最近， 3D 打印火了！ 记得去年我曾经看刘洋博友的博文里推崇过 3D 打印，还曾在会展中心的展会上看到过有公司在现场演示 3D 打印（是个教具级别的设备）。刚才，又看到科学网的“飞跃之王”——王飞跃老师的博文“ 3D 打印和社会制造：历史与未来 ”【 1 】，把 3D 打印这项新技术定位到了一个很高的战略地位。 3D 打印当下是如此之火，前途和钱途是那样的光明，自然也把俺的目光从花草虫鸟上吸引了回来，决定写一篇有字没照片的博文，闲话一番我个人对 3D 打印的看法。 我在阅读王飞跃老师博文时，注意到了其中的一句话“目前都是走向加式制造的主要途径和工具”。在我这个机械制造的外行看来，“加式制造”，或许还真是 3D 打印的一个很大的优点。以我所具有的有限的加工知识，用以往的加工技术在制造一个产品，似乎总免不了对原料或者毛坯的切削和琢磨，这显然是在算减法，换句话说，原料中的相当一部分必然要变成没用的“下脚料”，这无疑是一种浪费。相比之下， 3D 打印这种“加式制造”的优势在于把原料堆砌起来构成产品，从理论上看似乎可以做到除正常利用之外再无额外的原料消耗。显然，如果原材料的十分昂贵或稀少， 3D 打印的优势会更加明显。 或许我们会说，像铸造之类的工艺，精确计算原料用量后不是也没啥过多的浪费么？但铸造也还要先有个模具，何况做形状越复杂的东西，铸造过程中碰到的麻烦事儿也就越多。 3D 打印则可以完全依靠在电脑中的数据和必要的原料就可以去做形状很复杂的产品了，再无需真实的模具来约束流动的原料。这很省事儿，也很有效率。 3D 打印其实并不如何的神秘，我们在蛋糕店看蛋糕师傅往烘焙好的蛋糕上挤奶油写“生日快乐”、做浮雕形式的寿桃或者生肖模型啥的，其实就是人脑控制下的 3D 打印。如果说蛋糕师傅这个还是门手艺，离咱老百姓也挺远的，我可以再举一个“话糙理不糙”、可以发生在每个人身上的“恶心”例子：人蹲在地上大便，其实也算得上是是一种“ 3D 打印”。 当然， 3D 打印的原理不神秘或者简单，并不意味着技术本身就简单。至少在我看来，精确地实现打印喷头的运动和成型物料的流动以及让所用的各种原料从流动状态转变为成型后固定状态的控制，就绝对不是件很容易的事儿。如果说咱中国在这项新技术的开发和使用中必然会经历一个落后追赶的阶段，恐怕就和相关的机械、控制和材料方面相对薄弱的基础有关。其实岂止是 3D 打印，任何新技术都不是“空中楼阁”，也不能只要高楼的最顶层，总要有些必要的技术积累，也总要有些关键技术要攻关。 不过，尽管 3D 打印有很多优点，但它是否能完全取代目前的各种加工技术、很快在制造业中唱主角，从而得到“量大面广”的应用，我看还未必。原因很简单，尽管 3D 打印从出图到出产品的过程堪称“闪地”那般地快，在制造上可以无需再集中在一个大工厂中进行而实现“散地”生产，但如果需要很大的产品量， 3D 打印的速度似乎还嫌慢，尺度和规模可能也太小，所以即使单件甚至小批量的定制加工十分可行，也不意味着大批量生产就能行得通。 3D 打印作为一个新概念炒作一段时间，拉动一些投资肯定没问题，但让它马上走进我们的生活，在我们身边每一个消费品中都起到主导作用，目前肯定还有难度。 参考 【1】 王飞跃： 3D 打印和社会制造：历史与未来 http://blog.sciencenet.cn/blog-2374-693314.html 本文将在《中国科学报》发表。【2013-05-28】
2012 年底，我与同事赴美考察了十余个 3D 打印和社会制造的相关公司，亲身经历使我深感要精确地把握这一新兴行业的现状与随之即来的发展是一项困难的任务。因此，这里我只能回顾历史，展望未来，抛砖引玉。 二百多年前，瓦特发明了蒸汽机，拉开了近代工业革命的序幕。实际上，瓦特只是改进了蒸汽机的设计；在他之前，其他的工程师和科学家都曾制出过各种工业蒸汽机，最早甚至可以追溯到公元一世纪古希腊数学家希罗（ Hero of Alexandria ）发明的气转球。 回顾历史，蒸汽机的真正作用其实不在于一种省力的机器，而是在于使机械动力驱动成为主流的社会理念和主要的开发手段。