中国梦——3D创新

袁新立 梁晓英

作为我国工业战线上的一位老专家老领导，林宗棠至今已经在工业领域工作了64个年头。其间，他曾作为掌门人掌控着高新技术最为集中的航空航天工业，在取得辉煌成绩的同时更为后来者打下了坚实的发展基础。然而，对于3D打印，林老却笑称自己为“老科盲、老学童”，虽已88岁高龄仍甘愿从头学起，在大量考察和实践的基础上，为3D打印产业在中国的发展提出了真知灼见。

3D打印——88岁老人的新课程

2013年8月，林宗棠得知中航工业在飞机的研制过程中率先采用了3D打印技术，并将3D打印部件用在了新机型上，此后便对这种新型的精确制造技术产生了浓厚兴趣。而这也是他第一次听说3D打印技术。

对于3D打印技术在航空制造领域的应用，林老即欣慰又内疚。之所以如此，用林老的话说就是，“我从1949年就开始搞工业，到去年为止已经在工业战线上工作了64年了，在基层和领导岗位上都工作过，而且主管的都是高科技领域与技术创新方面。但是我对3D打印却是个科盲，不知道什么是3D打印，感觉这方面没有更好地完成党交给的任务。”

也正是因此，88岁高龄的他将3D打印列为自己的又一个学习课程。

自去年8月开始，在之后半年多的时间里，林老在北京并赴上海沈阳、武汉、昆山、西安、深圳等地先后考察了近二十多家单位，既有中航工业沈阳所、中航工业制造所、中航工业材料院、中航工业西飞等航空工业领域内的厂所，又有清华大学、北京航空航天大学、华中科技大学、西北工业大学等高校，还有民营企业和外国企业等，希望对3D打印在国内的发展和应用有个系统的了解。

“全国哪里有与3D打印相关的业务，我就到哪里去，今年我还要继续学习。”

在考察中航工业沈阳所期间，林老对该所大胆创新，在新机研制中率先采用3D打印技术大为赞赏。

他在与该所总设计师王永庆交流的过程中得知，该所早在十几年前启动新一代飞机研制时，由于几个关键部件采用现有的制造技术难以达到质量要求，所以决定引入3D打印技术。此后，该所又与北京航空航天大学的王华明教授合作，历经十多年的攻关，终于制造出了可以装机的3D打印部件，使新机的研制进程大为加快。“飞机上非常重要的模锻件采用3D打印技术制造，并且已经装机使用，当然还要经过检验。现在初步看来是成功的，材料的性能达到并相当于模锻件，个别的指标比模锻件还要好，这就对飞机的发展起了非常大的作用。”

在林老眼里，中航工业沈阳所和王永庆、王华明都是好样的，他们很有前瞻性眼光，并且能够把握先进技术的发展趋势，在将3D打印技术应用于航空制造这个方面赶上并超过了发达国家。而这也更坚定了他继续学习的信念，“我今年还想继续学习，再考察一二十个企业和院校、研究院所。”

实践出真知

在为时半年多的考察中，林老发现全国已经有100多家单位在从事3D打印相关的科研和制造工作，除了北京之外，西安、武汉、沈阳以及长三角地区很多单位都做的很好。而在工业应用方面，航空工业走在了其他行业的前面。

“党中央和国家对3D打印技术的发展应用很重视，我去过的这些单位，党和国家的很多位领导人都去考察过，可以说3D打印的曙光在中华大地上已经悄悄升起了。”

考察学习的同时，林老还自己购买零部件组装了2台初级的3D打印机，借此更深刻地了解打印机的工作原理和工作特点。此后，有企业又拿来新研制的2台同类别的3D打印机，要他试用并且还要给企业提供试用报告和修改意见。“我现在变成了88岁的3D打印试验工，4台机器24小时不停工作，我也每天工作24小时。”

通过组装和试用，林老发现3D打印机的制造原理和结构其实并不复杂，当然他组装和使用的只是初级产品。所以，谈到未来3D打印技术在工业领域应用，他认为“将来工业方面要使用金属原料和其他高级材料来制造产品，就要使用激光和高能电子束，所以未来关键的技术还是激光的功率和激光头。”

而为了破除上述疑问，林老还专门拜访了我国激光领域的专家。“目前，武汉的科研人员已经制造出了功率达到1万瓦的民用激光器，未来的目标是制造出10万瓦的民用激光器，这些设备都可以用在3D打印领域。”

当前，清华大学颜永年教授正在领衔研制12万吨的模锻水压机。在该级别的模锻水压机上，一个大型部件的重量就达数百吨，而制造这种部件的毛坯件的重量就更大，如果采用传统工艺，需要自由锻、粗加工、热处理等多道工序才能制造完成。在与颜永年教授的交流中，颜教授告诉林老未来可能采用3D打印技术，以金属粉末为原料制造出毛坯件，可以省却多道工艺。这让林老对3D打印技术在工业领域的应用，以及制造大型机械部件更有信心。

