3D打印巅峰对话：从航空航天装备制造到微观细胞培养

从宇宙深处的太空站到地球表面的巨型飞行器，从歼-11B战斗机零件到国产大飞机C919的机身，3D打印技术正在重新定义航空航天装备的制造方式，帮助工程师们创造出更轻、更强、更高效的部件和结构，推动着太空探索和航空工业革命。

另一方面，3D打印技术在微观世界也迅速扩展触角，进入其中最神奇的领域——细胞培养。通过3D打印技术，科学家们能够精确构建细胞和组织的微观结构，用于器官再生、新药研发等，开辟全新的治疗途径，为人类健康带来福音。

6月3日，怀柔·黑马科创产业加速器联合太阳帆创投、美森咨询集团、惠裕全球家族智库共同举办太阳帆未来对话，邀请到了中国工程院院士、北京航空航天大学教授王华明，以及摩方精密联合创始人兼CTO夏春光博士，共话3D打印的前沿研究和未来应用。

资料显示，王华明院士投身于高性能大型关键构件增材制造（3D打印）技术金属领域已超过20年的时间，在飞机驾驶舱窗框制造方面曾带领团队借助3D打印技术为项目组节省了90%的成本，为航空行业带来了巨大的变革。夏春光是美国伊利诺伊大学机械工程系博士，工程力学硕士，发明设计了摩方精密的3D打印技术和产品，其联合成立的摩方精密具有全球领先的超高打印精度，目前已经达到了2μm的精度水平。

本次活动还吸引到了30多位投资机构代表与怀柔科创营三期学员，他们分别来自首钢基金、中信建投、凝视资本、北京启迪应急、毕来科技、腾业资本、金风资本、科学家在线、斯柯莱特科技、安洁拉视觉、拓宝增材、北京海升集团、创业黑马、搜狐、58同城、世创智影、知行合一读书等。

以下为圆桌对话原文（部分内容有删减修订）：

01
竞争：中国3D打印技术
部分领域“弯道超车”

“王院士专注的大型的金属结构件打印，以及夏博士专注的微米级3D打印技术是全球领先的两个技术方向。在你们看来，中美之间的3D打印技术竞争关系以及未来发展趋势是怎样的？”

夏春光博士：3D打印技术最早在美国开始发展，而当时中国仍处于解决基本生活需求阶段，没有过多关注3D打印。尽管美国起步领先，但后来未能找到明确的应用方向，导致3D打印在美国的发展不温不火，相关公司也在寻找出路。

目前的主要挑战是确定3D打印技术的应用方向。中国的专家，以王院士为代表，已在航空领域找到了应用方向，并展现出与美国相媲美的实力。此外，在塑料件和精密陶瓷件的公差控制方面，以摩方精密为代表的公司也一直处于领先地位。这也是为什么许多欧美公司不远千里来找摩方精密作为合作伙伴。总之，我们存在不足之处，但在某些领域也处于领先地位。

王华明院士：总的来说，3D打印技术最终必须在制造业中发挥作用。因此，大部分公司正在研发和探索各种技术，但只有当这些技术能够进入生产线并成为实际应用的技术时，它们才能真正发挥作用。

需要强调的是，3D打印只是一种工艺手段，它无法代替加工过程，而是应与其他制造技术相结合，充分利用各自的优点。在制造技术中，每种技术都有其独特的优点。装备制造并不依赖于单一技术，而是需要综合运用各种技术，发挥它们的优势。

中美对比方面，很抱歉我最近20年没有去过美国，也没有太多出国经历，虽然有关注国外的学术文章，但对具体进展的了解的并不多。

就（学术）文章而言，可能各有优点。中国有很多人从事3D打印相关的工作，尤其是在3D打印装备方面，参与的人数非常多。虽然有一些企业在进行相关研发工作，但他们可能并不一定会发表或公开介绍具体情况。

总的来说，中国的3D打印公司数量非常庞大。但是我认为，一个公司能否生存不仅仅取决于赚钱这一方面。尽管赚钱在商业上很重要，但我认为，从技术进步的角度来看，可能并不是最重要的因素。最终，还是要促进国家技术的进步。

02
创新：新合成材料
有望推动生物打印上台阶

“3D打印技术的发展离不开材料创新。王院士在金属材料方向做出了重要贡献，而夏博士则主要专注于树脂和陶瓷材料的创新。在未来的材料研究中，您们认为还有哪些方面可以突破？例如生物材料结合3D打印技术，实现人体器官打印等。”

夏春光博士：在生物器官打印方面，目前主要依赖与活体细胞混合的方法。材料首先需要与细胞能够共存数个小时以上，才能实现真正的器官打印。3D打印器官最著名的是欧洲的Cellink公司，他们专注于3D生物打印。

从材料的角度来看，3D打印技术面临的主要问题是材料的毒性较高且氧含量不足，导致细胞无法长期在打印出的结构内存活。此外，高精度的打印速度较慢，二者存在反比关系，因此无法打印较大的器件。这是目前材料方面需要解决的难题。