正是这一理念，使人类社会真正地从以开发地表资源为主的农业社会，一步跨入了以开发地下资源为特征的工业社会。 二十年前， MIT 的三位研究生萌生了利用普通打印机进行 3D 打印的想法。今天，许多人认为 3D 打印机能像二百年前的蒸汽机一样，引发甚至其本身就是第三次工业革命。其实， 3D 打印与之前的快速成型、快速制造技术一脉相承，目前都是走向加式制造的主要途径和工具，其思想可回溯到一百多年前法国的照相雕塑（ Photosculpture ）和美国的地貌成形（ Topography ）等专利技术，甚至回追到远古时代的房舍构建技术。 然而，正如蒸汽机促成第一次工业革命是通过引发人类理念的变革而完成的， 3D 打印机要促生新的产业革命，也必须通过诱发新的人类理念转化来实现。问题是：新的理念是什么？ 我们认为，这一新的理念如果不直接是社会制造，也一定与社会制造直接相关。社会制造将使得传统的企业转变为能够主动感知并且响应用户大规模定制需求的智能企业，其核心就是主动、实时地将社会需求与社会制造能力有机地衔接起来，从而有效地实现需求和供应之间的相互转化。为此，我们必须把社会搜索、社会计算、社会制造等相关的新兴领域有机地结合起来，将互联网、物联网和物流网与 3D 打印机组成的社会制造网无缝地连接，通过众包等方式使社会民众充分参与产品的全生命制造过程，促成个性化、实时化、经济化的生产和消费模式，形成新的产业革命。 正如 Google 依靠大规模的计算机服务器阵列满足人们信息搜索的需求，从而改变人类生活与工作方式一样，我们可以设想未来的 3D 打印机组成大规模的社会制造阵列，实时方便地满足人类对各种个性化产品的物质需求，使生活和产业中的“长尾效应”常态化，进而更加深刻地改变我们生活的社会；这就是为什么 3D 打印将改变我们的世界，这就是为什么社会制造将带来一场产业革命的真正原因。 具体而言， 3D 打印技术可使生产制造从大型、复杂、昂贵的传统工业过程中分离出来，凡是能接上电源的任何计算机都能够成为灵巧的生产工厂；人类将以新的方式合作进行生产制造，制造过程与管理模式将发生深刻变革，目前的制造格局必将被打破。显然，作为今日世界的制造大国之中国将面临严峻的挑战，西方媒体甚至直白地宣称：“天将变了”，“未来的制造业将再次回流到先进发达国家”，“美国制造，出口中国”的新时代即将来临！就连美国总统奥巴马也在上月的国情咨询讲话里特别地强调 3D 打印技术，全国上下将其视为拯救美国制造业的希望之光。 我们认为，与信息行业的发展历程相比较，快速成型相当于上世纪 60 年代的专用和大型计算机，而 3D 打印机则是上世纪 70 年代的个人 PC 和苹果台型计算机。令人担心的是，我们在这一新兴领域目前所处的地位，差不多就是半个世纪前我国在世界信息行业所处的地位！ 显然，我们必须尽快补上 3D 打印这一课，但我们切不可忘记信息行业在个人计算机出现之后浪潮般的发展进程： Microsoft 的快速崛起，还有随之而来的 Oracle ， Yahoo ， Amazon ， eBay ， Google ， Facebook ， Twitter ，国内的百度、阿里巴巴、 QQ 和微博等等。以目前的情况判断， 3D 打印机的核心价值必将展现于社会制造的发展与成熟。社会制造对于制造行业而言，就是信息行业中从 Microsoft 至 Amazon 再到 Google 和 Twitter 的一体化合成，可视为虚拟网络世界与真实物理世界的首次完美结合。因此，在关于 3D 打印机之大量媒体渲染的背后，社会制造才应当是我们关注的要点，否则，我们可能错失良机，一误再误，代价将难以估量。 在社会制造的环境中，消费者与企业通过网络世界能够随时随地参加到生产流程之中，社会需求与社会生产能力将实时有效地结合在一起，“想法到产品（ Mind to Product ）”，“需求就是搜索，搜索就是制造，制造就是消费”将成为现实。最终意味着生活和产业中的“长尾效应”之常态化。因此，社会制造必将极大地刺激社会需求，同时有效地提升整个社会的参与程度，其直接结果就是社会就业率的大幅度提高。