主题：关于债务，近期的两件事 -- 闻过则喜
家园 【原创】关于3D 打印， 技术帖 这几天葡萄写了一系列关于3D printing的帖子，掀起了关于3D printing的大讨论，并指出3D pringing将会引发新一轮的生产方式的变革。因为以前接触过这个技术的缘故，对3D printing有些了解。我不自量力，在这里给大家讲讲这个技术。
首先讲点历史，到目前为止人类的生产制造方法主要是“top-down”(自上而下)。也就是说，我要生产一个锤子，我先要冶金产出钢铁，然后切削，打磨，最后制成产品，这个过程大家都很熟悉了。大约几十年前，有天才人物突发奇想，自然界的制造过程不完全是top-down，相反很多东西都是“bottom-up”(自下而上）。比如说生物，如人就是从一个受精卵慢慢发育而成。既然自然界有这样的生产过程，为什么人类的生产制造过程不能模拟呢？具体提出这一思想的人现在已经不可考，但这个概念在1989年的Foresight Institute被正式用于区别molecular manufacturing(分子水平的制造）。而80年代发现的Fullerene(足球烯C60)和后来的碳纳米管(CNT)，更加使得这个概念大火起来——因为C60和CNT是真正意义上的人类控制分子水平的制造。科学界的想法就是如果可以分子水平上人工控制分子原子的排列组合，那么几乎一切的特殊材料都可以设计和制造出来，并且按照想要的功能制造最终产品。 bottom up这个概念火了很长一段时间，很多著名大学和研究中心作了不错的工作，最常见的一个基本方法是使用AFM（atomic force microscopy)的探针一个一个的排列原子或者分子成为各种结构，如IBM三个字母等等。基于此还有其他很多衍生方法，但万变不离其宗。可是我们可以想见这个生产方式几乎就是科研人员的爱好，几乎不可能有什么宏观的影响——因为这个是一个串行过程。
当然天才还是很多的，面对这个困境，有人提出来要向生物学习，因为生物的发育过程没有用afm探针来排列。甚至晶体的生长过程也根本不需要探针就能很规则。于是一个新概念被提出来，叫做“self-assembly”(自组织），或者“self-organize”。具体的概念我不说了，不过自组织的关键在于“自”，也就是说通过某种外界控制，这些微结构会自发组织起来。这个领域何纳米材料领域结合起来，现在还是方兴未艾，没有什么大的成果。
说到这里，我们来回顾一下葡萄给我们描绘的3D printing的远景：一台机器，把各种原料加进去，然后电脑上3D 模型直接连到打印机上，产品就被打出来了，这样的机器将会极大地提高生产效率，并且改变生产方式。大家看看，是不是和上面说的分子水平的制造得远景很相似？
这并不奇怪。因为3D printing实际上是molecular manufacturing的宏观模拟。3D printing背后的思想很简单，两条：1. 在分子水平上做东西很困难，那么我们就把尺度加大，把building block作到微米级别，但还是从小往大堆；2. 柔性制造。学过机械工程的朋友对此肯定不陌生，其实说的就是能在一定范围内灵活的调整多种工件的成批高效生产，并能及时地改变产品以满足市场需求。这两个做起来就相对容易多了。近20年计算机技术的大发展使得计算机辅助设计和模拟大大进步，MEMS技术和传感器技术使得精确控制成为可能，激光技术使得局部的加热方便起来，那么对于某些特定材料的3D打印也就成为了可能。
puma2011:就3D printing 而言我几乎没有朝大规模工业
我在这个帖子里面简述了3D printing的一些相关技术，在此不再赘述。我想要再次重复的是，3D printing有一些很好的应用，尤其是一些形状复杂或者小批量需要定制的产品，以及对材料的工况要求不太过分的情况， 3D printing是非常有用的。河里有人对3D printing 批判，往往从成本和精度方向考虑，我觉得批错了方向。技术的持续进步会解决精度问题，而成本问题自然有精明的商人来帮助解决。当然，小规模和scale effect/learning effect是矛盾的，但我有信心这两个问题能得到解决。我要反对的是葡萄描绘的远景。包括3D printing打印人体组织器官，改变人类的生产方式等等。这些革命性的冲击，3D printing的技术显然是不够的，还有待于上述molecular manufacturing出现革命性的突破。
