3D打印制造核電裝備構(gòu)件

攜手行業(yè)領(lǐng)軍人才二次創(chuàng)業(yè)，將適用于核電裝備的金屬構(gòu)件制作周期，由兩三年縮短為兩三個(gè)月，且打開了一個(gè)高達(dá)數(shù)百億元的新市場(chǎng)。

從風(fēng)扇產(chǎn)業(yè)到核電風(fēng)機(jī)領(lǐng)域，南方風(fēng)機(jī)股份已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)核電通風(fēng)設(shè)備的龍頭企業(yè)，如今又向“工業(yè)級(jí)3D打印”領(lǐng)域嘗試二次創(chuàng)業(yè)。日前，民生證券調(diào)研南風(fēng)股份后發(fā)布報(bào)告稱，南方增材（南風(fēng)股份子公司）與上海核工程研究設(shè)計(jì)院的合同產(chǎn)品——核電主蒸汽管道貫穿件樣品已經(jīng)完成。

如果樣品檢驗(yàn)合格，該技術(shù)將大大提高核電站安全性能，并縮短建設(shè)周期。若加上核電站核島核心部件，市場(chǎng)價(jià)值可達(dá)數(shù)百億元。這一技術(shù)也是佛山重工業(yè)發(fā)展史上的一次重大突破，對(duì)佛山實(shí)現(xiàn)萬(wàn)億裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)具有積極意義。

聯(lián)手領(lǐng)軍人才二次創(chuàng)業(yè)

南風(fēng)股份相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，在國(guó)內(nèi)核電風(fēng)機(jī)設(shè)備領(lǐng)域，南風(fēng)股份的設(shè)備市場(chǎng)占有率已超過(guò)70%，但主營(yíng)風(fēng)機(jī)業(yè)務(wù)受到國(guó)家核電發(fā)展的環(huán)境影響，企業(yè)處于一種被動(dòng)式跟隨狀態(tài)。

由于國(guó)內(nèi)核電風(fēng)機(jī)設(shè)備領(lǐng)域的市場(chǎng)空間存在“天花板”，再加上風(fēng)機(jī)的制造方面已經(jīng)很難有大的突破，企業(yè)決定尋求新的突破。

處于核電裝備領(lǐng)域的南風(fēng)股份發(fā)現(xiàn)，在國(guó)內(nèi)核電站建設(shè)過(guò)程中，目前核心部件的制造技術(shù)仍掌握在國(guó)外企業(yè)手中，核電站設(shè)備部分部件高度依賴進(jìn)口。以核電站的大型鑄鍛件為例，其核心技術(shù)主要集中在日韓和歐洲，中國(guó)企業(yè)與其有差距，部分大型、復(fù)雜鑄鍛件尚未攻關(guān)成功，只能依靠進(jìn)口，關(guān)鍵時(shí)候還受到其對(duì)中國(guó)出口的限制，一定程度上影響了項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)程。

“打造一個(gè)大型鍛件要幾百噸鋼材和三年的時(shí)間，做完后只要檢驗(yàn)不合格，幾千萬(wàn)元就打水漂了�！蹦戏皆霾目偨�(jīng)理朱志宇說(shuō)，傳統(tǒng)的鍛造工藝要求高，流程復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，需要多套設(shè)備配套完成，導(dǎo)致核電成本居高不下。

高端技術(shù)人才資源是企業(yè)創(chuàng)新的第一資源。2009年底，南風(fēng)股份的技術(shù)團(tuán)隊(duì)在北京遇到了北京航空航天大學(xué)教授王華明。王華明是航空材料與結(jié)構(gòu)研究部首席科學(xué)家、國(guó)內(nèi)激光制造的學(xué)術(shù)帶頭人。此前，飛機(jī)大型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)采用傳統(tǒng)的鍛造和機(jī)械加工等方法，光大型模具的加工就要用一年以上的時(shí)間。模具加工出來(lái)后，再用它鍛造出一個(gè)大型結(jié)構(gòu)件的毛坯，然后繼續(xù)加工各部位的細(xì)節(jié)，等到最后成形，幾乎90％的材料都被切削、浪費(fèi)。

王華明創(chuàng)新了一條截然不同的道路，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制，用激光將合金粉末熔化，一層層堆積起來(lái)，高效率地“生長(zhǎng)”出一個(gè)合金部件。

南風(fēng)股份與王華明明確在開發(fā)金屬3D打印技術(shù)上的合作。兩者合資成立南方增材公司，成立了“重型金屬構(gòu)件電熔精密成型技術(shù)項(xiàng)目”，面向民用領(lǐng)域，王華明團(tuán)隊(duì)持有31%股份�！巴跞A明教授帶領(lǐng)公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)，自主研發(fā)了重金屬3D打印技術(shù)，是高端重大工業(yè)裝備中大型、特大型關(guān)鍵構(gòu)件制造方式的一項(xiàng)變革性技術(shù)�！敝熘居钫f(shuō)。

