【編者按】2009年禾锤，王華明團(tuán)隊(duì)利用激光快速成形技術(shù)制造出我國(guó)自主研發(fā)的大型客機(jī)C919的主風(fēng)擋窗框包个。他們還打印出了迄今世界尺寸最大的飛機(jī)鈦合金大型結(jié)構(gòu)件激光快速成形工程化成套設(shè)備刷允，其零件激光融化沉積真空腔尺寸達(dá)4米×3米×2米。

　　在CSITF2013增材制造技術(shù)全球高峰論壇上碧囊，西安交通大學(xué)教授树灶、中國(guó)工程院院士盧秉恒，北京航空航天大學(xué)教授王華明糯而，北京工業(yè)設(shè)計(jì)促進(jìn)中心主任陳冬亮天通，清華大學(xué)教授孫偉，華南理工大學(xué)教授楊永強(qiáng)熄驼，西北工業(yè)大學(xué)教授黃衛(wèi)以及Stratasys像寒、3D Systems的代表，共同探討了增材制造技術(shù)（3D打庸霞帧）對(duì)傳統(tǒng)制造業(yè)的影響会贝。

　　制造飛機(jī)風(fēng)洞模型

　　盧秉恒院士介紹了3D打印技術(shù)在航空航天等高端領(lǐng)域的作用。他指出囱叼，3D打印在風(fēng)洞模型方面有非常積極的作用烂多，以前的風(fēng)洞模型設(shè)備都是直接由人工制造出來(lái)，通過(guò)3D打印沟乘，就可以準(zhǔn)確反映設(shè)計(jì)師對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)形狀的設(shè)計(jì)盒酷，還可以模擬飛機(jī)的一些量的分布，在吹風(fēng)洞時(shí)伟铸，就能準(zhǔn)確地進(jìn)行動(dòng)力學(xué)的仿真迟书。“為了使空氣動(dòng)力學(xué)更逼真厘沉，還可以在表面鍍上一層金屬伴罢。”

　　在傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)中护丢，產(chǎn)品的強(qiáng)度和剛度不好把握挚性，一般情況下會(huì)做光彈應(yīng)力分析的實(shí)驗(yàn)，如果有了3D打印技術(shù)砂沛，就可用設(shè)備打印出透明的材料來(lái)做光彈實(shí)驗(yàn)烫扼，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)力可視化，以識(shí)別設(shè)計(jì)中不足的區(qū)域碍庵。盧秉恒介紹映企，西安交大還開(kāi)發(fā)了一款用雙照相機(jī)來(lái)照相的設(shè)備，通過(guò)大量數(shù)據(jù)采集静浴，來(lái)分析零件的變形場(chǎng)堰氓，這種設(shè)備可以在飛機(jī)挤渐、汽車(chē)開(kāi)動(dòng)的過(guò)程中檢測(cè)震動(dòng)的信息，并分析震動(dòng)狀態(tài)下的變形和應(yīng)力狀況双絮。

　　這種技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段浴麻，就可以測(cè)試應(yīng)變場(chǎng)的分析，發(fā)現(xiàn)弱點(diǎn)并改進(jìn)設(shè)計(jì)掷邦，這樣就大大加快了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)流程白胀。目前，三維全場(chǎng)變形和應(yīng)變快速檢測(cè)技術(shù)抚岗，已經(jīng)批量生產(chǎn)銷(xiāo)售或杠，廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械研矗、汽車(chē)與模具以及大學(xué)科研機(jī)構(gòu)赵溢。

　　模具合格率暴增70%

　　盧秉恒指出，通過(guò)3D打印芒浪，還可以結(jié)合傳統(tǒng)制作方式來(lái)制造快速模具歧余，以擴(kuò)大運(yùn)用，為此他們開(kāi)發(fā)出樹(shù)脂基谦牛、中或低熔點(diǎn)合金鑄造以及金屬電弧噴涂等多種方式跟努。比如把快速原型制作的模型用硅膠包圍起來(lái)，然后用刀片分開(kāi)住建，就制成了一個(gè)模具垛撬，能把單件的模型非常快地復(fù)制成小批量的模具逆辐，用以生產(chǎn)小批量的類(lèi)似工程塑料达快、聚氨酯等產(chǎn)品。