此外，哪怕是稍微相对复杂的应用，目前3D printing也有非常大的局限性。主要的原因就是材料的限制。德国人搞得激光加粉末冶金（DLMS）是目前世界上3D printing领域里面最成功的，确实能使得各种合金材料的使用都变成可能。但由于其加工方式的局限，绝无可能得到发动机如F110用的单晶叶片。我甚至谨慎的怀疑其他合金材料制件的整体一致性，由于热应力以及材料分层接触面的缺陷的缘故。 事实上我看到的资料表明，在德国用DMLS加工的钢器件密度大概是原材料的95%，从侧面证明我的猜想。我手中没有测试资料，所以无法直接验证猜想。DMLS做出了蒸汽轮机的叶片，但我还没听说有哪家使用的，遑论航空发动机。
葡萄在这个帖子里面说了几个事情：
1. 而清华大学和华中科技大学，都已经利用这个技术实现了发动机领域开发应用。其中该技术让我国某款发动机器件的研制时间缩短了约19周。
这个说法只能蒙外行。发动机上的器件何止上万。工况不同，要求完全不一样。你举的这个例子虽然有可能是事实，但对你的论点完全没有支撑。因为很多人质疑的不是3D printing的应用，只是质疑的是你描绘的图景。此
2. 中航的成就是在C919承重件上用这个技术做到了4米*3米*2米的大件成型并通过了国家验收。
你不妨说出来是哪个大型件。如果我猜的不错的话，你这个例子根本是扯淡。鄙人的同事回国参加C919计划的人不少，我可以很容易验证你的话。btw, 我可以很明确的说，德国人在慕尼黑的DMLS的工作区间是250mm*250mm*185mm，你也许可以告诉我4*3*2的工作件是如何做出来的。当然，神州大地上处处有奇迹，比如昨天的打黑英雄今天就变成了贪污犯。所以我也只敢猜猜，还有请葡萄明确告知是哪个大型件。
（有人给出了北航大型整体钛合金构件激光成型，用于c919的机头。根据网上的论文，北航解决了我前面提出的钛合金激光成型中的“内部缺陷和热应力”的问题，并已经用于C919。倘若此事为真，那么国内在这个方向上确实走到了世界的前沿。在此我收回我上文中对葡萄的质疑，但前文的结论不变。）
最后，谈谈我对科技树的看法。我倾向于同意葡萄的部分说法，科技的发展会颠覆国家之间竞争的势态。过去60年中国的科技水平有了翻天覆地的变化，举国体制功不可没。但问题是过去的经验不适合未来。以前我们落后，所以瞄着领先的人追赶，山寨，我们60年可以走别人300年的路。但现在国内外的水平相差不多，没有谁领先我们30年可以任中国去模仿，这个时候举国体制的科技政策就有了大问题。因为资源有限，加上举国体制，所以突破的方向正确与否就非常关键。我前文所说的葡萄你这样的人掌管科技资源会带来灾难，说得就是这个角度。葡萄你自然是不服的，否则你就不会说什么“但是，做技术政策方向的人已经肯定这个是未来技术应用的方向之一”。我在这里说句狂妄自大的话，我还真不觉得国家973首席专家都是大牛。
不过你有句话我是同意的，时间会证明一切。就是不知道你描绘的前景中有没有加上一个时间限制？
通宝推：presario2200,黄世仁,黄袍怪,洗心,brentpyz,水随天去秋无际,一只黄鹂鸣翠柳,all4fun,舞动人生,戈山,海峰,家园 2013北京科博会展出~~这算是验证了麽？ 2013北京科博会北京航空航天大学钛合金激光直接成型展区照片（猛料）
外链图片需谨慎，可能会被源头改家园 这个我知道了，请看我以前发的 而且我对这位跳大神的人的质疑，并不建立在这个具体的事例之上。从去年开始，3D打印这事国内外突然热炒起来，很多发展了多年的技术，如laser sintering， DLSM最近突然被冠以3D 打印的名字热炒，我是非常反感的。而描绘一幅非常美丽的远景，让不懂技术的人以为是唾手可及的现实，则是忽悠的根本技巧。中航科技这个股票最后小心一点。
