成型能做的事情，CNC也能做，而快速成型出来的东西在精度和效率
方面都是比较低的，所以慢慢在工业上就萎缩了，因此3D打印要寻找自己的出路。

当然，这
10年3D打印技术发展很快，达到可以与CNC铸造精度相媲美的技术水平了，但在一般的工业
应用方面与CNC相比还是有距离的。

不过，在国际上3D打印技术最尖端的应用——航空航天和医学方面，我觉得是很有前景的。

3D打印可以试图在局部、复杂零件上替代CNC，但目前，跟CNC相比较而言，3D打印技术只是个补充。

现在媒体社会把3D打印炒作得过热，好的方面是大家更加重视这个技术，不好的方面就是对这个技术的期望值太高。

3D打印潜力巨大，但国内公众对它的预期过高，这不利于产业的健
康发展。

3D技术还处于一个初级阶段，需要政府、各行各业投入资金和人力资源研发很多关键
技术。

像光伏、LED行业，也一度非常热，但是一旦过了热度大家就不关注了。

现在3D技术捧
得有些虚高，我担心以后大家反而对其反感。

准确地讲，3D打印技术尤其是工业级的3D打印
技术是先进制造技术的前沿，是现代制造技术的补充，未来对制造工业的发展会起到革命性的
作用，但目前还处于技术研发期和市场培育期。

《广东科技》：目前，政府对3D打印技术的研究提供了哪些支持？您认为，中国何时将迎来3D打印技术的辉煌时代？
杨永强：国家科技部、工信部和很多省市的科技部门都把3D打印技术作为优先支持对象。

2013年4月科技部发布的《国家高技术研究发展计划（863计划）、国家科技支撑计划制造领
域2014年度备选项目征集指南》中明确提出对3D打印技术的支持政策，并将设置专用经费支
持3D打印技术研究。

广东省的战略性新兴产业重大专项，也把3D打印技术列入重点支持项目。

由于3D打印个性化制造的特点，在生物医疗领域的应用前景很广。

但时下社会对3D打印
技术的期望太高，3D打印技术还处于一个初级阶段，需要政府、各行各业资金和人力资源的投入，研发很多相关技术，开拓应用市场。

3D打印要形成真正完整的产业链和产业规模至少需要
5年至10年的时间，因此，大概5到10年后将迎来它的辉煌时代。

【链接】
华南理工大学与东莞市携手共建3D打印研发平台
华南理工大学与东莞市将借助华南协同创新研究院（以下简称研究院），在东莞市积极推
动建立3D打印研发平台。

研究院是广东省东莞市与华南理工大学于2012年6月共同建设的。

该院承担新材料新技术制备研究，其中包括3D打印技术。

当年，对金属零件3D打印有着多年
研究的华南理工大学杨永强教授就开始在研究院积极推动建立3D打印研发平台。

杨永强教授认为：“华南理工大学是国内继清华大学、华中科技大学、西安交通大学之后，第四家从事3D打印装备、工艺与应用技术研发的大学，拥有十多年金属3D打印技术的研发成果。

而作为制造业基地，在东莞进行3D打印的产业化，有着非常巨大的市场空间。

”目前，华南理工大学研发的Dimetal-100和Dimetal-280设备已经产业化；在设备基础上，开发了不锈钢、钛合金和钴铬合金等材料的3D打印成型工艺，并开展了生物医学应用和工业模具及各种复杂零部件的3D打印成型应用研究。

其优势在于激光选区熔化成型装备技术、材料成型工艺和医学应用，目前在精密金属材料3D打印技术领域处于国内领先地位。

此次华南理工大学与东莞市的合作，将借助3D打印研发平台实现3D打印技术成果转化。

首先是设备的产业化。

主要开展Dimetal系列金属3D打印机的研发和孵化与产品的产业化。

在国内金属3D打印领域，杨永强团队研发的3D打印机不仅技术领先，而且已经实现了设备系
列化，这些3D打印机也将推向市场。

其次是医学应用的产业化。

将重点进行个性化生物医疗器具的定制和研发，并取得产品的
注册许可证，进而产业化。

未来3D打印在医学领域的应用范围会很广泛，市场前景广阔，比如针对身体某个部位的某款产品，都是一个很大的市场。

再次是华南协同创新中心还将探讨“设备+技术+应用”的一揽子解决方案。

比如某个企业
要设计某款产品，该中心可以利用其3D打印设备和技术为企业设计个性化服务，然后收取一定的费用，类似实验室合作模式。

同时，研究院也在东莞积极寻求合作伙伴，希望能吸纳东莞企业进入，共同推动3D打印的产业化。

此外，2013年12月，华南理工大学联合佛山市南海中南机械有限公司和佛山科学技
术学院，在“2013年广东省佛山市重大科技项目海内外招标”中，以“大尺寸复杂精密金属构
件激光选区熔化技术与装备开发及产业化”项目成功中标了“增材制造（3D打印）技术与装备
产业化专项（2013Z2）”。

项目在华南理工大学前期Dimetal系列装备基础上，研发大型设备，并针对航空航天、汽车、船舶、工业模具和生物医疗等领域开展应用研究。

项目最终目标是使
获得国际先进水平的大型金属3D打印设备实现产业化，这将对我国3D打印技术的发展产生重
要影响。