从3D打印到3D创新

通过对3D打印机的试用，林老感觉到其构造与工作原理和传统的平面打印机没有本质的区别，但是要实现3D打印，前提是必须有3D设计。3D设计与3D打印的结合，才是3D打印产业基本的产业模式，他将这称作“3D创新”。

之所以将其称作3D创新，是因为这样能够将3D打印产业的上下游基本上贯穿起来。“3D打印有个先决条件，就是有3D设计。3D设计可以采取包括3D绘图或3D扫描两种方式来实现，也可以两种方式相结合，在3D扫描的基础上辅以3D绘图等，获得3D设计文件。然后才能实现3D打印。”

事实上，3D打印技术早在30年前就已经出现并投入应用，其更为专业的名字是增材制造技术，即采用高能束流（电子束、激光）或其他能源，借助3D设计将材料熔铺沉积或组合焊接，逐步累积成实体构件。由此可见，它与我们当前应用最为广泛的切削等减材加工技术完全不同。

正是基于不断深入的了解，林老认为，3D打印与之前我国研制电子对撞机、“嫦娥”二号探测器等大型工程不同，“3D打印没有什么需要我们特别克服了才能上的技术。它的原理是很朴实的，并不深奥。但是作为一项新兴技术，它应用到我们的科技领域、经济领域，甚至是全社会各个领域里，可能会产生我们意想不到的作用，做出突出的贡献。”

林老认为，增材制造与减材制造这两种技术是辩证统一的，都是大自然的规律使然。“在地球上，一颗种子长成参天大树是增材的过程；从一个细胞成长为一个人，也是增材的过程。而水流冲刷最终形成河道，则是体现了减材的特征，而作为人类发展的重要标志之一，学会使用切削工具同样体现了减材的特征。所以说，增材与减材这两个概念，一直伴随着人类社会发展的全过程。”

所以，如果认识到了这个规律，认识到了二者的辩证统一，就可以更好地加以利用，催生新的产业领域，比如用3D打印技术制造工业领域大量需要的模具，也可以用3D打印技术制造医疗领域需求的人造牙齿、人造骨骼等，未来还可以用3D打印技术制造人造细胞、人造心脏等等。

用3D创新助推国家产业升级

对于我国来讲，3D打印技术更为重要的意义表现在，可以用它来提升现有的生产力水平，服务于国家的产业升级战略。

“从目前国际上的发展情况来看，3D产业作为一个独立的产业，其规模还很小，年产值也就20多亿美元，未来5～10年有可能发展到100亿美元的规模。但是，我们现有的一些产业，其规模可以达到数千亿甚至上万亿，用3D打印技术对这些产业进行改造升级，它的作用将远远大于作为一个独立的产业本身，并能够带来更大的价值。”采访过程中，林老多次强调了这一点， 3D打印技术本身就是一项伟大的创新，所以，如何将其应用到我们的经济建设中，也要有创新性的思路，即将它融入到现有产业中所产生的效益，将远远大于将其作为一个独立产业所产生的效益。

2012年，美国总统奥巴马宣布，美国未来要大力支持发展包括3D打印在内的新兴制造技术，目标打造高端制造业，把“中国制造”变回“美国制造”。

多年来，我国出口贸易一直保持高速增长，已经成为世界第二大出口国。特别是作为主要出口产品的机电产品，2013年度的出口额更是达到了12655亿美元，超越了美国、德国、日本等西方国家。中国”制造在走向全球的同时，也被西方国家视为最大的威胁。所以，以美国为首的发达国家，近年来也在纷纷寻求产业升级与转型，同中国展开新一轮的竞争。“因此我认为3D打印搞不搞，怎么搞，不是一个简单的科技问题，而是一个关系国家发展战略的重大课题。”20世纪80年代初，正是林老向国务院提出建议成立国务院机电产品出口办公室，拉开了中国机电产品走向世界的大幕。

一个老共产党员的建议

采访中，林老说得最多的一句话就是“我是一个老共产党员”，笔者知道，这简单的一句话里饱含了对我国经济发展、科技创新的无限关注与深情；也饱含了一名工业战线老领导对于新兴产业发展所给予的厚望。

“虽然很多国家都很重视3D打印技术的发展，但是我认为这个产业还处于发展的初级阶段，现在全球的年产值也就20多亿美元。我认为我们现在要抓住这个产业发展先机，迎头赶上，在实现中国梦的伟大进程中，一定会产生意想不到的突出效果。”

也是基于一个老共产党员的责任心，林老为3D打印产业大发展提出了三条建议。

第一，建议党中央国务院把3D创新列为国家重大科技项目。

3D创新的发展，要像过去抓国家重大技术装备一样，狠抓100个研发创新重点，逐个突破，由点到面，不断发展，不断提高。“3D创新具有普遍性，不同于大型飞机、核电站等项目，它不是一般的重大科技专项，而应该是重中之重。此外国务院应该重视，不是叫哪个部门、哪个公司去搞，而是国务院要有个大的政策，要有重点。”