除了3D生物打印，光固化也是另一种常见的技术，如SLA光固化。然而，主要使用的丙烯酸酯材料的耐受性较差。举例来说，测试丙烯酸酯材料在汽车上使用时，面临室外湿度和紫外线照射等情况，性能会在一年半后下降。因此，改善丙烯酸酯材料的性能已成为目前的研究方向，例如开发更优秀的乙烯酸酯材料，以提高其耐受性。

对于金属材料方面的发展，王院士更为了解，特别是在提高锻造能力方面的基础材料研究。

王华明院士：在材料方面，人们关注的一个重要方向是降低原料成本并提高材料质量。这对于推动3D打印技术的发展具有重要意义。另外，利用3D打印的特性，例如在打印过程中合成新材料，也是一个有潜力的研究领域。

虽然我不是从事生物打印的专家，但我可以分享一些个人的了解。在我印象中，2012年左右，中国的电视媒体曾出现过生物打印类等节目。其中有一段片头特别吸引人，讲述了过去需要等待一年甚至更久才能获得肾脏移植，而现在有了3D打印技术，可以立即打印出一个肾脏。

然而，我认为这段片头是误导性的，不科学的，纯粹是为了吸引眼球。实际上，打印器官这个领域还存在许多技术挑战和限制。

我在2012年的某次经历中，曾经遇到一位科技处的老师，他担心自己是否会被取代，问我是否有可能打印出一个完整的人。我告诉他，虽然可以打印出一个立体的形状，也许外观和触感上都与真实相似，但这个打印出来的人可能无法说话，可能没有神经系统，也没有思维能力。

生命体至少涉及到生物学和生命科学，而3D打印主要是为细胞的分裂和生长提供条件，并创造出一定的形状。像夏博士所提到的，我们可以使用生物可降解的材料打印出形状类似于海绵的耳朵结构，其中的材料相当于土壤，而软骨细胞则相当于播种物。

在打印过程中，我们一边打印土壤一边将细胞放入其中，必须确保有通道存在，避免封闭环境导致细胞死亡。同时，提供适当的营养物质并将其放置在体外，细胞在这种培养环境中会不断分泌物质，逐渐降解生物可降解材料，最终可能在三个月或几个月内生长出软骨组织，然后将其移植到人体中。

至于打印肝肌组织、心脏组织等方面，也是可行的。但这些都是通过培养方式实现的，而非直接打印出来的。因此，某些过于夸大的宣传声称直接打印出器官的说法是不严谨的。

在材料方面，有几个层次的工作可以进行。首先是追求大面积应用的材料，既要更便宜，又要更高性能。其次，利用3D打印的条件，无论是通过化学合成、物理沉积（如PVD或CVD）等方法，可以合成出新的材料。

还有一个层次是按需取材。例如，如果需要在高温环境下使用材料，我们可以打印出耐高温材料；如果需要耐辐射材料，我们可以打印出耐辐射材料。这被称为多材料打印，其中的材料可能是通过打印条件进行合成的。因此，一方面是将现有材料打印成所需形状，另一方面是创造新的材料。

03
创业：技术不重要
管理和市场很重要

“今天现场我们还有几位是做3D打印的创业企业，我想请两位能不能给这些公司提一些建议，3D打印这个领域，还有哪些应用方向值得去努力，同时又非常有价值？”

夏春光博士：在少量生产方面，3D打印确实具有优势，因为大规模生产会降低成本，进而减弱了3D打印的优势。如果你要开展终端产品制造，应该专注于少量生产的项目。例如，在卫星上使用的部件通常只需要生产几千件。这些部件往往需要我们进行精密制造，因为它们需要在太空中承受高温和低温等极端环境，这就需要从材料上解决这个问题。

其次，要寻找定制化的应用场景，因为定制化的产品通常也意味着生产规模较小。例如，我们制造的超薄牙齿贴面是根据每个人独特的牙齿形态进行定制的，而不是批量生产。因此，少量生产和定制化也是一个方向。

王华明院士：企业运作相对简单，就是找到市场，销售产品，回收资金以盈利。我在1992年来到北航时，基本的理念是，我们所做的产品必须是先进的，并对社会有用。例如，投入1元钱，至少要获得2元钱的回报，这样至少可以保留1元给自己，再留下1元给社会。

然而，在科学研究方面，我们可能没有机会像牛顿被苹果砸中那样偶然获得突破。特别是对于像北航这样的大学来说，最终目标肯定是将科学知识应用到实际中去。

3D打印在我看来只是众多制造技术中的一种，它的原理是通过逐层制造来实现三维效果，相当于在二维平面上解决问题。当然，它本身也有其独特之处。那么，为什么许多3D打印公司没有取得成功呢？

这是因为一种方法的成功取决于其原理，但也取决于它是否具备以下条件。首先，这个产品必须是不可或缺的，你必须比其他人更强大，其他人无法复制。其次，你的产品必须比竞争对手更具成本优势。此外，还必须有足够大的市场需求。有些概念被大肆宣传，但实际上具有市场需求的产品却很少。

