材料制造的“魔术师”沈志坚：产业标准为3D打印护航
近日，国家“千人计划”特聘专家、清华大学教授、斯德哥尔摩大学材料化学系主任沈志坚接受采访时表示，产业标准在确保3D打印个性化材料可靠性方面起着关键作用。
3D打印技术是当下全球范围内非常热门的领域，也是实现“工业4.0”以及 “中国智造”过程中的重要助力。该技术颠覆了以往的制造方法，通过增材制造的方式，使得制造传统方法难以制造甚至于无法制造的零件成为可能，大大增加了设计的自由度。
2017年12月13日，工业和信息化部、发展改革委、教育部、公安部、财政部、商务部等十二部门联合印发了《增材制造产业发展行动计划（2017-2020年）》。这是十九大报告后，首个增材制造产业的国家政策文件，充分体现了国家对增材制造产业发展的重视和支持，对产业发展将发挥积极的推动作用。
“所谓的增材制造，就像燕子筑窝、蜜蜂搭巢一样，通过堆积材料一点一点得将部件做出来。而不是像传统的切削等减材制造。”沈志坚强调，“3D打印要想实现产业化，有很多技术问题有待解决，其中一个主要挑战就是打印出材料的稳定性问题。简单说就是打印的部件可不可靠，能不能用，会不会出问题？”
在增材制造材料堆积的过程中，会形成特别的从毫米到纳米的跨尺度微观结构以及可能出现一些缺陷，会对材料的性能产生很大的影响。普遍认为3D打印出的材料性能不如传统锻造甚至于铸造的材料。
沈志坚带领的斯德哥尔摩大学团队在提高3D打印材料性能上做出了重大的突破，打印出的不锈钢性能不仅远远好于锻造的钢材，还“顺带”解决了材料学的基础问题以及在产业化道路上长期困扰科研人员的难题。
材料的强度和塑性是一对互相较劲的对手，传统的增加强度的手段必然会降低塑性，反之亦然。而3D打印的不锈钢同时具备优良的强度和塑性。 “要知其然，还要知其所以然。性能的提高关键在于微观组织结构的调控。性能仅仅是冰山一角，想要看到整个冰山，还需要更多不同背景的合作者鼎力合作，重新梳理材料学的基础问题，实现跨学科知识的融合。”
浙江大学的张泽院士和余倩研究员是中国材料学领域的权威，他们团队的原位透射电子显微镜技术可以’看到’纳米尺度的结构变化；英国冶金领域的传统强校伯明翰大学的赵裕隆博士在纳米尺度的力学分析方面有很深的造诣。经过沈志坚的协调，在斯德哥尔摩举行的研讨会上，三方一拍即合，组成了一个跨国跨学科的科研团队，经过一年多的不懈努力，终于揭示出了纳米尺度的增强增韧的机理。
“这项成果回答了关于3D打印部件可靠性的质疑，建立起了增材制造工艺-结构-性能之间的关联。下一步的目标就是制定3D打印材料的标准，并把这个研究方法推广到更多3D打印材料的研发中去。”沈志坚表示，产业标准在确保个性化材料可靠性方面起的作用非常之大，“从材料研发的角度讲，要有意地发挥它的特长，突出个性化。但只要是工业产品，没有标准，就不可能推广，要有一个统一的量度，必须符合标准化。”
在3D打印产业，涉及很多跨界合作。沈志坚表示，懂技术的、懂材料的、懂应用的人才要相互沟通理解，脑洞要打开，同时还要相互融合，“相互合作，把不同专家的专门技术融合起来，就会产生协同效应，这样1加1就大于2了”。
180页3D打印行业应用白皮书（2017）