　　還可以用3D打印設(shè)備打印出原型唧尊，再分批量直接制造蠟型模具甸胃。傳統(tǒng)金屬模具成本為3萬(wàn)元，開(kāi)發(fā)周期為一至兩個(gè)月跪另，而用這種快速成型模具的方法拧抖，成本只有8000元，研發(fā)周期為兩天免绿，且30件無(wú)損傷徙鱼。

　　在飛機(jī)制造業(yè)上，每一架飛機(jī)有上萬(wàn)個(gè)鑄造件针姿，如果用快速模具的方法，也能加快飛機(jī)的研制周期厌衙。3D設(shè)備打印出原型還可用陶瓷來(lái)澆筑距淫，能應(yīng)用于航空領(lǐng)域的研究绞绒，比如發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，由很多零件組裝而成榕暇，組裝的時(shí)候零件裝配有間隙蓬衡，就會(huì)影響葉片的使用，這種傳統(tǒng)的方法制作合格率一般只有15%彤枢，如果采用快速模具制作法狰晚，先打印出一體化的葉片，再進(jìn)行澆筑须彼，合格率能達(dá)到85%乒萝。

　　另外，如果在原型表層上噴涂一層合金或鋼的金屬司箫，就可以制造比較精細(xì)的模具想预，為此他們還開(kāi)發(fā)了噴涂機(jī)器人，可用于汽車(chē)車(chē)身的模具绕众，“三個(gè)月生產(chǎn)了兩款車(chē)的40多套汽車(chē)車(chē)身模具瞪卜，大大加快了汽車(chē)的研發(fā)∧芬眩”

　　“這種應(yīng)用就形成了產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)：用3D打印出模型畴文，再快速進(jìn)行模具制造，然后進(jìn)行試裝備急响，檢測(cè)設(shè)計(jì)删猿、外觀(guān)有哪些不滿(mǎn)意的地方，大大加快了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的速度鸭僧】诶＃”

　　他介紹說(shuō)，3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合旷偿，不僅能建立快速開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)烹俗，還能建立快速制造的系統(tǒng)。在這種方式下萍程，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期可以縮短為傳統(tǒng)周期的三分之一到四分之一幢妄，費(fèi)用也能降為30%至50%。

　　兩年變?yōu)?0天 費(fèi)用省了90%

　　北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授王華明茫负，在3D技術(shù)用于航天航空領(lǐng)域的研究取得了重大突破蕉鸳，2012年度國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，王華明團(tuán)隊(duì)的成果榮獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)忍法，我國(guó)也因此成為目前世界上唯一突破飛機(jī)鈦合金大型主承力結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)潮尝、并實(shí)現(xiàn)裝機(jī)應(yīng)用的國(guó)家。

　　王華明介紹說(shuō)饿序，從傳統(tǒng)的大型鈦合金結(jié)構(gòu)件制造方法勉失，如整體鍛造羹蚣、切削技術(shù)，到這種新型的激光直接制造技術(shù)乱凿，實(shí)現(xiàn)了加工技術(shù)由“減法”到“加法”的質(zhì)的飛躍忘当。過(guò)去，飛機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件主要采用傳統(tǒng)鍛造和機(jī)械加工來(lái)制造帝璃，不僅耗時(shí)費(fèi)力圈蛹，光大型模具的加工就要用一年以上的時(shí)間，總花費(fèi)更高達(dá)幾十個(gè)億茎陪，要?jiǎng)佑脦兹f(wàn)噸級(jí)的水壓機(jī)來(lái)工作奇茫，需要大量供電，甚至興建電廠(chǎng)优隔。盡管如此褐泊，復(fù)雜零件材料利用率還不足一成。

　　相較于傳統(tǒng)的大型鈦合金結(jié)構(gòu)件整體鍛造棋少，激光直接制造是用高功率的激光束對(duì)粉末絲材進(jìn)行熔化杯娶，往上堆積，實(shí)現(xiàn)材料逐層添加儡特，直接根據(jù)構(gòu)件的CAD模型一次加工成形栅苞。

　　2009年，王華明團(tuán)隊(duì)利用激光快速成形技術(shù)制造出我國(guó)自主研發(fā)的大型客機(jī)C919的主風(fēng)擋窗框疏唾。當(dāng)時(shí)如果找國(guó)外公司訂購(gòu)蓄氧，至少要等2年以上，而且模具費(fèi)1300萬(wàn)元槐脏，后來(lái)他們采用3D技術(shù)喉童，2009年9月10日接到零件數(shù)模，10月20日顿天，交付裝機(jī)堂氯，共計(jì)40天時(shí)間，而且零件成本不及模具的1/10牌废；2010年咽白，再次利用激光直接制造C919中央翼根肋，傳統(tǒng)鍛件毛坯重達(dá)1607千克鸟缕，而利用激光成形技術(shù)制造的精坯重量?jī)H為136千克晶框，節(jié)省了91.5％的材料，并且經(jīng)過(guò)性能測(cè)試懂从，其性能比傳統(tǒng)鍛件還要好授段。

