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增材制造技术发展前景广阔

2013-07-23 09:16:27作者:李培根来源:

摘要我们建议增材制造技术在四个方面开展应用工程:飞机机身的整体制造,航空发动机的设计制造,个性化组织器官替代物制造,属于医学和生命科学,再就是汽车产业。...

  我国正处于工业转型升级的关键时期,这既是重大的机遇,又有严峻的挑战。在此背景下召开增材制造技术工程国际研讨会及展览会,将为我们全面客观地掌握国内外增材制造技术的发展现状和趋势,研讨制定3D打印技术性发展带来的机遇和挑战,以及我国增材制造业技术创新与产业化发展战略对策都具有非常重要的意义。

  用科普图书带动增材制造的激情

  当前,全球迎来技术创新与产业变革的新高潮,其基本特征是制造业数字化、智能化,新能源、新材料技术取得突破,这必将引发新一轮的科技革命。增材制造技术是典型的数字技术,利用计算机数据,生产三维实体,将对制造业产生重要的影响。

  2012年,美国学者杰里米里夫金的《第三次工业革命》一书出版后,在中国引起了很大的反响,人们认为第三次工业革命有可能会改变未来的生产与生活模式。尽管这些观点现在还存在着一些争议,但是我们认为增材制造技术不管怎样都会有很大的发展前景。

  我们希望科普图书能够以通俗的语言介绍增材制造技术的概念、现状、案例等等。大家可能会感到奇怪,我们的咨询报告为什么要去关注科普图书?

  我认为科普图书对增材制造技术未来在中国的普及具有非常重要的意义。仔细对比一下美国和中国在增材制造技术方面的研究和研发情况,我们可以发现国内目前有好多家机构在做相关的研究,并且有一些已经做得非常好。但是,我们发现有一个很大的差别是,美国的民间对增材制造技术的热情要远远大于中国。如何去激发我们民间对增材制造技术及其运用的热情?我想科普图书可以发挥非常重要的作用。

  我们希望通过科普图书吸引更多的人尤其是青少年,去关注增材制造技术,激发青少年的创意。这样,未来增材制造技术在中国才会有发展前景,否则,仅仅是依靠大学和一些科研院所进行研究是远远不够的。

  增材制造技术的科普图书是面向所有对该技术感兴趣的人,因此当然要用简明生动的形式去做介绍。我觉得这本3D打印科普书最让人感兴趣的就是它的案例,该书大约搜集了一百多个案例,领域涉及到航空航天、汽车、现代制造业、医学、生物工业技术,以及个人消费品等多个方面。

  提升增材制造技术的重大需求

  从国外的总体技术情况来讲,3D打印已经从快速原型、工艺辅助等间接制造发展到直接制造,装备产业化、系列化向专业化方向发展,从科研到工业,高端型向办公和个人消费等大众化领域拓展,正在形成一个集装备材料、软件服务为一体的产业链。

  3D打印需要标准,现在已经开始制订国际标准。其应用是多学科交叉的融合和发展,存在的问题包括:成形的材料种类仍然很有限,不是所有的材料都可以适用这种方法。此外,成形的精度低于传统制造,因为是单件生产,所以成本比较高。

  我国已经形成了一批增材制造技术研究机构,譬如华东科技大学、西安交通大学、北航、清华等等,还有一些院所,现在在这方面都做的很有特点,也有一些重要的研究基地,比如说华东科技大学的模具技术与国家重点实验室、光电重点实验室。

  目前,我国同国外相比还存在着一定的理论差距。我国增材制造技术的理论研究水平同国外相比有一定的距离,我们在基础理论研究与机制方面需要进一步改善。我们在技术研究方面也有所欠缺,增材技术和材料的关系非常密切,而我国的材料研究依然很薄弱。

  同国外相比,无论是在材料的种类方面,还是在材料本身的选择方面,我们都有差距。我们的增材制造技术装配的整体性能较国外的先进水平而言,还有一些差距,国内大部分的增材制造公司同国外的专门的公司,比如Stratasys公司相比,还是有差距的。我们希望政府部门对增材制造技术进行专项推进和机制创新,希望国家设立科技专项,实现社会资源与技术创新相结合,因为增材制造技术符合我国的技术进步和产业提升的需要。

  增材制造的技术研究与应用现状

  我们希望我国的增材制造技术从2013年到2023年十年的时间分两期实施,第一期实施5年,投入40到50亿元。研究共性技术与标准,进行基础研究,这些方面都很重要,是未来增材制造技术真正水准的体现。

  3D打印实际上是多学科的,涉及到化学、材料、机械、生命信息、软件,甚至数学、物理等多个领域的知识。我们现在已经建立了一些科研与产业化基地,有好几个国家重点实验室,可能今后还需要建立一批增材制造科研与产业化基地。通过依托高等院校建立科研与产业化基地,可以实现技术向产业的快速转移,增强高端技术的国际竞争力。低端设备要依托社会化的企业的创新发展。高端设备尤其是和基础相关的,要靠科研院所的努力。

  发展增材制造技术的建议

  我们建议增材制造技术在四个方面开展应用工程:飞机机身的整体制造,航空发动机的设计制造,个性化组织器官替代物制造,属于医学和生命科学,再就是汽车产业。

  我国非常重视飞机和航空发动机研制,利用3D打印技术有可能会使我们跨越传统制造技术,包括飞机的某些结构件以及发动机的某些关键零件,现在已可以采用3D打印。

  在个性化医疗产品的发展方面,个性化组织与器官替代物具有巨大的市场。汽车也是支柱产业,今后其个性化的需求会提高,3D打印可以满足个性化的需求比如制造零部件。

  推进社会市场化服务也非常重要。需要解决的问题是技术和设备的成套化和多功能化,从设计到功能产品,以及样件的制造,增强这些环节的服务能力。另外就是打造多学科交叉的创新链和产业链。

  此外,还要实现制造技术与重点应用协同推进。我们希望通过典型的工程应用带动3D打印技术的发展,培养一批服务于新兴产业的制造工程师,在制造和工程应用之间进行交流,实现传统企业向新兴企业的过渡发展,激发社会力量,促进产业发展。

  3D打印技术的发展一定要激发社会的力量。如果还像以前那样,只是在一些企业和大学的研究院所里面搞,那样是做不成气候的。

  链接:发展增材制造的关键技术

  一是材料单元的控制技术。如何控制材料单元在堆积过程中的物理与化学变化是难点,例如金属直接成型中,激光熔化的微小熔池的尺寸和外界气氛控制会直接影响制造精度和制件性能。

  二是设备的再涂层技术。增材制造的自动化涂层是材料累加的必要工序,再涂层的工艺方法直接决定了零件在累加方向的精度和质量。分层厚度向0.01mm发展,控制更小的层厚及其稳定性是提高制件精度和降低表面粗糙度的关键。

  三是高效制造技术。增材制造在向大尺寸构件制造技术发展,例如金属激光直接制造飞机上的钛合金框睴结构件,框睴结构件长度可达6m,制作时间过长,如何实现多激光束同步制造,提高制造效率,保证同步增材组织之间的一致性和制造结合区域质量是发展的难点。

  此外,发展材料累加制造与材料去除制造复合制造技术方法也是发展的方向和关键技术。


责任编辑:叶子青

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