家园 至少3D打印可以比较容易解决一个问题： 比如在两种原料共存的一些结构件上。常见的例子是浴室使用的塑料软管，一头连接金属管道是金属材质的，另外一端是塑料的，目前基本上采用螺栓紧固+橡胶垫片实现的，如果在制作中引入3D打印技术，把金属和高分子材料作为原料按照较小的间隔同时打印，最终就是让高分子材料从金属中生长出来，这样应该具有更好的机械性能。
再比如在锤子的手柄的橡胶护套，现在都是用胶粘合在上面的，如果打印的话，在锤子手柄的金属部分形成大量的细小的凹腔，然后在外面将橡胶注塑在外面，最终橡胶通过填充凹腔和金属形成一起，这样的应用应该是有很多需求的。
家园 说到浴室，俺非常有同感 俺租房，上一个浴室喷头就是这么坏滴。连接处断裂了。
俺之所以对3d打印不抱太高也不抱太低的观点，是因为在分子生物学方面俺有一定的经验。05年的时候听杨焕明（不知道的人自己可以baidu下）讲课讲过说老美在发展新一代测序技术（当年的口号是1000美元测完一个人类基因组，大家可以baidu下第一个人类基因组计划花了多少钱动用了多少人力物力），他去参观（应该是05年前几年）的时候觉得他们的思路是匪夷所思，结果人家现在差不多有眉目了，接下来可以应用了。
现在呢，稍微一搜，第三代测序技术的文章铺天盖地。测序费用大幅度降低，敏感性上，能精确到测出来单个dna分子（过去的技术都要用pcr来扩增，增加其浓度的）的技术也已经呼之欲出了。也就这几年的事情。前几年，做个动物的线粒体全基因组可以发影响因子4左右的杂志，现在已经不行了。做个生物的全基因组测序能发science、nature的时代，也已经结束了。
俺不是做分子生物学的，真不知道接下来技术进步还能整出来什么幺蛾子。但是反过来看，癌症、艾滋病这些疾病的研究，就是雷声大雨点小。所以俺倾向于相信，对于复杂系统，一些科技进步可能比预想的要慢，而对于一些相对较简单的系统，科技进步未必就那么慢。
家园 检测出和作用到的难度当然不是一个数量级的啊 家园 乐观一点说，3D打印技术现在已经在实用化的前期了 3D打印的基础主要是3个：
1.计算机辅助建模
2.精密4轴/多轴机加工系统
3.粉末冶金/高分子熔融
前两项基本上已经大规模应用了，甚至于爱好者可以在家里用光轴，步进电机diy了，(目前大家用的都还是日本货，国产的质量不过硬)。这个可以参看amobbs一类的论坛，或者在taobao上搜索一下"雕刻机"。甚至有爱好者自己制作了线切割机和贴片机了
难点在于第三点，如何在可控的环境下使用激光或者高频熔融技术在一个简单的环境下对原材料通过喷溅/注射等技术将原材料放置到合适的位置使用合适的工艺将其固化。
当然在没有新的材料学范畴的突破前提下，3D打印不能够取代锻造技术，不能够做大体积的工件。但是在一些精密加工方向上还是有些可能的。
我是一个写程序的，业余喜欢制作一些电路板，3D打印对于电路板，特别是多层板方向，还是胜任的。甚至于可以直接在基板中打印阻容件，很是期待。
家园 对了你是西西河里写自己DIY打印3D打印机的那个河友么 del
家园 国内的3D技术好象解密了一部份 北航教授在中科院的演讲
http://v.youku.com/v_show/id_XNDczOTI0MzA4.html
摘要
http://www.fyjs.cn/bbs/htm_data/159/1211/825755.html
这个钛粉激光成型，和我见过的家庭3D打印机，完全不是一个级别……居然比锻造的物理性能还要好，难以置信。不晓得是怎么解决粉末间的空隙问题的。以后锻造只能造简单结构的大件和拼成本了。
家园 几个月以前还有人质疑 激光3d制造能不能造涡轮喷气发动机的涡轮盘喝叶片，没想到比锻造还好
家园 关键设备核心技术 del
- 复 关键设备核心技术
家园 葡萄大。请问国内有哪些企业3D在研较好的？ - 复 关键设备核心技术
家园 给你一个资料，供参考。3D打印上未必比美国人差。 北航王华明就飞机钛合金激光快速成型的应用在中科院演讲（摘要）
2012年奥巴马在卡内基梅隆大学，宣布创立美国“制造创新国家网络”计划，成立15个制造创新中心组成网络，投资10亿美元。经过5个多月的论证最后还是选了“增材制造”作为第一个中心的研究方向。