而且，加速发展社会制造产业，不但能够解除我国长期在模具和材料工业落后受制于人的不利局面，还可以使我国蓬勃发展的社会媒体和网络文化得到进一步的升华，使其成为促进社会经济科学发展的有力工具：从被动到主动，从消极到积极。一言蔽之，社会制造对于提高我国制造业的竞争力、加速产业升级和转型、扩大社会内需、繁荣国家经济，具有至关重要的战略意义。 希望像蒸汽机一样， 3D 打印机能够通过社会制造的理念和实践，使人类社会再一次从以开发地下资源为主的工业社会，一步跃入以开发“地上”数据和智力资源为特征的“智业”社会，充分发挥人类共同的智力，使数据真正地成为驱动和支撑大数据时代社会发展的“石油”和“黄金”矿藏。 参考文献： 王飞跃， 从社会计算到社会制造：一场即将来临的产业革命，中国科学院院刊，第 27 卷，第 6 期， 658-669 页， 2012 年。 本文发表在2013年第9卷第4期的《高科技与产业化》杂志37-38页
( 本文发表在《情报杂志》2013年第6期 ) 国内外 3D 打印快速成型技术的专利情报分析 刘红光，杨倩， 刘桂锋，刘琼 摘要 : 运用专利情报分析方法，对国内外 3D 打印快速成型技术的专利申请趋势、区域分布、主要专利权人、 IPC 等因素进行分析，并重点通过专利组合、专利权人合作、 IPC 关联、专利地图等方法深入剖析 3D 打印快速成型技术的重要专利权人及专利影响力、识别该领域核心技术及技术空白点、重点技术发展趋势及开发应用情况，以期为我国 3D 打印产业的未来发展提供有用的竞争情报。 关键词 : 3D 打印；快速成型；专利分析；专利地图；专利组合
今天在浏览新闻时，忽然发现 3D 打印技术已经很发达，可以用来制造枪械、小型飞机，甚至人造组织。很神奇！ 严格说来， 3D 打印不是完全源头创新的技术，而是一种“集成再创新”。因为 1D 和 2D 打印技术早就有了，而把材料粘合在一起的技术也都是其它领域发明出来的。 3D 打印只是把这些东西结合在一起，用精确的微操控技术，实现 3D 制造的目的。 这里，真正的创新，是 3D 打印的想法，或者说， 3D 成型的想法。把材料用类似喷墨打印的方式，放到指定位置，然后再让他们结合在一起。对于机械而言，就是把金属材料分子等想办法固化成一体；对于组织，则是把细胞想办法粘合到一起。如果了解了一种组织的细微结构，把相应的几种细胞和细胞间质堆放在一起，让它们自行结合。 这个办法看似很好，但用来制造真正的生物组织，很可能还存在技术上的难点。因为真正的生物组织，都不是简单地“堆”出来的，而是相应的细胞“共建”起来的。形象地说，让一百多个素不相识的人，搬迁到一座建好的大楼里，这种情况也能构成一个小区；但如果和另外一种情况相比，也就是一个世世代代就住在一起的村，村里的一百多口人同心协力，建设了一座漂亮的大楼来居住。这两种情况能一样吗？表面上看好像差不多，但真的运作起来，它的效果，人们的幸福感，肯定差别非常之大。最简单的情况，如果遇到强拆，那素不相识的一百多人，拿了赔偿费就散了。这一个村子的人呢？他们会和你拼命的。 所以，堆出来的组织，如果遇到状况，很可能一触即溃，那么那个用了这个组织的身体呢？岂不完蛋得更快了？难怪科学家说，组织制造难度超大，所以他们想用干细胞来堆一小层，让它们自己发育分化出来。 这样看来，即使将来对人体全部的组织结构都了如指掌了，也难以指望用这个办法，打印出一个活人来。因为，首先这个活人难保有生命，很可能从打印出来之日起，就是一个植物人；其次，这个打印件很可能一触即溃，随时都有可能变成一堆破碎组织，搞的满地鲜血淋漓的。所以， 3D 打印，制造非生命则可，制造有生命的东西，就困难了。 人打印不出来，其他动物肯定也不行，甚至植物很可能都不行。尽管植物本来就没有活动能力，但它至少还是从头长出来的，和那个百人小村差不多。如果完全是“捏造”出来的，大概也是一触即溃，无法发挥生命那种持久有效的功能。所以，如果打印两棵迎客松，想给府邸门口装装门面，没准儿过不了两个星期，就都变成“黄松”了。没有可持续性。 从这个角度看，西方人发明 3D 打印这类技术，就是他们贼心不死，老想自己冒充上帝，来创造生命。偏偏对生命没有透彻的认识，所以，只能扮演小鬼了。闹闹鬼还行，弄出个人来就差了一筹。反过来看，从生命的生长性可以看出，它必须是由某种简单东西逐渐发展或者说进化出来。如果想要“创造”出来，那就要站在高很多等级的立场上才行，平级是不行的。 所以，以人的水平，想要造人，只有自己去生一条路。如果想学上帝来造，那么其聪明才智至少要上几个大台阶，把自己好好进化一下才成。
