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国内3D打印代表人物入选2013年工程院增选院士候选名单

  这种快速原型制造的方法,应该说这是大家都知道的3D打印,这应该是1986年MIT发明的方法,叫3D打印。基本工艺包括光敏树脂化等等很多方法,3D打印就是这么回事,用喷墨打印机把胶水打出来,一烤干,建一个厚度,铺一层粉末,如何打印就可以反复打一个东西出来,这是铺纸工艺,这里就不讲了,刚才颜教授介绍了这个造型,清华大学做得非常好。然后,这个就是选择性激光烧结,3D打印完全被它取代,它的精度是比较高的。

  第二类,就是高性能金属构建的直接制造,这个事情发展相对比较万,上世纪90年代。用的手段是一样的,主要用高功率的激光束或者是高功率的电子束对粉末丝材进行熔化,往上堆积,应该说这是它的一个主要方法。到现在为止,可能大家见到的都是做小的居多,做大的难度还会非常大,后面我还会讲讲个人观点,这可能是增材制造发展的方向,也是一个难点。

  这是国外做的一些情况,关于在金属零件这块做得很多,要做到这个程度难度非常大,这个也可以看出来,表面并不是能达到真正的精度。像这个虽然说表面很光,但是离传统的加工还有很大的差别。这是密歇根大学做的梯度材料,这是热缩冷展的结构,这是所谓空心的结构。

  下面我就讲一下我认为真正的方向,就是高性能难加工的金属大型复杂构建激光直接制造,我觉得这可能也是一个方向。这个方向刚才讲了,就是用高功率的激光或者是高功率的电子束对材料进行熔化,展现出一个毛坯。当然,它有很多优势,从典型的数字化技术得到一个成型的零件,而这些零件用传统的方法做很困难,例如这么一个零件,用传统方法做,从铸锭到制坯到模具非常困难。用增材制造方法做有很多好处,组织很细,力学性能很好,可以实现多材料去做。制造技术上有很多优势,不再需要模具、不再需要工装等等,有很多优点。从这个意义上来说,我觉得确实是一种数字化的带有变革性的,短流程、低成本的数字化制造技术。这种技术是一个发展方向,我觉得它也是增材制造的发展方向。到现在为止像钛合金这种技术还没有取得突破,难在哪个?热应力太大,凝固会收缩,体积收缩就带来非常大的应力。最终结果就是热应力太大,要做大零件就非常困难。

  第二个难题是冶金过程复杂,焊接过程是很难控制的过程,所以带来的结果是力学性能不行,性能不行的结果就是关键构建没办法用。这是美国人做的结果,激光成型在锻压,疲劳性会差一些,2002年大概做过试验,现在就不再做了。我认为一个是变形、一个性能、一个是装备,还有一个是标准,这是非常重要的。这是美国的增材学会主办的增材制造的研讨会,我们看它的主题激光修复,只能做小的,国际上的方向是做表面工程。

  下面,我就简单说一下我们大概是这样,干了快20年,走出了实质性的一步,包括从工艺到装备到标准走出了第一步,现在在飞机上有所应用。我们做出来了这样的装备我觉得是非常大的,可能有7、8米,尺寸做到4×3×2米的尺寸,我们具备这种能力,然后就是标准,我觉得这是非常重要的,经过20年,大概积累下一个初步的标准。应用我们大概也很庆幸,就是C919的机头的主风挡窗框就是这样一个情况,四个框,一个框50万,200万元的模具,我们采用了这个技术,大概不到55天,做出来四个框,成本就不用说了,太低了。2010年还出了这么一段,这是机翼和机身连接的部位,这边是一个翅膀,这是机身,大家看一下这个是非常大的,这是前面的零件、后面的零件,四个零件是采用激光去做,激光做有很多的优势。这边是采用锻件、这边是采用增材制造,确实它的优势太明显了,锻件可能是1600公斤,激光是1300公斤,我们已具备这种能力做出这么大的钛合金构建,恐怕这是其他方面做不出来的。

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