卢秉恒院士:要在太空中建起“3D打印工厂”

3D打印技术被称为制造业的后起之秀，在航空航天、精准医疗等前沿领域，具有着无可替代的应用，西安交通大学的卢秉恒院士被称为“中国3D打印之父”，从工厂一线的熟练工到大学教授，再到中国3D打印领域院士，历经20多年，他带领团队破壁前行，让3D打印技术在中国实现从无到有，并在太空中首次实现3D打印实验。

虽然已经快到耄耋之年，但卢秉恒依然奋斗不止，1987年卢秉恒博士毕业，当时他的研究方向是机械的减震问题，应用领域从一般的机械工业到汽车制造甚至是尖端的航空航天，前景广阔。1992年访美期间，卢秉恒第一次看到了3D打印技术，在汽车制造业中的应用，这让他在近50岁时改变研究领域，走上3D打印之路，支撑他的勇气，正是3D打印技术的颠覆和神奇之处。卢秉恒说道：“每逢传统技术制造起来困难的一些任务，我们用3D打印来完成，这都是我心里感到非常高兴的时刻，非常荣耀的时刻。”

这个是卢院士这两天的行程，从早到晚几乎没有空闲的时间，已经78岁高龄的他行程非常的紧凑而且忙碌，趁着他这会稍微有一点空闲的时间，我们来到国家增材制造创新中心拜访他。

这是一个蜂窝立方体，适用于航空航天、汽车制造等领域的减重结构，它类似面筋孔洞多结构复杂，如果要用传统工艺来制造的话往往需要耗时二十几天程序，要多达二十几道工序。在有了3D打印技术之后，只需要耗时十几个小时，一道工序就可以完成。

这个金丝铠甲如果使用传统工艺来制造，需要一个环一个环的编织，且小环留有接口易受力容易破裂，强度不够，有了3D打印技术一体成型就完美的解决了这些难题。

细小的零件可以打印矩形壳体也不在话下，这是一个火箭的储油罐，这些是一体成型车身。3D打印在形状上没有天花板，只有想不到，没有打不了。万事开头难，卢秉恒在起步研究3D打印技术时，面临没有经费，没有材料技术封锁等问题，但他坚信国家需要这项技术，再多的困难都能克服。“这个是我们从95年就开始研发的，得到科技部重点公关项目的支持，98年就拿到第一个订单，实际上这个遇到的技术问题还是很多的，第一个是软件也没见过，也没什么参考的。第二个，就是这个材料，材料跟激光的功率怎么样匹配，这个怎么样防止变形，非常自豪我们的能力实现了国产化，在全国普及了，而且不用国外进口的东西了。”

卢秉恒并非毕业就踏入三尺讲台，投身科研，而是进入河南三门峡中原量仪厂，工作了十多年，从车工到技术员再到厂长，手上厚厚的老茧，还积淀着那段来自基层的记忆。“干了五年半车工，整天摸着钢铁，手上就有老茧。科技部就是来考察我们能不能上这个项目，他跟我握手，当时没告诉我，这是十年后我把这事情干得很成功了，他见了我说当时别的院校也有做这个技术的，结果我们当时跟你一握手，我觉得手上有老茧，这个人能干这个实际的事，把这个科技交给我了”

2020年5月5号，长征五号b运载火箭搭载的连续纤维增强复合材料，太空3D打印装备让我国首次进行了太空3D打印实验，这也是国际上第一次在太空中开展连续纤维复合材料的3D打印实验，此次在试验船上搭载了一台我国自主研制的复合材料空间3D打印系统。科研人员将这台3D打印机安装在了试验船返回舱之中，飞行期间
该系统自主完成了连续纤维增强复合材料的样件打印，并验证了微重力环境下复合材料3D打印的科学实验目标。

最重要的就是航空航天，航空航天是个技术复杂的产品，传统制造很难制造，航空航天在制造中95%以上的材料被切除掉了，变成废品了，这都是很昂贵的材料，而3D打印是哪需要材料就把材料堆积在哪里，所以在材料节约方面有独特的优势。“这个是我们为航天部门打印的一个燃料储箱，像这么一个封闭的一个罐，用传统制造是很难制造出来的，它必须把它分成两半，然后再焊接起来那么去制造，但是我们这个3D打印是整体制造的，已经完成了火箭的发射。”

“这个是下一代准备到火星上去的连接环，一个空间站的东西坏了怎么办，那我们也就必须做一个在太空中能打印的太空工作站，需要什么临时就打印了，尤其是在太空中打印吧，我们用小的设备可以打印很大的东西，没有重量了，下面不要支撑了啊，所以不像我们在地上打印这么大，环这个设备也得那么大，那在太空一个小的设备就可以打无限长的东西，所以我们开发这个小的设备，一道工序就解决问题了。”

不仅是航空航天领域，3D打印技术正在成为诸多领域科技创新的加速器，为了让3D打印家向各个制造业领域深入应用，卢秉恒经常与从各领域前来的学术专家一起探讨，在卡脖子问题上寻求突破。“因为在工程院做些这个咨询研究，接触的其他领域都很多知识的综合，多学科的交叉使自己在科学创新思维上面更宽了，这个觉得这个源泉好像更丰富了。
”如今卢秉恒在3D打印技术的基础上还正在进一步攻关，基于智能材料的4D打印和生物制造打印技术。“4D打印就是一种智能材料，这个材料在不同的环境下，不同的这个温度、不同的电磁场，这些它就会改变它的形状，形状的变化叫4D打印。5D打印，这个名词是我提出来的还有一个更重要的功能的改变，就是体现在我们这个生物制造和器官再创。制造出来是一个死的东西，但是我要植入一定的生物化学的环境，植入人体这么一个环境，它就可以生长出自己的骨细胞，成为自己的器官的活体，所以功能为这是更重要的一位，也无敌大业，你看这边这都是打印的脊椎骨，这叫假体，这是钛合金，你看这个也是一个人的这个颌面骨缺失了，根据CT做出这一个件。然后就安装在身上，这个就面部就恢复了，进一步的以后就是用这个活性细胞生长因子来进行打印，打印就做出活体的器官。现在有打印出这个能够跳动的心脏，也有打印出这个别的器官的。”

“我觉得这个人的一生，你生下来干什么，就是为社会做贡献的，能做一步就是一步啊。3D打印可以是整个制造业创新的一种源泉，是一个促进创新的一个match最有力的武器，怎么样能更好地发展3D打印技术，能够把它能更好地应入到我们国家各个领域中去，这是一种责任的担当，所以也停不下来脚步。”

来源：陕西广播电视台