作為新一輪工業(yè)革命的重要標志之一，增材制造(3D打印)技術(shù)已成為加快制造業(yè)轉變發(fā)展方式和提質(zhì)增效升級的重要手段。在相關(guān)政策推動(dòng)下，我國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，關(guān)鍵技術(shù)正獲得突破性進(jìn)展，正逐步應用于汽車(chē)制造、航空航天、船舶修理、模具制造、家居家具等各大行業(yè)。 （資料圖片）
隨著(zhù)我國第一臺自行研發(fā)及制造的商用飛機———C919首飛成功，我國的航空工業(yè)翻開(kāi)了嶄新的一頁(yè)。在C919研發(fā)和制造過(guò)程中，運用了多個(gè)3D打印技術(shù)以及特殊金屬材料制造的客機零部件。業(yè)內專(zhuān)家表示，“中國航空業(yè)應用3D打印技術(shù)的成功案例將會(huì )成為中國制造業(yè)的一個(gè)模范，國產(chǎn)大型客機C919的品牌效應將推動(dòng)創(chuàng )新技術(shù)的應用和發(fā)展，更多企業(yè)有望在制造過(guò)程中使用3D打印技術(shù)。
俗稱(chēng)的3D打印，正是《中國制造2025》總體規劃中提到的增材制造。增材制造技術(shù)是采用材料逐漸累加的方法制造實(shí)體產(chǎn)品的技術(shù)，相對于傳統的減材制造，是一種“自下而上”的制造方法。增材制造可對整體制造業(yè)產(chǎn)生強大的推動(dòng)力，促進(jìn)制造業(yè)轉型升級，特別是高端制造業(yè)領(lǐng)域，例如高鐵、汽車(chē)等，朝智能制造的方向發(fā)展。因此，增材制造成為各國新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的必爭之地。
我國增材制造技術(shù)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已經(jīng)從概念、趨勢、科研技術(shù)的打造，即將進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)化的階段。目前，我國已經(jīng)形成了一定的技術(shù)基礎，在部分領(lǐng)域形成了局部技術(shù)優(yōu)勢，突破了一批關(guān)鍵工藝技術(shù)和裝備，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加速。
打開(kāi)航空制造一扇窗
C919的中央翼緣條（鈦合金結構件）便是增材制造的成果，尺寸3070毫米，重量196千克，是國產(chǎn)機型首次在設計驗證階段利用3D打印技術(shù)制備承力部件，在國際民機的設計生產(chǎn)中亦屬首次。
在C919的設計驗證階段，中央翼緣條的成功試制貢獻巨大，傳統工藝6個(gè)月才能完成的制造工作，增材制造僅用25天便全部完成，實(shí)現了新產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)。
中央翼緣條是目前國際上一次連續成形尺寸最大的金屬3D打印零部件，力學(xué)性能通過(guò)商飛“五項性能測試”，強度一致性顯著(zhù)優(yōu)于國際巨頭美國波音公司標準。測試實(shí)驗得到商飛“其性能略好于鍛造件”的高度認可。
鈦合金應用量是現代飛機先進(jìn)性的一個(gè)代表性指標，我國在大型鈦合金結構件的制造技術(shù)能力上同歐美相比差距較大，在滿(mǎn)足飛機制造需求方面還存在嚴重的技術(shù)困難。而類(lèi)似C919上中央翼緣條的金屬3D打印技術(shù)為鈦合金零部件的加工提供了新的技術(shù)途徑，也為中國航空制造打開(kāi)了一扇新窗。
中央翼緣條的生產(chǎn)廠(chǎng)商———西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司是中國規模最大、技術(shù)實(shí)力最強的金屬增材制造技術(shù)全套解決方案提供商，服務(wù)包括：定制化產(chǎn)品、設備、原材料、技術(shù)服務(wù)。目前，鉑力特已與中國商飛、中航工業(yè)集團、中國航天集團、中核集團、中船重工、中國石油、第四軍醫及空中客車(chē)、法國賽峰集團、GE等多家國內外知名企業(yè)建立了穩固的合作關(guān)系。
近年來(lái)我國航空工業(yè)越來(lái)越多的使用到增材制造技術(shù)，也催生了一批代表性的企業(yè)。僅C919上，便裝載幾十種3D打印零部件。
中國工程院院士、國家增材制造創(chuàng )新中心主任盧秉恒在接受中國工業(yè)報采訪(fǎng)時(shí)表示，航空工業(yè)的大型復雜結構件，使用傳統工藝切削加工，切除的材料達到95%~97%，這些材料往往十分昂貴。“相比而言，增材制造僅在需要的地方堆積材料，材料利用率接近100%?？梢哉f(shuō)，增材制造打印大大節約了材料和制造成本，在航空航天裝備研發(fā)及制造中有極其重要的價(jià)值。”
盧秉恒進(jìn)一步表示：“除了新造外，增材制造對高價(jià)值的原件修復件作用也很明顯，比如對飛機發(fā)動(dòng)機葉片等的修復，增材制造技術(shù)就可以用極少的代價(jià)，延長(cháng)產(chǎn)品的生命周期。”
工業(yè)應用爆發(fā)式增長(cháng)
不僅是航空航天，增材制造在汽車(chē)、機械裝備等領(lǐng)域零部件模具開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域的運用成效更加顯著(zhù)。
13年來(lái)致力于提供3D掃描、3D打印、3D檢測完整的數字化制造綜合解決方案的先臨三維，目前擁有20余款自主研發(fā)的裝備，既有前沿高端的金屬3D打印機、生物細胞3D打印機，機器人全自動(dòng)三維檢測系統、齒科三維數字化系統等，也有走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)的消費級3D打印機和3D掃描儀。
