主题：【原创】【原创】3D printing，我再多说几句 -- puma2011
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。我手中没有测试资料，所以无法验证猜想。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。
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。
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。但问题是搞科技是烧钱。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？