我能提供立体布尔运算结果边界的通解。 结果是互不重叠的区域， 提供立体打印需要的上下左右边界。 下面是模拟打印结果。 New Method of Solid Boolean Operations with Continuous Value Logic So short program, one never imagines! Welcome Co-operating and Buying this Technique New method uses continuous value logic to replace complicated if-then judgments. It makes program possess simplicity, reliability, and generality. In the three Boolean operations intersection,combination, and subtraction . +, - , operations,is most simple. If A-B can been resolved, then A+B=A-B+AB can also been resolved. So, Critical problem is how to obtain A-B. Follows are several samples of A-B. The most important thing is that we needn't worry about relative positions between A and B. The main program for A-B is shorter than 20 lines long no matter what boundary functions A and B have . For the bridge drawing,all source program including the definitions of boundaries of functions of A and B is shorter than 60 lines long. The method of plenary Boolean operations can been used to extract machining regions from the constructive-solid-geometry representation of a given object. A-B Drawing 1 A : A cube minus a loop； B : a solid with upper boundary produced by sin(x) and lower boundary by a loop. Download program for drawing the above bridge A-B Drawing 2 A : a cub2+column， B : a loop A-B Drawing 3 a cube minus a ball Drawing 4 a ball minus a cube Plenary A-B: A with boundaries x1,x2, y1, y2; B with boundaries x3, x4, y3, y4 The method of plenary Boolean operations can been used to extract machining regions from the constructive-solid-geometry representation of a given object.
