3D打印技術(shù)在邁向“智造”的途中可突破瓶頸

智能制造在中國(guó)，尤其在制造業(yè)發(fā)達(dá)的東部沿海地區(qū)，正處于前所未有的加速發(fā)展階段。從工業(yè)3．0到工業(yè)4．0的不僅是一次工業(yè)革命，更是一次科技革命。浙江有著數(shù)十萬(wàn)家企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)，在邁向“智造”的途中，無(wú)數(shù)精彩的故事正在發(fā)生……

　　激光技術(shù)作為20世紀(jì)能夠與原子能、半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)齊名的四項(xiàng)重大發(fā)明之一，走過了50多年的快速發(fā)展歷程，對(duì)人類社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生了重要的作用與影響。“激光打印”“激光切割”“激光手術(shù)”……這些詞對(duì)于大多數(shù)人來(lái)講并不陌生。隨著科技日漸發(fā)展，激光技術(shù)被廣泛運(yùn)用到生活、生產(chǎn)、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域，并發(fā)揮著巨大的作用。

　　多年潛心研發(fā)

　　把實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力

　　先進(jìn)制造技術(shù)與裝備是浙江工業(yè)大學(xué)“重中之重”學(xué)科，姚建華教授于1993年進(jìn)入浙江工業(yè)大學(xué)從事教學(xué)科研工作，長(zhǎng)期從事激光加工與制造技術(shù)方面的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，致力于先進(jìn)激光制造技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用及高端裝備制造技術(shù)的發(fā)展。

　　作為浙江省高端激光制造裝備協(xié)同創(chuàng)新中心執(zhí)行主任的他，把激光加工技術(shù)應(yīng)用性研究和激光表面改性技術(shù)作為主攻和特色研究方向，作為第一完成人獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)、中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)和浙江省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，把實(shí)驗(yàn)室研究水平帶到了國(guó)內(nèi)前列。而今，在國(guó)家自然科學(xué)基金—浙江“兩化融合”基金的推動(dòng)下，姚建華團(tuán)隊(duì)提出了“基于超音速激光沉積的金屬增材制造技術(shù)基礎(chǔ)研究”，將目光瞄準(zhǔn)了“超音速冷噴涂＋激光技術(shù)”這種新型的3D打印技術(shù)。

　　加強(qiáng)國(guó)際合作

　　3D打印技術(shù)跨躍一“大步”

　　3D打印制造技術(shù)，成為新一代激光制造的主要趨勢(shì)，在不斷地改變著傳統(tǒng)的制造模式，將人類的奇思妙想快速打印成為實(shí)物。姚建華說(shuō)，目前課題組在國(guó)際上首次提出將超音速冷噴涂沉積與激光技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)金屬3D打印的觀點(diǎn)。為了更快、更好地將其應(yīng)用于生產(chǎn)中，在前期基礎(chǔ)研究基礎(chǔ)上，協(xié)同創(chuàng)新中心還加快了國(guó)際合作的步伐。

　　通過引進(jìn)技術(shù)和海外智力，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，在前期研究的基礎(chǔ)上，協(xié)同創(chuàng)新中心聯(lián)合劍橋大學(xué)等國(guó)內(nèi)外頂級(jí)團(tuán)隊(duì)，通過對(duì)超音速動(dòng)量場(chǎng)與高能激光束溫度場(chǎng)等多能量場(chǎng)耦合關(guān)系、沉積層顆粒和沉積層之間的固態(tài)結(jié)合機(jī)理以及增材制造形成過程中缺陷及應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)制等科學(xué)問題的研究，獲得實(shí)現(xiàn)增材制造必須的工藝及質(zhì)量控制方法，打破現(xiàn)有金屬零部件增材制造技術(shù)瓶頸，最終利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)高端裝備關(guān)鍵零部件的高效率、高品質(zhì)、低成本智能化增材制造，為浙江乃至全國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

　　突破三大難題

　　為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供技術(shù)支撐

　　據(jù)姚建華教授介紹，高端裝備制造是浙江省和國(guó)家未來(lái)發(fā)展的重要方向，但目前我國(guó)存在基礎(chǔ)研究薄弱、先進(jìn)制造手段缺乏、制造過程能耗大等問題，嚴(yán)重制約了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。增材制造（3D打?。┏蔀閷?shí)現(xiàn)這一突破的關(guān)鍵技術(shù)，然而由于存在著效率低、成本高及質(zhì)量難以控制三大難題，成為現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的主要瓶頸。為加強(qiáng)“產(chǎn)學(xué)研用”，姚建華團(tuán)隊(duì)將3D打印與超音速冷噴涂技術(shù)創(chuàng)新融合，提出了超音速激光沉積技術(shù)結(jié)合冷噴涂和激光熔覆的各自優(yōu)勢(shì)，具有沉積效率高、溫度低、成本低、性能高等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具潛力的新型金屬增材制造技術(shù)。

　　在實(shí)驗(yàn)室里，姚建華指著一個(gè)葉片向記者介紹道，“就以汽輪機(jī)葉片為例，這項(xiàng)技術(shù)可以讓它的防水蝕能力實(shí)現(xiàn)突破。”具備高度防水蝕的汽輪機(jī)葉片在國(guó)際市場(chǎng)上單價(jià)賣到2—3萬(wàn)歐元，相當(dāng)于一臺(tái)奧迪車的價(jià)格，而國(guó)內(nèi)一個(gè)百萬(wàn)發(fā)電機(jī)組里面就需要用到1000多個(gè)不同型號(hào)的葉片。隨著使用時(shí)間的增加，葉片迎風(fēng)的部位會(huì)出現(xiàn)破損，這勢(shì)必要讓發(fā)電機(jī)組停機(jī)后進(jìn)行維修或者葉片的更換。但是有了新型金屬增材制造技術(shù)后，這一現(xiàn)象就能得到根本改觀。一方面，對(duì)現(xiàn)有葉片的維修成本能夠大大降低，將破損的葉片用強(qiáng)度更高的材料進(jìn)行金屬3D打印即可修復(fù)；另一方面，在全新葉片的制造過程中，除了運(yùn)用激光表面強(qiáng)化外，在關(guān)鍵部位能夠用強(qiáng)度更高的材料進(jìn)行一體化打印制造，極大地提升葉片的使用壽命，預(yù)計(jì)用新型增材制造技術(shù)，其效率和性能比目前單一的激光3D打印至少增加數(shù)倍，而且成本不增反降。

　　姚建華團(tuán)隊(duì)將不斷推動(dòng)科研成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化，用科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)浙江省經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)，為浙江乃至全國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。