【3D打印高端演講】鞏水利：復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)件的3D打印

【導(dǎo)讀】 6月下旬，世界3d打印大會(huì)在青島舉行。南極熊3D打印網(wǎng)也到了現(xiàn)場進(jìn)行了大量的報(bào)道，詳情請看南極熊報(bào)道 http://www.dddyin.com/forum-103-1.html 。南極熊作為一個(gè)3d打印的專業(yè)媒體平臺(tái)，一直致力于推動(dòng)中國3D打印行業(yè)的發(fā)展。希望下面的一些內(nèi)容對(duì)大家有所啟發(fā)。
鞏水利：各位專家、各位同仁，很高興今天在青島這座美麗的城市，也是很美好的一個(gè)季節(jié)，就我們增材制造，我們俗稱的3D打印進(jìn)行交流。今天借著我們這個(gè)行業(yè)的情況，結(jié)合一些國際國內(nèi)的在行業(yè)上的一些需求以及我們所做的工作給大家做一個(gè)交流。我匯報(bào)的題目是復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)件的增材制造技術(shù)與應(yīng)用。各位都知道，這一塊是在增材制造技術(shù)方面和3D打印技術(shù)方面，是它的應(yīng)用和推動(dòng)這個(gè)技術(shù)很主要的一個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的方面，特別是關(guān)系到一個(gè)國家的國防軍工行業(yè)的技術(shù)水平。很榮幸我們這個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是咱們國家的國防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主要利用高能速流在開發(fā)一些工業(yè)的研究，因此這個(gè)3D打印的增材制造也是我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)室做了二十幾年的研究，我在此介紹一下。


主要匯報(bào)四個(gè)方面的內(nèi)容，一個(gè)是講一下增材制造在航空技術(shù)的推動(dòng)作用，第二就目前國外同行的發(fā)展做一下介紹，第三個(gè)主要想講一下國內(nèi)的情況，特別我們的一些研究稱呼和代表，第四個(gè)是對(duì)增材制造方面我們的一些認(rèn)識(shí)談一下個(gè)人的看法，不一定完全對(duì)。

我們知道目前在航空制造領(lǐng)域，制造技術(shù)主要是以金屬構(gòu)建為主，特別是我們目前飛行器的要求結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，體現(xiàn)它的結(jié)構(gòu)和功能性一體化的發(fā)展趨勢也是一個(gè)很好的方向。因此，目前在這個(gè)行業(yè)里主要是針對(duì)大型的成立結(jié)構(gòu)的一些高效的成型技術(shù)，另外一個(gè)方面主要是對(duì)小型復(fù)雜功能結(jié)構(gòu)的精密成型的技術(shù)。在這兩大類的制造技術(shù)里，目前應(yīng)該說最有代表性的制造技術(shù)應(yīng)該是四塊，在大型成立結(jié)構(gòu)的高效成立技術(shù)方面，主要是有DMD技術(shù)，第二是EBF3技術(shù)，這個(gè)可能陌生一點(diǎn)，目前研究得不是特別多，我研究得不是特別多。第二個(gè)方面，圍繞小型復(fù)雜功能結(jié)構(gòu)的精密成形技術(shù)當(dāng)中，最有代表性的是SLM，第二個(gè)是異軍突起的EBM，這是目前的代表性技術(shù)。

在大型承力結(jié)構(gòu)的高效成形技術(shù)，DMD在國內(nèi)發(fā)展速度非�？�，特別是同軸送粉直接制造，這個(gè)技術(shù)就不用說了，這是它的一個(gè)發(fā)展原理性的趨勢。
    右邊這個(gè)圖，是利用這個(gè)原理做的一個(gè)關(guān)鍵航空領(lǐng)域的零部件，這是它的原理。

電子束的原理呢，它成形用的材料是金屬絲材，在美國有兩家公司，這個(gè)技術(shù)發(fā)展是同步發(fā)展，不太落后，這是它的技術(shù)。

我們這里有一個(gè)表，激光束和電子束的對(duì)比，另外我們國內(nèi)有這么多家的研究單位，北航、西工大等等。另外電子束的是625所、NASA等。

這個(gè)是小型復(fù)雜功能結(jié)構(gòu)的精密成形技術(shù)，原理很簡單，我這邊給了一個(gè)動(dòng)畫，這是在航空的飛行器模擬成形過程，這是作為精密復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，就是我們傳統(tǒng)加工不好加工的零件，應(yīng)該說用這個(gè)技術(shù)直接就可以把它做出來，這就是它的成形的過程，可以看出來。

另外是電子數(shù)的選區(qū)熔化，它的好處是在真空的環(huán)境下成形，特別對(duì)一些保護(hù)的節(jié)點(diǎn)。

對(duì)航空制造技術(shù)的促進(jìn)作用，這些作用可能對(duì)我們其他行業(yè)基本上是類同的。促進(jìn)設(shè)計(jì)思想的革命，支撐全新的設(shè)計(jì)理念。我們好多的技術(shù)理念，王總和北航的625所長期的合作引領(lǐng)設(shè)計(jì)理念，推動(dòng)了技術(shù)的發(fā)展。

