隨著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)翻開了嶄新的一頁。在C919研發(fā)和制造過程中，運用了多個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(nèi)專家表示，“中國航空業(yè)應用3D打印技術(shù)的成功案例將會成為中國制造業(yè)的一個模范，國產(chǎn)大型客機C919的品牌效應將推動創(chuàng)新技術(shù)的應用和發(fā)展，更多企業(yè)有望在制造過程中使用3D打印技術(shù)。
俗稱的3D打印，正是《中國制造2025》總體規(guī)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體產(chǎn)品的技術(shù)，相對于傳統(tǒng)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)生強大的推動力，促進制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，特別是高端制造業(yè)領(lǐng)域，例如高鐵、汽車等，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)過多年，尤其是近幾年的發(fā)展，已經(jīng)從概念、趨勢、科研技術(shù)的打造，即將進入了產(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(chǔ)，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)化進程明顯加速。
打開航空制造一扇窗
C919的中央翼緣條(鈦合金結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)計生產(chǎn)中亦屬首次。
在C919的設(shè)計驗證階段，中央翼緣條的成功試制貢獻巨大，傳統(tǒng)工藝6個月才能完成的制造工作，增材制造僅用25天便全部完成，實現(xiàn)了新產(chǎn)品的快速開發(fā)。
中央翼緣條是目前國際上一次連續(xù)成形尺寸最大的金屬3D打印零部件，力學性能通過商飛“五項性能測試”，強度一致性顯著優(yōu)于國際巨頭美國波音公司標準。測試實驗得到商飛“其性能略好于鍛造件”的高度認可。
鈦合金應用量是現(xiàn)代飛機先進性的一個代表性指標，我國在大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的制造技術(shù)能力上同歐美相比差距較大，在滿足飛機制造需求方面還存在嚴重的技術(shù)困難，而類似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了一扇新窗。
中央翼緣條的生產(chǎn)廠商——西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司是中國規(guī)模最大、技術(shù)實力最強的金屬增材制造技術(shù)全套解決方案提供商，服務包括：定制化產(chǎn)品、設(shè)備、原材料、技術(shù)服務。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(yī)及空中客車、法國賽峰集團、GE等多家國內(nèi)外知名企業(yè)建立了穩(wěn)固的合作關(guān)系。
近年來我國航空工業(yè)越來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)報采訪時表示，航空工業(yè)的大型復雜結(jié)構(gòu)件，使用傳統(tǒng)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，增材制造打印大大節(jié)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值。”
盧秉恒進一步表示，“除了新造外，增材制造對高價值的原件修復件作用也很明顯，比如對飛機發(fā)動機葉片等的修復。增材制造技術(shù)就可以用極少的代價，延長產(chǎn)品的生命周期。”
工業(yè)應用爆發(fā)式增長
不僅是航空航天，增材制造在汽車、機械裝備等領(lǐng)域零部件模具開發(fā)等領(lǐng)域的運用成效更加顯著。
13年來致力于提供3D掃描、3D打印、3D檢測完整的數(shù)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，機器人全自動三維檢測系統(tǒng)、齒科三維數(shù)字化系統(tǒng)等，也有走進千家萬戶的消費級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，已在福特野馬車型上進行裝配試用。
該公司負責人介紹，由于受傳統(tǒng)焊接技術(shù)限制，傳統(tǒng)排氣管制作工藝遇到了空氣流動設(shè)計簡單，復雜化設(shè)計難以實現(xiàn)等技術(shù)瓶頸。目前市場上汽車排氣管的氣體流動形式一直是以平面設(shè)計流動為主，造成了空氣流動性差，動力損失較大的問題。國內(nèi)某汽車改裝廠商就委托該公司定制一款3D打印排氣管，用于動力改進。
3D打印定制化排氣管具有聲浪更渾厚、重量減輕、動力更有保證的優(yōu)點。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、海門等各地服務中心的設(shè)備閑置時間，進行分布式3D打印，既增加了各地設(shè)備的利用率，也實現(xiàn)了項目的快速交付。
據(jù)了解，先臨三維在杭州、南京、威海、珠海、佛山、重慶、溫州、海門等地建有10余個線下3D打印服務中心，構(gòu)建起了以自己技術(shù)為支撐，從設(shè)計到制造、線上線下的互聯(lián)網(wǎng)+3D打印”裝備、材料、數(shù)據(jù)、服務“完整生態(tài)圈，目前公司產(chǎn)品和服務已累積進入70多個國家和地區(qū)。公司成為目前國內(nèi)唯一一家具備3D數(shù)字化和3D打印全產(chǎn)業(yè)鏈，并成功運用“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略構(gòu)建線上線下完整生態(tài)圈的企業(yè)。在規(guī)模和綜合實力方面實現(xiàn)行業(yè)第一。
目前，在工業(yè)領(lǐng)域，增材制造技術(shù)的應用已從簡單的概念模型、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(jié)構(gòu)件設(shè)計及制造領(lǐng)域。同時，在造型評審、設(shè)計驗證、復雜結(jié)構(gòu)零件、多材料復合零件、輕量化結(jié)構(gòu)零件、定制專用工裝、表面修復、個性換裝件等方面的應用越來越多，在汽車、航海等重點領(lǐng)域應用市場前景廣闊，具備爆發(fā)式增長的潛力。
創(chuàng)新開啟生命科學
“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)品快速開發(fā)、產(chǎn)品的個性化定制、創(chuàng)新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，釋放設(shè)計創(chuàng)新空間等方面起到非常大的作用。同時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，開啟生命學創(chuàng)新。
“大部分設(shè)備可打印非活體組織，但打印活體組織，并在無菌條件下直接植入人體，卻是新的挑戰(zhàn)。”在廣州開發(fā)區(qū)的邁普再生醫(yī)學科技有限公司(下稱“邁普醫(yī)學”)董事長袁玉宇告訴《中國工業(yè)報》記者這正是該公司全力進行技術(shù)攻關(guān)的領(lǐng)域，也是世界亟待解決的難題之一。
因開發(fā)出中國首個進入全球高端市場的再生型植入類醫(yī)療器械產(chǎn)品——睿膜，邁普醫(yī)學逐漸被大眾所熟知。然而，高精度的3D打印產(chǎn)品有賴于好的3D打印設(shè)備。為了突破設(shè)備的限制，邁普醫(yī)學近年來開始進軍3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上游——自主開發(fā)生物3D打印裝備，突破設(shè)備的瓶頸。
作為中國首家運用生物3D打印技術(shù)開發(fā)植入醫(yī)療器械的高新技術(shù)企業(yè)，邁普醫(yī)學深知原始創(chuàng)新的重要性。未來，他們還有更大的計劃——做中國生物3D打印的“黃埔軍校”，對來自全國各地的醫(yī)療人才進行全方位的深度培養(yǎng)。
在生物醫(yī)療領(lǐng)域，增材制造技術(shù)可滿足個性化、小批量、大規(guī)模的醫(yī)療需求，已經(jīng)廣泛應用在體外醫(yī)療器械制造領(lǐng)域，如齒科、手術(shù)導板等領(lǐng)域，現(xiàn)正向著個性化永久植入物、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)正在給制造方式和我們的生活帶來革命性的變化，其產(chǎn)業(yè)化進程明顯加速。
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