該公司生產(chǎn)的EP-M250金屬3D打印機直接打印定制化排氣管成為3D云打印的典型，已在福特野馬車(chē)型上進(jìn)行裝配試用。
該公司負責人介紹，由于受傳統焊接技術(shù)限制，傳統排氣管制作工藝遇到了空氣流動(dòng)設計簡(jiǎn)單，復雜化設計難以實(shí)現等技術(shù)瓶頸。目前，市場(chǎng)上汽車(chē)排氣管的氣體流動(dòng)形式一直是以平面設計流動(dòng)為主，造成了空氣流動(dòng)性差，動(dòng)力損失較大的問(wèn)題。
3D打印定制化排氣管具有聲浪更渾厚、重量減輕、動(dòng)力更有保證的優(yōu)點(diǎn)。更值得一提的是，該項目由于采用了分布式云打印的形式，利用先臨三維在威海、重慶、海門(mén)等各地服務(wù)中心的設備閑置時(shí)間，進(jìn)行分布式3D打印，既增加了各地設備的利用率，也實(shí)現了項目的快速交付。
據了解，先臨三維在杭州、南京、威海、珠海、佛山、重慶、溫州、海門(mén)等地建有10余個(gè)線(xiàn)下3D打印服務(wù)中心，構建起了以自己技術(shù)為支撐，從設計到制造、線(xiàn)上線(xiàn)下的互聯(lián)網(wǎng)+3D打印裝備、材料、數據、服務(wù)完整生態(tài)圈，目前公司產(chǎn)品和服務(wù)已累積進(jìn)入70多個(gè)國家和地區。公司成為目前國內惟一一家具備3D數字化和3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈，并成功運用“互聯(lián)網(wǎng)+”戰略構建線(xiàn)上線(xiàn)下完整生態(tài)圈的企業(yè)。
目前，在工業(yè)領(lǐng)域，增材制造技術(shù)的應用已從簡(jiǎn)單的概念模型、功能型原型制作向功能部件直接制造方向發(fā)展，正滲透到復雜結構件設計及制造領(lǐng)域。同時(shí)，在造型評審、設計驗證、復雜結構零件、多材料復合零件、輕量化結構零件、定制專(zhuān)用工裝、表面修復、個(gè)性換裝件等方面的應用越來(lái)越多，在汽車(chē)、航海等重點(diǎn)領(lǐng)域應用市場(chǎng)前景廣闊，具備爆發(fā)式增長(cháng)的潛力。
創(chuàng )新開(kāi)啟生命科學(xué)
“增材制造是引領(lǐng)制造創(chuàng )新的共性技術(shù)，也是項顛覆性創(chuàng )新技術(shù)。”盧秉恒表示，該技術(shù)可在產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品的個(gè)性化定制、創(chuàng )新產(chǎn)品結構，釋放設計創(chuàng )新空間等方面起到非常大的作用。同時(shí)從多種材料功能應用上，也使得技術(shù)發(fā)展從增量走向增材，從增材走向創(chuàng )材，引領(lǐng)材料科技創(chuàng )新，并最終從創(chuàng )材走向創(chuàng )生，開(kāi)啟生命學(xué)創(chuàng )新。
“大部分設備可打印非活體組織，但打印活體組織，并在無(wú)菌條件下直接植入人體，卻是新的挑戰。”在廣州開(kāi)發(fā)區的邁普再生醫學(xué)科技有限公司（下稱(chēng)“邁普醫學(xué)”）董事長(cháng)袁玉宇告訴中國工業(yè)報記者，這正是該公司全力進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)的領(lǐng)域，也是世界亟待解決的難題之一。
因開(kāi)發(fā)出中國首個(gè)進(jìn)入全球高端市場(chǎng)的再生型植入類(lèi)醫療器械產(chǎn)品———睿膜，邁普醫學(xué)逐漸被大眾所熟知。為了突破設備的限制，邁普醫學(xué)近年來(lái)開(kāi)始進(jìn)軍3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上游———自主開(kāi)發(fā)生物3D打印裝備，突破設備的瓶頸。
作為中國首家運用生物3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)植入醫療器械的高新技術(shù)企業(yè)，邁普醫學(xué)還有更大的計劃———做中國生物3D打印的“黃埔軍校”，對來(lái)自全國各地的醫療人才進(jìn)行全方位的深度培養。
在生物醫療領(lǐng)域，增材制造技術(shù)可滿(mǎn)足個(gè)性化、小批量、大規模的醫療需求，已經(jīng)廣泛應用在體外醫療器械制造領(lǐng)域，如齒科、手術(shù)導板等領(lǐng)域，現正向著(zhù)個(gè)性化永久植入物、臨床修復治療和藥物研發(fā)試驗等領(lǐng)域擴展，未來(lái)將致力于生物組織、器官的直接打印。
正如互聯(lián)網(wǎng)改變了信息傳播與購物方式，增材制造技術(shù)正在給制造方式和人們的生活帶來(lái)革命性的變化，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加速。
即將于7月28日在杭州國際博覽中心盛大開(kāi)幕的2017中國增材制造大會(huì )暨展覽會(huì )上，將有近300家增材制造相關(guān)企業(yè)集中亮相，同時(shí)有600多家來(lái)自航空航天、機械、汽車(chē)、能源、醫療、教育等重點(diǎn)應用領(lǐng)域的用戶(hù)單位也將應邀蒞臨現場(chǎng)合作洽談，規模預計為20000平方米。
該展會(huì )由工業(yè)和信息化部、浙江省人民政府指導，由中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院、浙江省經(jīng)濟和信息化委員會(huì )和杭州市人民政府聯(lián)合主辦，該展會(huì )將以“增材制造，智造新動(dòng)能”為主題，集中系統地展示我國增材制造產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展成果。
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