2017年11月28日，由西安设计联合会、丝绸之路创新设计产业联盟、碑林环大学创新产业带主办，西安原位信息科技有限公司、筑巢设计深化工厂公司协办的西安设计大讲堂第二十一期在西安创新设计中心成功举办。西北工业大学教授、博士生导师黄卫东以《增材制造〔3D打印〕与创新设计》为题，以六个板块为切入点，为听众分享了增材制造与创新设计的新理念。

以下为主讲嘉宾演讲内容：

《增材制造〔3D打印〕与创新设计》

　　感谢西安设计联合会的邀请，有机会到这里来和西安市设计界的精英进行交流学习。我的研究领域是材料制造，我想3D打印这个角度来看创新设计，所以我的标题是《增材制造（3D打印）与创新设计》，增材制造是3D打印的专业俗语，一般情况下是当作同义词来使用的，如果在制造领域就讲增材制造，如果是在文创、医疗领域就说3D打印更为合适一些，我今天的报告主要用3D打印这个术语。我们现在是一个技术创新的大变革时代，在这个时代里设计是什么角色呢？今天我将从以下几个方面讲一讲：

一、由技术推动的大变革时代

　　我们现在正处在大变革的时候，这个大变革是由一系列的新技术推动的，信息技术、互联网、3D打印、人工智能、大数据、机器人、基因工程、清洁能源、区块链、太空技术等等，其中每一项技术对人类社会来讲都会引起非常深刻的变化。

　　柯达公司发明了数码照相，影响了自己的胶片照相，自己的发明对自己进行颠覆。诺基亚等等到哪儿去了？如果看不清楚社会变革的方向，不管原来的规模多大、实力多强，都有可能会被改变。但是这么多的方向，要想搞清楚世界向什么方向发展是一个非常难的问题，3D打印技术将要推动人类社会出现什么样的变化？

　　著名的未来学家阿尔文托夫勒写过一本书《第三次浪潮》，在这本书里面，托夫勒预言：因为个人计算机的应用，社会正在经历一次新的浪潮，要走向一个新的方向，向分散式的工作生活模式方向发展。在他之后，学术界有一本书：《第三次工业革命》讲到，未来是以信息技术和清洁能源相结合的分散式发展模式。2011年英国经济学杂志和2012年连续发表了两篇文章，认为3D打印将推动第三次工业革命。

　　这是一场什么样的革命呢？在信息技术和清能源推动着分散式发展模式中，核心是数字化制造推动技术的变革。德国提出了工业4.0战略，德国人把现在正在进行的工业革命分成两个阶段：一是信息技术带来的自动化生产；二是网络化带来的定制化生产。

　　2008年的金融危机之后，美国提出“再工业化”战略，美国反思自己的国策，提出了国家制造业创新网络计划。在2012年的8月份美国增材制造国家创新中心成立以后，中国工程院做了一个重大咨询项目，引起了我们国家对3D打印的广泛关注和讨论。随后科技部、工信部正式的把3D打印列入国家计划。

　　中国制造2025是中国的强国战略，比肩于德国的工业4.0。中国制造2025提出了九大战略重点，五大工程。五大工程里面，3D打印发挥重要的作用，2016年国家增材制造创新中心作为首批创新中心之一成立落户于西安高新区。

　　3D打印在设计领域里面扮演什么角色？这个时代对设计的需求爆炸式增长的，国家要实现创新驱动发展，有越来越多的新东西需要设计。由3D打印作支撑，设计进入了更加自由的新时代，产品概念正在发生革命性的变化。在2014年制定3D打印发展规划的时候，我就提出了将3D打印和创新设计相结合，推动创新设计大发展。3D打印技术最重要的贡献是解放了设计师，使得设计师有比过去更多的自由发挥空间，由此推动创新设计的发展。

　　3D打印和创新设计结合之后，它的价值会远远不只是一个制造技术而已，创新设计的地位非常重要，在“十三五”的重点研发计划里面，创新设计已经被摆在了非常重要的位置。

二、中国工程院创新设计发展战略研究“设计与材料的关系”

　　在参与工程院关于创新设计国家战略重大咨询项目的时候，我承担的任务就是“设计与材料的关系”部分。设计与材料的基本关系就是：材料是设计的物质基础，而设计使材料成为有用形态，相互制约、相互促进，这个互动关系是随着时代演变的，不同的时代互动的特点不一样。从农耕时代到工业革命时代再到网络信息时代，这种互动的关系会越来越强。

