北京工業(yè)大學(xué)&康碩電氣共同研發(fā)大尺寸陶瓷型芯3D打印機(jī)KSJT-3D

來源：人民日?qǐng)?bào)

近年來，隨著我國科技水平的提高，航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，極大地提升了飛機(jī)的性能。與此同時(shí)，通過復(fù)雜氣冷內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，改善渦輪葉片散熱能力已成為先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)制造的關(guān)鍵，而陶瓷型芯是制造這種內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的核心部件。內(nèi)腔形狀越復(fù)雜，冷卻效果越優(yōu)異。而傳統(tǒng)方法往往難以加工內(nèi)腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷型芯，陶瓷3D打印技術(shù)成為解決這個(gè)難題的有效方案。目前，陶瓷型芯3D打印設(shè)備和材料主要掌握在美國、德國、法國、奧地利等少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家手中，相關(guān)核心技術(shù)和方案成為制約我國陶瓷型芯3D打印發(fā)展的“卡脖子”難題。

為打破國外壟斷，北京工業(yè)大學(xué)3D打印中心陳繼民教授團(tuán)隊(duì)與康碩電氣進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，自主研制出大尺寸陶瓷型芯3D打印機(jī)和高性能陶瓷成形材料。目前，設(shè)備已經(jīng)投入工業(yè)化生產(chǎn)，填補(bǔ)了陶瓷型芯3D打印設(shè)備國內(nèi)空白，為陶瓷3D打印的國產(chǎn)化鋪平了道路，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備-材料-工藝閉環(huán)鏈條的自主可控。相關(guān)技術(shù)對(duì)3D打印陶瓷行業(yè)實(shí)現(xiàn)我國航空航天、生物醫(yī)療、機(jī)械電子領(lǐng)域關(guān)鍵零部件制造的國產(chǎn)化具有重大意義，將促進(jìn)我國陶瓷3D打印工具軟件、裝備、材料與服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈的健全和健康發(fā)展，為打破國外技術(shù)壟斷，解決我國陶瓷型芯的“卡脖子”難題，具有積極的戰(zhàn)略意義。

從項(xiàng)目啟動(dòng)到功能實(shí)現(xiàn)、安裝測試及試運(yùn)行，最后總體驗(yàn)收，歷時(shí)2年，北京工業(yè)大學(xué)與康碩科研人員緊密合作，密切配合，克服了疫情的影響，通過了有關(guān)部門組織的專家的鑒定。

本設(shè)計(jì)并制造了國內(nèi)最大的陶瓷型芯3D打印設(shè)備，填補(bǔ)了我國陶瓷型芯3D打印設(shè)備的空白。設(shè)備具有打印幅面大，打印零件燒結(jié)后產(chǎn)品致密接近100%理論密度，力學(xué)性能好，研制的打印材料滿足陶瓷型芯的要求。并可根據(jù)用戶需求進(jìn)行定制開發(fā)。

△陶瓷3D打印設(shè)備成品圖

通過自主研發(fā)，研制出具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的陶瓷型芯3D打印裝備，取得了多項(xiàng)的專利和軟件著作權(quán)。該設(shè)備采用的智能掃描算法，開發(fā)的分層掃描軟件，可進(jìn)行無支撐結(jié)構(gòu)制造。同時(shí)，此算法可大大縮短掃描時(shí)間，提高設(shè)備的打印速度。同時(shí)，整套設(shè)備采用專利技術(shù)（一體化拓?fù)鋬?yōu)化）設(shè)計(jì)方法，減輕了設(shè)備的重量，提高了運(yùn)行速度，降低了生產(chǎn)成本。通過自行開發(fā)的與設(shè)備相匹配的專用陶瓷3D打印材料，徹底擺脫國外進(jìn)口設(shè)備與材料相綁定的卡脖子問題，大大降低了使用成本。

依托于北京工業(yè)大學(xué)3D打印中心陳繼民教授研發(fā)團(tuán)隊(duì)，自主研發(fā)的陶瓷3D打印設(shè)備，應(yīng)用領(lǐng)域適用于精密鑄造、生物醫(yī)療等領(lǐng)域。目前，尚無同類型國產(chǎn)陶瓷型芯成形設(shè)備及配套陶瓷材料。本項(xiàng)目中所開發(fā)的設(shè)備采用多項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)，提出并實(shí)現(xiàn)了陶瓷3D打印新方式，填補(bǔ)了國內(nèi)陶瓷3D打印的多項(xiàng)空白。研發(fā)的陶瓷打印材料、陶瓷型芯3D打印工藝，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。另外，項(xiàng)目開發(fā)的3D打印設(shè)備的主要性能指標(biāo)，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，打破國外技術(shù)壟斷，提高了國產(chǎn)陶瓷3D打印產(chǎn)品品質(zhì)，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)陶瓷型芯的制造提供了技術(shù)支撐。

陶瓷作為3D打印領(lǐng)域的新興材料，具有一個(gè)非常龐大的市場。根據(jù)SmarTech Publishing對(duì)市場前景的預(yù)估，過去十年是陶瓷3D打印技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室或者小批量試驗(yàn)的階段，到2028年，陶瓷3D打印產(chǎn)品的產(chǎn)值有望增長到11億美元。

陶瓷3D打印的應(yīng)用前景非常廣泛，涵蓋科研、醫(yī)療、工業(yè)、建筑及首飾等，尤其是具有許多有利性能的高級(jí)陶瓷材料更是航空航天及國防等領(lǐng)域需要的材料，如3D打印航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)空心葉片陶瓷型芯等，項(xiàng)目中所研制的陶瓷3D打印設(shè)備具有極高的應(yīng)用價(jià)值和工程意義。

目前，由北京工業(yè)大學(xué)和康碩聯(lián)合研發(fā)的KSJT-3D型陶瓷3D打印設(shè)備已經(jīng)量產(chǎn)，并應(yīng)用于打印航空陶瓷葉片型芯制造、醫(yī)療定制骨科植入物制造、汽車陶瓷過濾器、珠寶奢侈品、柔性電子和半導(dǎo)體器件的薄微觀結(jié)構(gòu)等。相關(guān)設(shè)備和材料獲得從業(yè)人員和市場的認(rèn)可，為陶瓷3D打印標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系統(tǒng)化提供了重要保障，設(shè)備和材料的關(guān)鍵技術(shù)和性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平。