【第三屆世界3D打印大會(huì)】顏永年：金屬3D打印技術(shù)需要和傳統(tǒng)工藝相結(jié)合

2015年6月3日至6月6日，第三屆世界3D打印大會(huì)在成都隆重舉行。南極熊3D打印網(wǎng)作為3D打印專業(yè)的互動(dòng)媒體平臺(tái)，到現(xiàn)場(chǎng)為大家從南極熊的視覺來觀看了解這次3D打印領(lǐng)域的重大會(huì)展會(huì)議。下面請(qǐng)看南極熊·第三屆世界3D打印大會(huì)系列—— 世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)的那人那事，顏永年：金屬3D打印技術(shù)需要和傳統(tǒng)工藝相結(jié)合。

顏永年：非常高興跟大家分享我們?cè)诮饘?D打印方面思考的一些問題和獲得的一些初步成果。

我報(bào)告的題目?jī)?nèi)容有幾個(gè)方面：第一、金屬3D打印有多少種、常用的是哪些、和我們關(guān)系密切的是哪些？第二、金屬3D打印從制造科學(xué)、材料成型學(xué)、制造一個(gè)零件的角度來看有什么不足？我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)它的缺點(diǎn)。第三、3D打印需要和傳統(tǒng)工藝相結(jié)合。

下面介紹四種我們當(dāng)前在思考或者是試驗(yàn)的內(nèi)容，主要是激光粉末熔化、激光粉末熔覆、電子束熔覆、電子束熔化。

第一種是SLS。先看一些案例：同軸送粉和偏軸送粉的熔覆，激光從軸心下來，粉末沿著它，粉末呈一個(gè)角度作用下來；激光在中間，藍(lán)區(qū)是粉末束流，氣體在下面，聚焦要聚焦在下面一點(diǎn)。五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人的熔覆，可以看到它的靈活性非常好。這是熔覆LCE，做一個(gè)稍微復(fù)雜一點(diǎn)的葉片，我們也可以簡(jiǎn)單看一下(PPT)：這是我們公司正在做的葉片的一個(gè)共享，這是水平走向和垂直走向的。這是我們做材料性能試驗(yàn)的。這是最近做的一些試驗(yàn)結(jié)果。這是設(shè)計(jì)的一臺(tái)熔覆機(jī)床，主要是為球閥表面的強(qiáng)化，可以做出兩米直徑的球；這個(gè)機(jī)床我們生產(chǎn)了一臺(tái)，銷售了一臺(tái)。還有高鐵輪對(duì)的熔覆，對(duì)高鐵輪對(duì)的熔覆很有好處。這是對(duì)軋輥軸的熔覆。

第二種是SLM。這是它的原理圖：SLS是基礎(chǔ)燒結(jié)的，熔化和燒結(jié)其實(shí)原理一樣只是功率不一樣。這是我們公司做的一些案例：冷卻流道、為長(zhǎng)虹集團(tuán)做的注塑模、用鈦合金材料模仿生物醫(yī)藥應(yīng)用的東西、批量生產(chǎn)的商業(yè)化工業(yè)SLM產(chǎn)品以及科教領(lǐng)域推出的多功能SLM設(shè)備。為什么要開發(fā)多功能?從商業(yè)目的來看不是太值得，但是從發(fā)展3D打印、幫助教育、科研和培訓(xùn)的角度，我認(rèn)為多能功能是很有價(jià)值的，它可以減少使用者的投資，圍繞這個(gè)目的開發(fā)了一型二型的多功能設(shè)備。

第三、四種分別是EBAM和EBSM。現(xiàn)在美國CRK公司EBAM可做到很大的成型量。EBSM的成型箱和電子箱在一起，真空處理很困難。這是我們學(xué)校04年做的EBSM，當(dāng)時(shí)應(yīng)該是比較早的一臺(tái)。這個(gè)體積超大型的是EBAM，打印尺寸可達(dá)6m*1.2m。這些為3D打印未來的發(fā)展提出了很好的案例，我認(rèn)為3D打印要用大功率，所以我們要把3D打印的成型量及熔覆量往大功率發(fā)展。