我举个例子，1995年我开始与瑞士的一家公司合作，他们是最大的人工关节制造公司。他们专注于制造人工关节，包括脊柱和整形。那时，我们刚组成北航生物工程系团队，还跟北医三院和加州大学的骨科进行合作，准备利用3D打印来做人骨植入研发，可是我学了人体解剖学3年，搞通了原理，却发现市场化的路径非常远，可能再干10年，临床实验都做不完，后来这个项目就停了。

创办一家公司，了解市场需求可能仍然是首要任务。单纯依靠3D打印技术可能无法拥有广阔的市场，但可以考虑后续的表面处理、精密加工和组装等工艺，甚至可以考虑整合传感器等元器件。我认为，只有形成一个多维的技术解决方案，而不仅仅是单一的技术，才能拥有更大的市场潜力。

近日我真的对北航材料学院的两位学生感到非常惊讶和欣慰。其中一位是我曾经指导的研究生，另一位则是我们教过的本科生。他们投身粉床3D打印领域，追求全智能化生产。

我认为他们的理念在于卓越的管理水平，他们追求的目标是将成本控制在每克8毛钱，也就说打印出来一公斤产品本来卖1000块钱，他希望以后干到800块钱。一旦干到800块钱，他们竞争力就极高。他们的想法是不浪费任何一点粉末，甚至连吸入打印机的氩气都视为成本。因为如果能使用氮气代替氩气，成本将更便宜。

要么能找到独导的市场，要么将多种技术结合在一起，做出别人做不出的产品质量和成本效益。所以，我的建议是，找到好的市场，好的管理方法，好的技术，然后一起配合做出好的产品。我一直认为，技术可能不是最重要，市场和管理可能更重要。

如果我们每天都只看论文、开会，虽然可以获得启发，但不一定能取得成功。学习之后，还必须有出色的经营管理能力。我们一定要学以致用，然后行万里路，到处找机会，找应用场景，才有可能找到一条成功之路。

04
人工智能：
3D生物打印有巨大潜力

“如今人工智能话题很火，已经有了生成式文本、图片、模型，在3D打印领域，两位老师有什么关于人工智能应用的想法？”

怀柔·黑马科创产业实验室3期、北京斯克莱特科技有限公司创始人许方雷在现场提问

夏春光博士：在3D打印领域，我们的重点是集中于自动化技术，以实现更高效的生产过程。比如我们利用人工智能技术对结构进行分析，以减少对原有形状的干扰，从而最大程度地减少支撑体的使用。

此外，我们的设备需要控制在微米级的误差范围内，因此我们经常调试设备。通过对反馈数据进行分析，我们能够实现设备的自动化调整。因此，我将人工智能在3D打印领域的应用理解为设备的自动化控制和优化。

在生物研发领域，3D生物打印具有巨大的潜力。药物开发过程中存在着很大的风险，大部分项目最终可能会被废弃。因此，寻找替代动物模型进行药物研发的方法成为一个重要的市场需求。我们已经成功打印出世界上最大的外肿瘤模型。根据美国食品药品监督管理局（FDA）的规定，药物研发不一定需要使用动物模型进行实验，而可以利用人工类器官模型，这样能够提供更准确和成本更低的结果。

人造类器官的制作是在塑料件上培养细胞并形成一个模拟器官的过程。与使用小白鼠、猪或猴子进行实验相比，人造类器官的成本要低得多，可能只需几千元。然而，对于人造类器官来说，培养皿材料的要求非常高，需要材料具有低毒性和高透氧性。这个问题可以通过使用高精度的3D打印技术来解决，通过网状结构实现养分的输送，从而满足人造类器官的需求。

05
市场应用：唯一缺少的
是具备管理能力的人才

“想问问王院士，您的技术目前除了应用在军工方面外，还有哪些应用市场？您有没有一些规划？”

王华明院士：我们公司专注于材料制备领域，虽然我们技术基于3D打印，但我们更强调的是材料制备的能力。我们在过去主要服务于航空航天市场，这个市场的需求一直在增长，尤其是对于那些大型、成本高昂的零部件，其他方法无法满足需求。实际上，核电站、化工、海洋工程装备、船舶等领域也有可能应用到这种大体积、大规模的材料。

我们目前正努力朝着这个方向发展，希望不久的将来能进入这些市场。我们拥有丰富的技术实力、市场潜力和竞争优势。无论是性能、成本、周期还是能效，我们都能提供出色的解决方案。唯一缺少的是具备管理能力的人才。

我们在钢铁领域表现出色，但我们并不局限于特定材料，我们可以应对各种大尺寸、低成本的材料制备需求。我们希望大家能更关注我们的发展，我们目前正处于成长期，需要社会各界的支持与资源，才能将增材制造技术应用到更广泛的工业领域。

结 语

怀柔·黑马科创产业加速器是创业黑马携手怀柔区政府，联合科研院所、科技创业者、科技龙头企业、科技服务机构等，构建科创产业生态服务体系，为技术创新创造新需求、链接新机会、获得新市场，助力技术创业者成为企业家，培养科技自主时代的产业新星。