第二個(gè)是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的混合制造的思想，大量浪費(fèi)了材料，加工周期也很長，成本也很高�，F(xiàn)在怎么辦呢？一些安裝座、連接座等，這是一種。第三個(gè)，實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)、敏捷制造，這個(gè)對(duì)我們來講也是很關(guān)鍵的技術(shù)。第四個(gè)是修復(fù)，這個(gè)我想我們都有了。

第一個(gè)，促進(jìn)設(shè)計(jì)思想的革命，支撐全新的設(shè)計(jì)理念。在等應(yīng)力的設(shè)計(jì)中，軟件可根據(jù)所受載荷條件自動(dòng)生成各截面應(yīng)力均衡的結(jié)構(gòu)，無應(yīng)力集中，但結(jié)構(gòu)形式十分復(fù)雜，傳統(tǒng)方法難易制造，通過增材制造很容易實(shí)現(xiàn)。

第二，能夠制造過去沒有的新型結(jié)構(gòu)，促進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，例如空間點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)——具有結(jié)構(gòu)輕、剛性好，散熱好等特點(diǎn)。從這個(gè)圖上可以看出來，我們用了各種的散熱結(jié)構(gòu)，這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)直接就出來了。

第三，由于精密增材制造技術(shù)不受零件形狀限制，設(shè)計(jì)出來就可制造出來，因此設(shè)計(jì)可以依據(jù)功能最優(yōu)化的原則，無須過多考慮制造難度的問題。過去的加工很難，現(xiàn)在怎么辦呢？現(xiàn)在利用選區(qū)就可以出來。

第四，利用增材制造技術(shù)研制新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)超冷渦輪葉片，能夠?qū)崿F(xiàn)鈦合金、甚至陶瓷基材料任意復(fù)雜的流道及氣膜冷卻孔的直接制造，從而大大提高耐高溫性能。

第二個(gè)，國外的發(fā)展趨勢，我想介紹一下。第一個(gè)，航空的需求是十分廣泛的，技術(shù)發(fā)展十分迅猛，實(shí)施了戰(zhàn)略和資源的整合，特別是航空國防集中利用度非常高，還有產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟也在做這個(gè)事。研發(fā)實(shí)力比較突出，促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展。第四是應(yīng)用技術(shù)成果顯著，部分技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展。

另外增材制造技術(shù)發(fā)展很快，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，前面專家說了我就不再說了。美國政府很重視，特別是在軍方方面，組織了一系列的研究團(tuán)隊(duì)。在電子束成形和發(fā)動(dòng)葉片激光修復(fù)等方面都有很大的應(yīng)用。在歐洲也比較重視。

國內(nèi)的情況，這幾年在增材制造方面也做了大量的研究工作，主要從材料、配方、工藝到技術(shù)服務(wù)全方位發(fā)展。我們這么多年，96年到2013年所有的發(fā)展路線，特別這兩年發(fā)展比較快，而且形成了比較完整的體系，從材料到束源到方法，各種方法都有，有專門的團(tuán)隊(duì)在做這個(gè)事。特別值得一提的是電子束方面我們在做，而且進(jìn)行了相關(guān)的應(yīng)用。我們突破了一些工業(yè)技術(shù)，形成了針對(duì)不同材料及結(jié)構(gòu)的工藝體系。

這里的幾個(gè)件都是比較有代表性的，這是國內(nèi)最大的增材制造的一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。這個(gè)件是一個(gè)很復(fù)雜的件，包括精度在不斷提高，激光選區(qū)也是這樣的，應(yīng)該說和國際是同步的，我們想在精度上可以看出來實(shí)現(xiàn)了這個(gè)精度。這是我們目前最大的一個(gè)基礎(chǔ)件。從設(shè)備到軟件成形開發(fā)，應(yīng)該說都是走在前列的。

還有我們自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)裝備制造，所有的裝備，目前這是國際最大的，都由我們來做，都是一家在做這件事。

另外我們開發(fā)了國內(nèi)的，應(yīng)該說據(jù)我們所知目前國內(nèi)比較大的設(shè)備。另外它未來也有幾個(gè)發(fā)展方向。第二個(gè)是精密無余量選區(qū)也在做。

未來的建議，客觀來講和國外有所差距，我們的知識(shí)產(chǎn)權(quán)相對(duì)少一點(diǎn)，你比如說我們的素材，第二我們成形的軟件，我們自主研發(fā)這一塊很少，沒有形成整個(gè)的產(chǎn)能和能力。另外產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我們感覺到發(fā)展比較慢，在我們的技術(shù)方面、醫(yī)療方面都要加快發(fā)展，各方面形成我們的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行改善。不管從材料、工藝、裝備來講都需要大家共同努力。

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