在林老的工作经历中，一项重要的工作就是抓重大技术装备的建设。1958年，国家做出了建设万吨水压机的决定，批准在上海建造一台1.2万吨的水压机，林老当时担任项目的副总设计师。在这个重大项目中，以林老为首的技术队伍大胆创新，克服技术和设备上的种种困难，利用突破常规的建造方法，采用焊接工艺将大型钢板进行焊接，从而解决了水压机4根大型立柱的制造难题，也打破了苏联专家所谓的“中国无法独自建设万吨水压机”的言论。“当时万吨水压机的4根立柱要用大钢锭来锻造，而已有的水压机根本无法满足要求。所以，我们就想了一个别的办法，就是采用‘竹节式将大型钢板焊接起来，最终取得了成功。现在想想，这也是一种增材制造。”

第二，建议在全国播撒3D创新的种子。

“我曾经问过很多老朋友、老领导，他们中好多人都不了解3D打印技术，都认为这种高科技很奇妙。我到学校问过很多学生，他们都只知道电脑，但是对3D打印完全没有概念。”

所以林老建议，要想促进未来3D创新大发展，就必须从娃娃抓起。他建议在全国播下10万个种子：一方面是增加教材，小学、中学、大学都增加关于3D打印技术的教材；另一个，最有效的办法就是向学校赠送3D打印机，让孩子们自己动手、动脑进行3D打印的实际操作。这样的话，如果有10万个种子，那相当于为未来培养了10万3D创新能手，而他们则会影响身边更多的人，可能是100万甚至1000万人。

“目前，这项工作已经在北京门头沟区的学校里开始试验，逐步扩展到全北京16个区，每个区建设一个试验点，这样一批孩子学完了，可以再换一批，将来还可以评一个3D创新小能手，给他们一个鼓励。如果北京的试点取得成功，未来可以向上海、广东、江苏、浙江等地区推广。”说到这里，林老显得有些激动，他迫切的心情我们可以理解。

不久前中央国家机关老干部康乐文化指导中心搞了一个公益活动，原本计划向一些学校赠送生活用品和教材等，后来在林老建议下最终他个人出资向门头沟区大峪中学赠送了十台3D打印机。为此，门头沟区专门成立了“山谷教育实践活动‘3D体验中心”“我希望通过赠送3D打印机，送给孩子们一个创新的思想，这对于他们将来的发展会更有意义。”

第三，建议创建中国3D创新联合体。

现在全国从事3D打印技术研究和应用的单位有100多家，但是各自为政，分散经营，且各家的综合实力也大不相同。“所以我建议成立一个3D创新联合体，组织结构上采用虚实结合的模式，虚指的是这是一个基于网络的联合体，采用网络办公；实指的是各家仍然保持独立性，各自经营。这样的好处是从3D设计、3D扫描到3D打印，充分发挥全国的力量。举例来说，当有企业提出产品设计要求之后，通过这个联合体可以在网上快速组织设计力量进行设计，完成设计之后转成文件，就可以根据企业的需要从网上传给3D打印企业，几个小时或十几个小时就能完成样品的制造。然后通过快递可以马上送到客户的手上。”

除了国内企业的联合之外，还可以3D创新联合体的名义，与国外的企业进行交流，进而赶超发达国家水平。“我现在有个设想，也是未来要实现的目标，就是基于上述3D创新联合体，在国内布置10万台的3D打印机，其中有1000台的金属打印机，年产值可以达到100亿美元。”

今年初，林老就上述建议向中央领导同志提交了一封建议信。日前，习近平、李克强等领导同志专门就林老的来信建议做了重要批示。

对于在3D打印技术应用方面已经迈出了一大步的中航工业，林老的建议是希望将已经取得的经验推广开来，使3D打印技术能够更好地促进中国航空工业的发展。

“与其他行业相比，我们航空工业在这方面走在了前头。但是知道这个技术的人还比较少，而且也有不同看法，所以能在工作中加以应用的人就更少了。所以，需要在我们全行业，尤其是干部队伍里率先普及3D创新，领导干部以后不要只有切削的概念，也要有增材制造的概念，这样你这个领导才能发展得更全面一些。”

林老认为，航空工业的科研队伍特别是总设计师队伍，无论是设计飞机也好、发动机也好，都要对3D打印技术有深刻的认识，并积极尝试在实际工作中加以应用。“我认为，首先可以请总设计师到3D打印制造的现场去参观，首先明白什么叫3D打印，然后才能研究是否可以在未来加以应用。其次，我建议集团公司对此要有统一的部署，这也是为航空工业播散3D创新的种子，未来航空工业的发展会越来越快。”