一个发动机叶盘，传统工艺制造属于“雕刻”，最后剩下来的只有7%。
F22钛框，面积5.53平方米。3万吨水压机模锻件能达到0.8平方米，8万吨能达到4.5平方米。
传统方法，铸锭、制胚、模具、模锻。举例一个很小飞机框，宝钢等温锻造，模具7千万，分摊到每一个零件，模具费就有几十万。又举例美国的一个飞机零件，压成一个饼3吨，到最后加工完成只有144公斤，材料利用率不到5%。
用他的增材制造，材料利用率80%左右。
我们打印出的最大的整体结构件5平方米，美国做不了。
激光打印出的零件，超过或者等同于锻件的性能，抗疲劳强度，比锻件高32-53%，疲劳裂纹扩散速率降低一个数量级。常规性能和锻件差不多，但高温、持久、抗疲劳性能比锻件好很多。
飞机起落架的超高强度钢，用此方法抗疲劳强度可以比锻件高20%。涡轮叶片用此方法900度疲劳强度可以比第二代单晶高40%。
应用方面，2005年开始，919是可以说的，其他的都不能说（涉及保密）。919，双曲面窗框，只有欧洲有有家公司能做，周期2年，先付200万美元模具费，而且零件非常贵。而我们55天就做好了，4大件，2件已经装上了飞机。
翅膀根的受力件，我们做出来136公斤，锻件1706公斤，节省材料90%+，节省了大量材料。10年，已经做完了性能测试，比锻件还要好。
05年做出图示零件（猜测是军用飞机上所使用），需要5天，现在只要几小时。
06年某飞机起落架的关键零部件，目前已经批生产，已经受2000多个起落。如果没有这个技术，这个飞机就出不来，可能要推两年。
某飞机上非常复杂的一个零件，钛合金，一架飞机好几个，现阶段传统技术无法做出来，国内三种方案去研究，两三年不成功，后又去找国外。国外先说能做，看到图纸以后，说做不了。我们临危受命，去年5月19号开始，现在已经装了很多架飞机。
某飞机零件原来锻胚580公斤，我们做出来36公斤。580公斤锻胚，我们没有这么大的锻造装备，锻不透，性能都不合格。就算加工出来，内应力很大，变形、开裂，成品率非常低。
（吐槽F22），F22的机翼和机身连接件，超大超复杂的钛合金构件，因为太复杂20、30万吨的水压机也做不出来。美国人就分成三个铸件，然后热等静压再焊接，铸件的性能很差，但美国人没办法，F22就是这样用的。（换了一个图片）我们激光成型就可以直接加工出如图示的这么大的零件，这是一个整 体（意思是不用分段铸造然后焊接），上面站了一个人，大家可以看出它的尺度。他的性能比锻件还好（意思是当然就甩铸件几条街了），可以毫不谦虚地说，这是迄今世界上性能最好的、结构最复杂的构件，美国人也只能是铸造，锻是不可能的，焊也不可能，因为焊出来的性能不行。这个已经通过了8000小时的疲劳试验，一年多时间。就这个构件，铝合金、钢大家看看能不能做出来，更何况钛合金。
我们发动机不行，心脏病，未来发动机就是一肚子的整体叶 盘，叶片和盘子分开的重量太重。而我们现在可以叶片和盘子同时出来，而且叶片我们可以随心所欲控制组织，让它长成柱状晶，他的高温性能就很好，这里我们让 它长成等柱晶，**疲劳度就很好，如果温度再高，我们就可以换材料，它可以做到随心所欲，一种零件可以用很多种材料来做（不知是在同一个零件上的不同部 位，还是同一种零件用不同材料）。
我这里面都没说具体的零件名称，牵涉到保密的大家都不要说，也不要拍照。我尽量做到没有放（图片）零件，只放毛胚，因为零件还是比较敏感。
这种加工方法，不能包打天下，适合难加工的、高性能的、贵的、别的方法做不出来的零件，优势是成本、周期、性能，这个方面我们走到了美国人前面。
设备用的激光器都是进口，担心被美国人卡脖子，希望国家在大功率激光器上重视。
5年前曾经和飞机总设计师聊天，说我们快速设计飞机，都是整体、大型、超长的结构，在2、3个月内就把飞机造出来，不开一套模具，不打一个锻件，不做一个焊缝。也许有人认为这是个梦想，但实际上这已经不是梦想了，我们已经有这样的潜力，只是目前能力有限。（这一段其实是欲言又止，应该是涉及保密，只好把能力藏着掖着了。这件事肯定在做，最近航空大爆发，绝对和他们这个技术有关。）