現年88歲的前航天工業部部長林老把自己的家變成了一個3D打印實驗室。
       記者來到林老家中做主題為3D創新和工業裝備升級的采訪。采訪開始前，林老先帶著記者在他家參觀了一下。不大的房間，擺了4臺規格不一的3D打印機，其中還有2臺是林老自己“攢”的，4臺打印機不分晝夜地工作，櫥柜里也擺滿了打出來的樣品：羅丹的思想者、駿馬、各種顏色的郁金香，還有飛機螺旋的葉片。
       林老開心地對記者說：“現在我屋里屋外都有花，外面是種的，里面是打印出來的。”
       實際上，林老家展示的幾臺機器是3D打印中最基礎的熔絲沉積成型，它成本低，精度不高，適合通過學校等向大眾推廣，“比如可以為孩子打些玩具”。
       “下一個階段，3D打印重點是要用到工業中來，通過金屬材料3D打印技術制造一些關鍵零部件。這里要用到激光束、電子束和等離子束來加工。我感覺到，激光成型技術可能會成為決定我國3D打印發展的重要一環。現在（國內）用的激光頭都是美國進口的，非常貴，而且容易受到控制。”林老告訴中國工業報記者。
       因此，林老在今年春天給中央的一份報告中建議，把3D打印技術列為國家重點項目來抓，“樹立幾個典型，以點帶面，不斷發展提高。”
       3D打印：與以往切削工藝相反的增材制造
       談到3D打印，必須了解它能為傳統工業帶來哪些新的可能。
       其實，3D打印本質上并非印刷技術，而是一種增材制造技術，是將材料逐層添加形成制造對象的方法，與傳統的以切削、模具鑄造為主的制造方式完全不同。
       林老認為，3D打印原理并不深奧，也沒有太難的技術關鍵，它更合乎大自然的發展規律。
       “以飛機的起落架為例，我們傳統的方法是切削加工，它的工序第一步是要建設一個大鋼廠，可以制造出幾百噸的大鋼錠；第二步要萬噸水壓機來做鍛件，還要熱處理，用非常大的熱處理爐；第三步是粗加工，要用幾十臺大機床來完成；第四步要建設幾萬噸的模鍛水壓機，這之后還需要再經過熱處理、粗加工、精加工，最后才能出來最終的零部件。”林老舉例說明。
       “這一工程非常漫長，而且是減法工藝，最終成形的件用料可能只占最初原材料的5%。而3D打印完全不同，它是從無到有的過程，材料幾乎可以100%用上，如果打印精度夠了，后續的精加工也可以去掉。整個加工工藝縮短了不止10倍，人力、物力成本節省得更多。這也可以充分說明3D打印的優越性。”
       從一組具體數據來看：相對于目前國內零部件45天以上的開發周期，3D打印技術依據零部件的復雜程度，只需要1~7天的開發周期；從用料的角度來說，目前我國利用激光打印制造的飛機中央翼根肋，傳統鍛件毛坯重達1607公斤，而利用激光成型技術制造的精坯重量僅為136公斤，節省了91.5%的材料。
       據介紹，目前國內3D打印技術已在航空、軍工領域率先使用，國產J-15戰斗機、國產大型客機C919等都采用了3D打印技術來打印部分零部件，但并不是所有的制造業都適用于3D打印。
       有專家認為，3D打印技術存在的意義不在于代替傳統制造業，而在于做傳統制造業不能做、很難做，以及耗時長、成本高的領域。利用3D打印技術可以輕松實現一些個性化強、設計復雜的產品，這包括精密零部件、新產品模具和人體器官等。
       “以汽車工業為例，做模具、做樣品、做設計驗證，3D打印技術再合適不過了。還有個性化的汽車，隨著技術進步，或許在不久的將來，汽車就可以實現小批次的個性化定制。”林老說。
       帶動裝備工業升級 “叫3D創新更合適”
       林老在那份給中央的報告中，沒有用“3D打印”，而用了“3D創新”。
       “這一技術稱為3D創新更合適。因為3D打印的前提是3D設計。”林老告訴記者，“3D設計與3D打印的結合，才是3D打印產業基本的產業模式。”
       林老說，沒有好的3D設計，3D打印無法進行。3D設計可以采取包括3D建模或3D掃描兩種方式來實現，也可以兩種方式相結合，實現一個好的3D模型。
       林老把3D打印稱為“3D創新”，還有一個重要原因就是，我國可以通過3D打印這一技術，提升傳統工業的創新能力和競爭力，在制造裝備上，也“完全可以通過3D創新來趕超發達國家”。
       在最近召開的全國裝備工業工作會議上公布的數據顯示，2013年我國裝備制造業產值規模突破20萬億元，占全球比重超過三分之一，穩居世界首位。“20萬億的產值，體量已經夠大，而且今后五年還會保持世界第一的體量，但存在的問題是創新力不夠，根據聯合國的排名，我國裝備制造業的綜合競爭力排名第七。”林老說。
       “這就需要不斷地技術創新與結構調整，3D創新可以在這里面起到重要作用，尤其在產品設計、樣品試制、產品模具等方面，發揮巨大作用。”林老說，“若能大力開發3D創新等技術，提高質量，加強服務，創建世界級品牌，在不遠的將來，（裝備制造業）趕超世界先進水平，是完全有可能的。”
       雖然林老的期望很高，但也應該看到，目前，我國的3D創新仍處在初級階段。以產值來論，2013年美國3D創新產業產值為30億美元，中國只有3億~4億美元的產業規模。