下面我談?wù)?D打印的技術(shù)有什么不足，為什么要跟傳統(tǒng)相結(jié)合？前面介紹的3D打印都是液固轉(zhuǎn)變，就是凝固，一個(gè)熔池變成固態(tài)，我們叫液到固的轉(zhuǎn)變。如果液固轉(zhuǎn)變做得好很容易做到平衡冷卻和快速細(xì)化，不存在偏析，因?yàn)殄懺齑笮偷臇|西，偏析是一個(gè)很頭痛的問題，所以很小的熔池很容易做到斷裂極限，使流動(dòng)極限能大幅度提高。超過鑄造、接近鍛造很容易，也能做到，但是還有先天不足。它不是一種非凝固的固態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變，而是液固的轉(zhuǎn)變。

大家看美國一個(gè)公司的試驗(yàn)：最后一項(xiàng)很不穩(wěn)定，前面也不是每一次都達(dá)到，這個(gè)現(xiàn)象很多搞3D打印的人沒有去應(yīng)對(duì)，在高溫下重系的結(jié)晶，因?yàn)槭橇鲃?dòng)狀態(tài)，必須有大量的技術(shù)流動(dòng)，才能把這個(gè)東西加上去，才能使沖擊韌性達(dá)到要求值；我們不能只看到強(qiáng)度可以了，還要看到屬性、沖擊的熱性，這是3D打印技術(shù)上的不足之處。

傳統(tǒng)的結(jié)合為什么重要？我引用華盛頓郵報(bào)的一個(gè)報(bào)道：“技術(shù)創(chuàng)新帶來的實(shí)際經(jīng)濟(jì)收益不會(huì)源自那些眩目的想法，而是源自正在趨于成熟的新興技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的巧妙結(jié)合”，這句話說得非常清楚，怎么結(jié)合呢?我認(rèn)為是跟鍛造、擠壓相結(jié)合。就如跟德國的格林公司合作，推出用于高檔汽車輕量化的熔覆再進(jìn)行珩磨，并和熔覆擠壓結(jié)合，固固轉(zhuǎn)變，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，就可使產(chǎn)品沒有偏析、沖擊韌性提高、熔覆提高；再通過擠壓提高塑性、韌性，最終獲得達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品。

我們有一個(gè)核電主管道，并且對(duì)它進(jìn)行了很多的模擬試驗(yàn)，也用過粉末成型，雖然目前還未實(shí)現(xiàn)，但我認(rèn)為是可以實(shí)現(xiàn)的。用噴頭作出的變件成型：這是中間的中間體，再垂直熔覆與擠壓相結(jié)合，結(jié)果試驗(yàn)以后出現(xiàn)很多問題。我昨天就此問題跟GE公司的交流，我認(rèn)為熔覆鍛造需要進(jìn)一步的發(fā)展，對(duì)像核鍋爐這樣幾百噸的東西，不可能全部熔覆完了再鍛造，因?yàn)闆]有那么大的設(shè)備鍛造，必須邊熔覆邊鍛造。我們說的單元熔覆鍛造需要熔覆和鍛造反復(fù)進(jìn)行。這是一個(gè)單元一個(gè)鍛造的示意圖，底部的熔覆和鍛造相結(jié)合(PPT)、桶部熔覆和鍛造相結(jié)合。我們國家在全世界做的7654工程、700噸鋼水、600噸鋼錠、500噸鑄件、400噸鍛件，我們能不能用3D打印技術(shù)，把一個(gè)核鍋爐從四年縮短到一年?這是我們努力的方向。這是鍋爐的一些設(shè)想圖：熔覆頭和鍛壓頭結(jié)合在一起，這是壓機(jī)（即剛說的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)粉末渦輪盤）。（3D打印在線）

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