　　另外，他們還打印出了迄今世界尺寸最大的飛機(jī)鈦合金大型結(jié)構(gòu)件激光快速成形工程化成套設(shè)備，其零件激光融化沉積真空腔尺寸達(dá)4米×3米×2米悄函。

　　王華明認(rèn)為镀材，大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光直接制造技術(shù)確實(shí)是一種帶有變革性的，短流程蒜材、低成本的數(shù)字化制造技術(shù)，其被國(guó)內(nèi)外公認(rèn)為是對(duì)飛機(jī)爵缸、發(fā)動(dòng)機(jī)抖臭、燃?xì)廨啓C(jī)等重大工業(yè)裝備研制與生產(chǎn)具有重要影響的核心關(guān)鍵制造技術(shù)之一。

　　目前晚饰，他們正在建立全套標(biāo)準(zhǔn)體系倾伶、制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)57項(xiàng)并在型號(hào)飛機(jī)研制生產(chǎn)中實(shí)際應(yīng)用。

　　我國(guó)打印設(shè)備只占全球8%

　　盧秉恒說(shuō)窃橄，3D打印的一大特點(diǎn)是“所想即所得”感戴，只要能在電腦里設(shè)計(jì)出三維模型，3D打印機(jī)就能幫你實(shí)現(xiàn)赵腰《佳ⅲ“這可以大大縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，幫助中國(guó)企業(yè)從制造走向創(chuàng)造敦间∑刻樱”

　　目前，我國(guó)的3D打印已經(jīng)取得了一批技術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)化成果廓块，部分成果甚至世界領(lǐng)先厢绝。如金屬結(jié)構(gòu)件直接制造技術(shù)已經(jīng)可以滿(mǎn)足特種零部件的機(jī)械性要求，生物細(xì)胞打印技術(shù)也不斷取得新的進(jìn)展带猴。而且昔汉，中國(guó)在3D打印設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化方面也取得了一定的成果。不過(guò)盧秉恒指出拴清，我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展距離美國(guó)仍有較大差距靶病。

　　當(dāng)前我國(guó)的3D打印技術(shù)至少存在以下瓶頸：打印成本偏高，每克成本10至100元贷掖；雖用于新品研發(fā)嫡秕，但大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)還不現(xiàn)實(shí)；而且3D打印效率偏低苹威，每小時(shí)打印100至3000克昆咽；打印產(chǎn)品的精度不能令人滿(mǎn)意，強(qiáng)度也有待論證阿魏。另外鉴梦，中國(guó)的3D打印技術(shù)沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)鏈，工業(yè)環(huán)境不配套。在應(yīng)用方面逐茄，3D打印也遠(yuǎn)未達(dá)到美國(guó)的豐富程度剑碌。盧秉恒介紹，目前我國(guó)3D打印的大部分應(yīng)用仍然集中在軍工領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)與模具的制造上张域。而從設(shè)備數(shù)量上看孟溯，美國(guó)目前各種3D打印設(shè)備的數(shù)量占全世界40%，而中國(guó)只有8%左右蚪录。

　　據(jù)中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副理事長(zhǎng)羅軍介紹呜款，為了促進(jìn)3D的發(fā)展，他們將集中國(guó)內(nèi) 3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)資源粤街，組建國(guó)家級(jí)3D打印技術(shù)研究院和產(chǎn)業(yè)園剩症，在國(guó)內(nèi)主要工業(yè)城市推進(jìn)3D打印技術(shù)創(chuàng)新中心工程，推進(jìn)3D打印技術(shù)“進(jìn)社區(qū)职颜、進(jìn)企業(yè)胞饭、進(jìn)城市”活動(dòng)；吸納傳統(tǒng)制造業(yè)企業(yè)吨艇、職業(yè)技術(shù)學(xué)院躬它、產(chǎn)業(yè)園區(qū)進(jìn)入中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，率先分享3D打印技術(shù)秸应，促進(jìn)3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合虑凛。

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