       在企業規模上，歐洲3D打印企業的銷售規模一般都在10億元人民幣左右，美國3D打印企業營收甚至在30億元人民幣，而國內還沒有一家企業收入過億，甚至超過5000萬元的企業都沒有幾家。
       推進難題：舊工業設備和工藝思維的桎梏
       未來，3D創新在哪里會遇到問題？這也是林老非常愿意談的一個話題。
       首先是，老設備對創新的桎梏。林老說：“為什么在傳統工業領域不容易創新？因為舊設備已經很成熟了，成百上千萬元的投資進去了，工人用得也很順手，一時之間很難接受新的制造手段，需要一個過程。”
       其次，增材制造的質量到底怎么樣，也是個需要求證的問題。“雖然北航的王華明教授說，制造出來的部件比模鍛件質量還好，但我心里還有個問號，要通過檢測設備的反復檢測來證明它。尤其是涉及到航天、航空的一些關鍵件，一定要做到萬無一失。”林老說。
       因此，如何檢測制造出來零件的強度和精度，以及質量的一致性，成了一個難題，“這需要檢驗設備、檢驗手段都要跟上”，林老說，“但目前我國在這方面只有少數實驗室能完成一部分的測試。”
       再其次，3D創新這一理念在廣大的工藝設計人員中接受度并不高，大家的思維還停留在“減法工藝”時代，這也是個大問題。“很多人，包括像我這樣的老工程師，都認為3D很‘玄’，不敢去嘗試，實際上當你真的去做了，會發現沒有那么‘玄’。”
       林老告訴記者，十幾年前，航空領域的一些工藝人員、科研人員就開始搞3D創新，但多集中在清華大學、北京航天航空大學、華中科大、華南理工、西北工大等一些高校和研究院所，普通工程師接受度較低。
       從企業層面來說，雖有不少企業，采用了熔絲、光化、粉末、激光、電子束等多種方式來做3D創新，但總體上都是各自為政，分散經營，水平參差不齊，研發經費投入比較有限，與國外差距較大。
       建議將3D創新列為國家重大科技項目
       書接上文，林老對3D創新如何發展有自己的看法。
       他對中國工業報記者說，“進行3D創新，首先是設計人員、工藝人員在思想上有個大的轉變。我們能不能通過媒體在全行業開展一次設計工藝大討論，抓幾個典型，讓大家意識到，原來制造還可以這么搞。”
       此外，在給黨中央、國務院的報告中，林老還提出三點建議：
       第一，建議黨中央、國務院把3D創新列為國家重中之重的項目，要像過去抓國家重大技術裝備一樣，狠抓100個研發創新重點，逐個突破，由點到面，不斷發展，不斷提高。
       “3D創新不是某一行業的事情，它具有普遍性，航天、醫療、汽車、船舶、消費品都能用到，不能單叫哪個部門、哪個公司去搞。可以選幾個行業，在每個行業抓幾個典型，把這事兒帶起來。”林老說。
       第二，建議在全國大中小學播撒10萬顆3D創新的種子，增加教材，贈送3D打印機，從娃娃抓起，培養千萬個既能動手又能動腦的3D創新能手。
       “我曾經問過很多老朋友、老領導，他們都不了解3D打印技術，我去到學校問一個三年級的小學生知道電腦嗎，他說知道，但問3D打印，孩子完全不知道。如果能播種10萬顆種子，那相當于為未來培養了10萬個3D創新能手，10萬人再影響10萬人，就可能是100萬甚至1000萬人。”林老說。現在這項工作已經在南京、北京的幾個小學展開。
       第三，建議創建“中國3D創新聯合體”，組織結構上采用虛實結合的模式，組織調動全國的力量，并與發達國家合作共贏，趕超世界先進水平。如，基于上述3D創新聯合體，再創建10萬臺的3D打印機，其中金屬打印機超過千臺，年產值可以達到100億美元。
       目前，林老的這一報告已經得到黨中央和國務院的批示，要求有關部門要“密切跟蹤全球3D技術發展趨勢，支持國內研究有序發展，爭取重點突破。”“我國若能抓住3D創新的先機，迎頭趕上，將對更好更快地實現中國夢，產生意想不到的重大貢獻。”林老說。

背景鏈接        3D打印實際上是一種增材制造技術，它是利用光固化和紙層疊等方式實現快速成型的一種制造方式。
       為什么叫“打印？”因為它與普通打印機工作原理基本相同，將打印機內裝上粉末狀金屬或塑料等可黏合材料，與電腦連接后，通過一層又一層的多層打印方式，最終把計算機上的藍圖變成實物。
       3D打印技術每一層的打印過程分為兩步，首先在需要成型的區域噴灑一層特殊膠水，然后是噴灑一層均勻的粉末，粉末遇到膠水會迅速固化黏結，而沒有膠水的區域仍保持松散狀態。這樣在一層膠水一層粉末的交替下，實體模型將會被“打印”成型，打印完畢后只要掃除松散的粉末即可“刨”出模型，而剩余粉末還可循環利用。
       3D打印是數字與物理世界的交融，它最終還是需要使用軟件去設計數字化模型，然后迅速進行概念驗證。打印時，軟件通過電腦輔助設計技術（CAD）完成一系列數字切片，并將這些切片的信息傳送到3D打印機上，后者會將連續的薄型層面堆疊起來，直到一個固態物體成型。
       3D打印機與傳統打印機最大的區別在于它使用的“墨水”是實實在在的原材料。堆疊薄層的形式有多種多樣。
       目前，美國是3D打印相關軟件開發的領導者，而德國則在3D打印設備制造方面有很強的領先優勢。