2012 年当资本市场刮起一股 3D 打印旋风的时候我才第一次听说“ 3D 打印”这个词，一查资料才知道所谓的 3D 打印就是我所熟知的激光立体成形或激光直接制造。 2012 年年底中科院组织召开了 3D 打印技术研讨会，了解各研究所在 3D 打印方面的研究情况，虽然我们课题组的研究工作只是沾了点边，但听说却是全院最靠近 3D 打印的。 2013 年 1 月 18 日 北航王华明教授以钛合金大型复杂整体构件激光立体成形技术研究的成就荣获国家技术发明一等奖，标志着中国 3D 打印技术在大型金属结构件直接制造方面已经取得重大技术突破，并且已经得到了国家层面的认可,然而作为国家级研究机构，中科院在这个领域却基本没有什么大的作为。 激光 3D 打印技术集成了计算机辅助设计、计算机辅助制造、粉末冶金、激光加工等多项 技术。基本原理是计算机辅助设计生成三维实体模型，高功率激光产生熔池，粉末被送入到熔池中凝固形成沉积层，在计算机控制下激光束和加工工作台按预设方式运动，层层堆积熔铸形成立体部件。通过选择合适的激光加工工艺窗口，可以对成形组织进行选择和控制，最终获得优于锻件的力学性能。激光 3D 打印技术可以用于工模具制造与修复、涡轮叶片修复、工件的快速原型制造。 3D打印装置示意图 涡轮叶片3D打印 从3D打印毛坯到金属零件 激光 3D 打印技术的基础是激光熔覆技术，在国内中科院金属所、北航、西工大这几家单位可以说是国内最早开展激光熔覆技术研究的单位，也最有条件占得先机开展激光 3D 打印技术研究。先说说中科院金属所的情况，上世纪 90 年代初，我国 在研的某型航空发动机验证机高压涡轮转子叶片叶尖被磨短近 1.5mm ，严重影响了发动机的试车考核。为解决这一问题，中科院金属所发展了航空叶片激光表面仿形熔铸接长修复技术，成功实现了叶片接长修复，使发动机性能试车考核一次性通过，确保了国家十号工程的顺利立项，获得了时任航空航天部长的亲笔致信表彰，该成果也获得了 1995 年国家科技进步三等奖。当年的激光仿形熔铸接长技术可以说是现代激光 3D 打印技术的雏形，后来金属所也试图发展激光 3D 打印技术，但由于种种原因，一直未能建立起真正的激光 3D 打印设备平台，研究工作也处于搁置状态。而北航和西工大多年来一直坚持发展大型金属构件的激光 3D 打印技术，据说目前已经成功地应用于大型飞机构件的直接制造。 2011 年以北航王华明教授团队为主成立的中航天地激光公司，专门从事激光 3D 打印制造应用生产，而近日王华明教授获得了国家技术发明一等奖，这一系列事实足以证明中国高校在 3D 打印研究与应用方面已经取得了很大的成就。 不得不承认在激光 3D 打印技术研究方面我们中科院已经远远落后于北航、西工大等国内知名高校了，那么背后深层次的原因到底是什么呢？我想除了和学术带头人的方向把握和重视程度有关以外，更重要的是和中科院目前广泛实行的课题组独立核算制及科研设备平台建设管理有关。课题组独立核算，为了生存，不可能拿出太多的钱来买设备，再说国家科研项目预算也不允许买大型设备。目前我们所公用的设备如扫描电镜、透射电镜的购置费用一般都是由所公共财政承担的，而非公用的设备如激光加工器、等离子喷涂设备的购置费用一般都是由课题组自己承担，试问一台动辄数百万元的设备有几个课题组能够承担得起？当然理论上对有些大型的科研设备是可以申请中科院公共资金支持的，但对一个普通的课题组又谈何容易？比如说，虽然我们所从事高温防护涂层研究的人很多，不乏研究部主任等重量级人物，但多年来却一直没有电子束 - 物理气相沉积这个先进的高温合金热障涂层制备设备（最近才买，还没安装），而国内从事同类研究的哈工大、北航早都有了。没有好的科研设备，怎么取得好的研究结果呢？
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![[转载]美专家用3D技术“打印出”人造外耳 可移植](http://image.sciencenet.cn/album/201302/22/114012qq8xqtau6kxs688o.jpg.thumb.jpg)
