图：小型3D列印机。影像中国图：河北省衡水市家乐园中学教师引导学生拼搭3D列印模型。新华社记者张 驰摄
制图：赵偲汝
3D列印是锻造业热门控制技术，应用范围甚广。它既能列印塑料、陶瓷等非金属材料，也能列印钢铁、碳纤维、钛合金、高温合金等金属板材，以及复合板材、生物板材甚至是生命板材，成型尺寸从微奈米元器件到10米以上大型航空玻璃钢，为现代锻造业发展及现代锻造业升级转型提供了巨大契机。
相较现代锻造方式，3D列印在经营理念上大为相同。他们经常使用的产品都是二维的，现代锻造方式是铸件成型或是研磨研磨，也称作是等材锻造及减材锻造。等材锻造就是现代人熟知的艾居焊，已经有几千年历史。无论是四川的三星堆，还是陕西的秦俑，都能看到用等材锻造方式做成的精美铜器。电动机问世后，以其为动力，能对板材进行研磨研磨。因为在车铣刨磨的处理过程中板材逐渐被包住，所以被称为减材锻造。与上述两种现代锻造方式相比，他们俗称的3D列印控制技术是上世纪80年代发明者的新锻造方式，类似海棠衔泥造窝，板材慢慢加总，制出二维物体来，因此又称involves锻造。虽然从经营理念上说，海棠衔泥、中国长城都能视为involves锻造，但是只有在基本操作下，把须要的板材依照设计加总到须要的地方，同时实现控形控性，才是真正的involves锻造。
借力产品开发锻造，推动中高档锻造业长足发展
经过多年研究与发展，现代人发明者了SBR、粉末状热处理、丝材加总等3D列印控制技术。这3种控制技术分别利用激光扫描液态对光树脂表面，使之重构，或是高能量束扫描板材粉末状，使之热处理，或是采用热/静电/高能量束熔化丝材依照图形切面铺设等方式，在切面上慢慢加总，做成二维实体配件。信息控制技术飞速发展，3D列印控制技术在基本操作下，能列印出多种板材、任意花纹，因此在工业及日常生活中，正带来许多重大变化。
相同的锻造控制技术有相同的控制技术特点。比如说等材锻造的艾居焊过程，须要铸件、截叶，如果他们只做一件样品，生产成本上就好几千元，它更适合于批量锻造。当然，也能用减材锻造进行研磨研磨，但处理过程会造成板材浪费。比如说航太锻造中，为同时实现高性能，一些配件很大却很轻，花纹复杂，要把板材尽可能地分布在边缘，这就须要包住很多板材。对一些像碳纤维、钛合金这样贵重的金属来说，付出的生产成本高昂。3D列印控制技术摆脱了铸件、T5800机械加工等生产准备工作，在新产品开发、圣吉龙县锻造等方面，极大缩短了周期，降低了生产成本。而且通过基本操作，完全同时实现网络化，哪里须要板材，就能把板材堆积到这儿，做到水煤浆锻造。
目前，我国不少企业的锻造能力强，但产品开发能力相对不足，制约了锻造业向价值链顶端的发展。3D列印能帮助他们补足这一短板，缩短设计迭代、样机制作、评价、分析、改进、量产等流程。如在航太等中高档装备的快速开发和迭代升级方面，3D列印已成为新产品开发的有力工具。
3D列印还为创新设计拓展出巨大空间。过去设计师虽然有很好的构想，但由于铸件锻造的复杂性、切削研磨空间的可达性，不能依照原构想来设计，只能把大的配件拆成几十、上百个小配件，设计与锻造的生产成本随之增加。对于现代锻造难以同时实现的配件花纹或结构，3D列印能胜任，通过结构一体化锻造，同时实现最优设计构想。这就为设计创新、产品创新、装备创新提供巨大空间，由此为锻造业带来不可估量的效益。比如说，一家生产飞机发动机的大型公司，原来在锻造发动机燃油喷嘴过程中，由于锻造控制技术的局限，须要把喷嘴分成20多个配件去锻造。这20多个配件中的每一个都要达到微米级，装配在一起时须要焊接，然而一焊接，就达不到微米级的精度了。结果，燃油喷嘴的锻造缺乏一致性，燃油效率很难优化。而现在，能把20多个配件一体化地3D列印出来，化繁为简，提高了配件的燃油效率，大大增强产品竞争力。
除了擅长复杂配件的设计锻造，3D列印还能在个性化锻造上大显身手。伴随信息化进程，个性化锻造在越来越多的领域替代流水线式大批量锻造。家电、可穿戴电子设备乃至汽车等消费品越来越呈现个性化趋势，而3D列印尤为擅长个性化锻造。比如说为运动员3D列印一双最适合其脚型的鞋子，将有助于改善穿着体验，提高运动成绩。在精准医疗领域，如骨科手术辅具、牙科正畸、手术模型等方面，能够越来越多地看到3D列印的应用。3D列印医疗器械新产品层出不穷，已从最初用于锻造生物假体，扩展至细胞、组织和器官列印研究，未来或将用于人体器官再创，为人类带来福祉。
产业链不断扩展，“3D列印+”迈上新台阶
全球involves锻造产业链正在不断扩展。航太、航海、能源动力、汽车和轨道交通、电子工业、铸件锻造、医疗健康、数字创意、建筑等领域的企业和服务厂商不断涌入involves锻造产业。汽车行业超越航太、医疗等领域，成为3D列印控制技术的第一大应用行业，包括原型设计、铸件锻造和批量化3D列印配件等。
3D列印在前沿科学研究方面，也发挥着越来越重要的作用。3D列印控制技术能在可控条件下，快速将相同板材混合在一起，打印试件或配件，因此能依照板材基因组方式，实验与发明者新合金、新复合板材，为工业应用快速开发出更多更好的新板材，满足中高档装备、新产品的多方面需求。近年来，功能梯度板材越来越受到重视。用多种相同板材列印零件，将板材分层，相同板材列印在相同层，配件就能同时实现表面是耐磨、耐腐蚀的，里面是高强度、韧性好的，再里面就像人体的骨头一样，是疏松的蜂窝状结构。如此一来，产品在增强刚性的同时减轻了重量。
当前，现代人正致力于involves锻造控制技术开发与产业化。3D列印已经应用于我国航太开发和小批量锻造、汽车快速开发及高性能、精准医疗、文化创意等领域。在板材制备、3D列印主流工艺与装备、关键零部件、控制软件及各领域工程应用等方面，初步形成创新链与产业链。去年，我国involves锻造产业规模增速高于全球同期增速。我国已将3D列印应用于飞机起落架这类高负荷承力件；中国首枚火星探测器“天问一号”的运载火箭发动机上，安装了许多3D列印配件。作为一种短流程的锻造控制技术，3D列印在抗击新冠肺炎疫情中也发挥了作用，如3D列印医疗方舱、护目镜、呼吸阀等。
经过近40年发展，involves锻造已经迈向“3D列印+”阶段。从开始的原型锻造逐渐发展为直接锻造、批量锻造；从以花纹控制为主要目标的模型铸件锻造，到形性兼具的结构功能一体化的部件组件锻造；从微奈米尺度的功能元器件锻造到数十米大小的民用建筑物列印……involves锻造作为一项变革性控制技术，是先进锻造的有力工具，是智能锻造不可分割的重要组成部分。
随着“3D列印+”的深入开展，involves锻造、减材锻造与等材锻造将走向互融互通。相同锻造控制技术各显其长，发挥合力，共同推动我国由锻造大国向锻造强国迈进。
（卢秉恒作者为中国工程院院士、西安交通大学教授）