　　网络信息时代，功能材料的普遍应用，个性化和定制化的需求被大大激发出来，3D打印使创新设计无所不在，设计成为一个十分复杂的方法体系，深入到产品结构的各个层次。3D打印，可以制造无限复杂的结构，解放设计。

黄卫东教授在全国3D大赛年度总决赛上做主题发言

三、3D打印的基本概念与发展历史

　　什么是3D打印？3D打印是一种全新的制造技术，通过数字化增加材料的方式进行制造，传统的机械加工方法是“减材制造”，锻造或铸造方法是“等材制造”。

　　3D打印发展经历了三个历史阶段，最早可以回溯到1892年用叠层来制造；从1892年到1988年之间，将近百年的时间，叠层制造没有能够成为工业化制造的技术，他们在等待一个关键的支撑技术，即：数字化技术；1988年作为3D打印诞生的元年，主要是数字化技术的广泛应用，只有到了数字化时代，这些方法才能可以达到工业化应用技术，所以增材制造是通过数字化增加材料的方式进行制造。

　　增材制造和冷加工、热加工一样都是大类的制造技术，3D打印绝对不是我们今天看到的技术种类和应用范围，它是未来社会的基础制造技术，而且具有超越传统技术的一系列新特征，包括无模具自由成形，可以成形近乎无限复杂的零件结构，适用于几乎所有类别材料的成形。

四、3D打印可以做什么事？

　　3D打印可应用于人类生产和生活的所有领域，在这些领域来进行个性化制造，做新产品快速开发，做传统技术难以制造的零件，高性能成形修复，通过创新设计显著提升产品功能。  

　　3D打印相对于传统技术最大的优势是实现个性化制造。个性化制造在医疗应用方面有四个层次：一是研究治疗方案的模型或辅助器具；二是不可吸收的植入体；三是可吸收的组织工程支架；四是生命活性组织。在太空应用方面，可修复坏死零部件，建立月球基地和火星基地。

　　新产品的快速开发方面，一些非常复杂的新产品开发周期非常长，比如航空发动机的涡轮叶片，设计好之后测试，一次技术迭代的时间是一年，而现在3D打印一周就可以提供测试的叶片，就把技术迭代的时间从一年变成一周。

传统技术难以制造的零件方面，整体化超复杂结构。比如发动机燃油喷嘴，以前是20多个零件组合在一起，而现在使用了3D打印以后就一个零件，减重了五分之一，寿命延长了5倍。

五、基于3D打印技术的结构设计新理念

　　基于3D打印技术，我们终于可以做功能优先的设计，你只管设计，要什么样结构，只要能设计出来，3D打印都可以做出来。从制造性优先的设计发展为功能性优先的设计，从制造引导设计发展到设计引导制造，从经验性的设计到最优化的设计，这对非常复杂的先进装备，比如说飞机发动机方面，是一个及其重要的变革。

黄卫东教授在全国3D大赛年度总决赛上参与圆桌会议

结语：迎接创新设计的新纪元

　　3D打印开辟了创新设计的新纪元，这个时代要建立“功能性优先”的设计新理念，通过这个理念实现产品概念的革命。航天航空、医疗、机器人等多个领域，3D打印提供了新的解决方案。

　　我们应该强化3D打印和创新设计的互动研究，创新设计对提升3D打印的价值极端重要，在国家科技部专家组里面提出3D打印引领发展，是大家广泛接受的观点。把创新设计放在首位，把3D打印放在设计部门。

　　我们应该加大创新设计人才的培养。GE公司曾经在全世界做了一个竞赛，两周之内收到了来自50多个国家600多份方案，在里面选出了10个最优的设计方案，通过3D打印做了出来。冠军奖获得者只是一个17岁的少年，他学习的是新东西，GE全球技术总监说过，冠军获得者用到的设计工具他都未曾听说过。我们所使用都是传统设计工具，没有考虑到3D打印，没有学过创新设计，没有一个新的学科来培养创新设计的人才。

　　最后，我们应该以创新设计服务于国家创新战略，3D打印和创新设计密切结合，充分考虑各个领域里面的创新设计和制造，谢谢大家！

黄卫东教授在全国3D大赛年度总决赛上的演讲视频