【3D打印高端演講】鞏水利：復雜金屬結(jié)構件的3D打印

【導讀】 6月下旬，世界3d打印大會在青島舉行。南極熊3D打印網(wǎng)也到了現(xiàn)場進行了大量的報道，詳情請看南極熊報道 http://www.dddyin.com/forum-103-1.html 。南極熊作為一個3d打印的專業(yè)媒體平臺，一直致力于推動中國3D打印行業(yè)的發(fā)展。希望下面的一些內(nèi)容對大家有所啟發(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，也是很美好的一個季節(jié)，就我們增材制造，我們俗稱的3D打印進行交流。今天借著我們這個行業(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交流。我匯報的題目是復雜金屬結(jié)構件的增材制造技術與應用。各位都知道，這一塊是在增材制造技術方面和3D打印技術方面，是它的應用和推動這個技術很主要的一個工業(yè)領域的方面，特別是關系到一個國家的國防軍工行業(yè)的技術水平。很榮幸我們這個重點實驗室是咱們國家的國防重點實驗室，主要利用高能速流在開發(fā)一些工業(yè)的研究，因此這個3D打印的增材制造也是我們這個實驗室做了二十幾年的研究，我在此介紹一下。


主要匯報四個方面的內(nèi)容，一個是講一下增材制造在航空技術的推動作用，第二就目前國外同行的發(fā)展做一下介紹，第三個主要想講一下國內(nèi)的情況，特別我們的一些研究稱呼和代表，第四個是對增材制造方面我們的一些認識談一下個人的看法，不一定完全對。

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

在大型承力結(jié)構的高效成形技術，DMD在國內(nèi)發(fā)展速度非�？欤�特別是同軸送粉直接制造，這個技術就不用說了，這是它的一個發(fā)展原理性的趨勢。
    右邊這個圖，是利用這個原理做的一個關鍵航空領域的零部件，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，這個技術發(fā)展是同步發(fā)展，不太落后，這是它的技術。

我們這里有一個表，激光束和電子束的對比，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。

這個是小型復雜功能結(jié)構的精密成形技術，原理很簡單，我這邊給了一個動畫，這是在航空的飛行器模擬成形過程，這是作為精密復雜的結(jié)構，就是我們傳統(tǒng)加工不好加工的零件，應該說用這個技術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，特別對一些保護的節(jié)點。

對航空制造技術的促進作用，這些作用可能對我們其他行業(yè)基本上是類同的。促進設計思想的革命，支撐全新的設計理念。我們好多的技術理念，王總和北航的625所長期的合作引領設計理念，推動了技術的發(fā)展。

第二個是實現(xiàn)先進的混合制造的思想，大量浪費了材料，加工周期也很長，成本也很高。現(xiàn)在怎么辦呢？一些安裝座、連接座等，這是一種。第三個，實現(xiàn)快速反應、敏捷制造，這個對我們來講也是很關鍵的技術。第四個是修復，這個我想我們都有了。

第一個，促進設計思想的革命，支撐全新的設計理念。在等應力的設計中，軟件可根據(jù)所受載荷條件自動生成各截面應力均衡的結(jié)構，無應力集中，但結(jié)構形式十分復雜，傳統(tǒng)方法難易制造，通過增材制造很容易實現(xiàn)。

第二，能夠制造過去沒有的新型結(jié)構，促進結(jié)構設計創(chuàng)新，例如空間點陣夾芯結(jié)構——具有結(jié)構輕、剛性好，散熱好等特點。從這個圖上可以看出來，我們用了各種的散熱結(jié)構，這種復雜結(jié)構直接就出來了。

第三，由于精密增材制造技術不受零件形狀限制，設計出來就可制造出來，因此設計可以依據(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，利用增材制造技術研制新一代航空發(fā)動機超冷渦輪葉片，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，國外的發(fā)展趨勢，我想介紹一下。第一個，航空的需求是十分廣泛的，技術發(fā)展十分迅猛，實施了戰(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)盟也在做這個事。研發(fā)實力比較突出，促進了技術的發(fā)展。第四是應用技術成果顯著，部分技術已經(jīng)實現(xiàn)批量，應用范圍不斷擴展。

另外增材制造技術發(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隊。在電子束成形和發(fā)動葉片激光修復等方面都有很大的應用。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、工藝到技術服務全方位發(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，有專門的團隊在做這個事。特別值得一提的是電子束方面我們在做，而且進行了相關的應用。我們突破了一些工業(yè)技術，形成了針對不同材料及結(jié)構的工藝體系。

這里的幾個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復雜的結(jié)構件。這個件是一個很復雜的件，包括精度在不斷提高，激光選區(qū)也是這樣的，應該說和國際是同步的，我們想在精度上可以看出來實現(xiàn)了這個精度。這是我們目前最大的一個基礎件。從設備到軟件成形開發(fā)，應該說都是走在前列的。

還有我們自己的知識產(chǎn)權裝備制造，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，應該說據(jù)我們所知目前國內(nèi)比較大的設備。另外它未來也有幾個發(fā)展方向。第二個是精密無余量選區(qū)也在做。

未來的建議，客觀來講和國外有所差距，我們的知識產(chǎn)權相對少一點，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，在我們的技術方面、醫(yī)療方面都要加快發(fā)展，各方面形成我們的團隊進行改善。不管從材料、工藝、裝備來講都需要大家共同努力。

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