填補(bǔ)重型金屬3D打印空白

王華明核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)上百次實(shí)驗(yàn)后，在關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破性進(jìn)展，并在實(shí)驗(yàn)室成功做出了物理、化學(xué)性能皆優(yōu)于鍛件的核電重型裝備的金屬構(gòu)件縮比件。

重型金屬3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的突破，在國(guó)內(nèi)屬于空白。在3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域，核電又是一塊處女地。南方增材相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，重型金屬3D打印技術(shù)是一種國(guó)際首創(chuàng)的重型金屬構(gòu)件短流程、綠色、精密、數(shù)字化的增材制造新技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于百萬(wàn)千瓦核電裝備、百萬(wàn)千瓦超臨界和超超臨界火電機(jī)組，以及水電、石化、冶金、船舶等現(xiàn)代重大工業(yè)裝備合金鋼等重型金屬構(gòu)件的制造。

“我們?cè)诓牧�、設(shè)備、工藝研發(fā)設(shè)計(jì)上，整套流程都擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。我們通過(guò)國(guó)家專利局檢索了這個(gè)領(lǐng)域的所有相關(guān)信息，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與我們技術(shù)相似的�！敝熘居畋硎�。

相比起傳統(tǒng)鑄造工藝，增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于“輕裝備”，只要一臺(tái)3D打印機(jī)，一道高溫電熔的“打印”工序即可見成品。而在傳統(tǒng)鍛造工藝中，如果要制作一件50噸的核電部件，至少需要180噸的鋼錠材料，放入200噸以上的電弧爐進(jìn)行冶煉澆注，還要經(jīng)過(guò)萬(wàn)噸以上機(jī)器的鍛造和熱處理，多達(dá)十幾道工序需要耗時(shí)6個(gè)月以上。

目前，核電站的建設(shè)周期是60個(gè)月。引入增材制造技術(shù)制造重型金屬構(gòu)件，整個(gè)周期可以壓縮到50個(gè)月。

朱志宇認(rèn)為，以前發(fā)展核電站的瓶頸是造價(jià)高，因而電價(jià)也高，現(xiàn)在壓縮周期后電價(jià)會(huì)比火力發(fā)電低；另外，南方增材瞄準(zhǔn)的是核電裝備，涉及傳統(tǒng)重工業(yè)行業(yè)這個(gè)新技術(shù)的應(yīng)用，提升了產(chǎn)品的性能，也提高了安全等級(jí)。

推動(dòng)3D打印在制造中應(yīng)用

經(jīng)過(guò)30多年的快速發(fā)展，珠江西岸已發(fā)展成為廣東省重要的裝備制造業(yè)生產(chǎn)基地，初步形成了產(chǎn)業(yè)特色鮮明、具有一定規(guī)模和技術(shù)水平的裝備制造業(yè)體系，為發(fā)展先進(jìn)裝備制造業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)�！斗鹕绞写蛟烊f(wàn)億規(guī)模先進(jìn)裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)基地工作方案》要求加快工業(yè)機(jī)器人、3D打印等先進(jìn)制造技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。

今年年初，南方風(fēng)機(jī)股份控股子公司南方增材與上海核工程研究設(shè)計(jì)院簽訂了《核電主蒸汽管道貫穿件模擬件增材制造技術(shù)支持與服務(wù)合同》。在合作的基礎(chǔ)上，2015年，企業(yè)將完成模擬件的驗(yàn)證，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模擬件可取代傳統(tǒng)冶煉、鍛造工藝制造的產(chǎn)品，在力學(xué)、性能等指標(biāo)上達(dá)到核工業(yè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。

“核電代表工業(yè)最高領(lǐng)域，如果順利達(dá)到了各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，這樣一項(xiàng)全新工藝就可以在其他裝備領(lǐng)域的生產(chǎn)制造中運(yùn)用。”朱志宇稱。

增材制造技術(shù)在核電部件制造上得到突破后，壓力容器、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器等大量核反應(yīng)堆中的核心部件都能通過(guò)增材制造進(jìn)行生產(chǎn)。以核心部件蒸汽發(fā)生器的管板為例，朱志宇稱這一項(xiàng)的市場(chǎng)價(jià)值就超過(guò)20億美金，再加上核電站核島核心部件，市場(chǎng)價(jià)值可達(dá)數(shù)百億元。

“通過(guò)3D打印，我們可以根據(jù)客戶需要，完成不同構(gòu)件的個(gè)性化定制，特別是裝備業(yè)中一些關(guān)鍵的金屬異形件，也可嘗試進(jìn)行突破�！蹦戏皆霾目偨�(jīng)理助理李春華說(shuō)道。

近年來(lái)，增材制造、新材料、大數(shù)據(jù)等技術(shù)突破和廣泛應(yīng)用，正推動(dòng)制造業(yè)生產(chǎn)方式的深刻變革。李春華表示，不遠(yuǎn)的將來(lái)，金屬增材制造將是佛山重工業(yè)發(fā)展的一次重大突破，對(duì)佛山打造萬(wàn)億裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)具有積極意義。