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      我国增材制造产业化进程加速推进



      随着我国第一台自行研发及制造的商用飞机——C919首飞成功,我国的航空工业翻开了崭新的一页。在C919研发和制造过程中,运用了多个3D打印技术以及特殊金属材料制造的客机零部件,业内专家表示,“中国航空业应用3D打印技术的成功案例将会成为中国制造业的一个模范,国产大型客机C919的品牌效应将推动创新技术的应用和发展,更多企业有望在制造过程中使用3D打印技术。

        俗称的3D打印,正是《中国制造2025》总体规划中提到的增材制造。增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体产品的技术,相对于传统的减材制造,是一种“自下而上”的制造方法。增材制造可对整体制造业产生强大的推动力,促进制造业转型升级,特别是高端制造业领域,例如高铁、汽车等,朝智能制造的方向发展。因此增材制造成为各国新一轮科技革命和产业变革的必争之地。

        我国增材制造技术经过多年,尤其是近几年的发展,已经从概念、趋势、科研技术的打造,即将进入了产业化的阶段。目前我国已经形成了一定的技术基础,在部分领域形成了局部技术优势,突破了一批关键工艺技术和装备,产业化进程明显加速。

        打开航空制造一扇窗

        C919的中央翼缘条(钛合金结构件)便是增材制造的成果,尺寸3070毫米,重量196千克,是国产机型首次在设计验证阶段利用3D打印技术制备承力部件,在国际民机的设计生产中亦属首次。

        在C919的设计验证阶段,中央翼缘条的成功试制贡献巨大,传统工艺6个月才能完成的制造工作,增材制造仅用25天便全部完成,实现了新产品的快速开发。

        中央翼缘条是目前国际上一次连续成形尺寸最大的金属3D打印零部件,力学性能通过商飞“五项性能测试”,强度一致性显著优于国际巨头美国波音公司标准。测试实验得到商飞“其性能略好于锻造件”的高度认可。

        钛合金应用量是现代飞机先进性的一个代表性指标,我国在大型钛合金结构件的制造技术能力上同欧美相比差距较大,在满足飞机制造需求方面还存在严重的技术困难,而类似C919上中央翼缘条的金属3D打印技术为钛合金零部件的加工提供了新的技术途径,也为中国航空制造打开了一扇新窗。

        中央翼缘条的生产厂商——西安铂力特激光成形技术有限公司是中国规模最大、技术实力最强的金属增材制造技术全套解决方案提供商,服务包括:定制化产品、设备、原材料、技术服务。目前,铂力特已与中国商飞、中航工业集团、中国航天集团、中核集团、中船重工、中国石油、第四军医及空中客车、法国赛峰集团、GE等多家国内外知名企业建立了稳固的合作关系。

        近年来我国航空工业越来越多的使用到增材制造技术,也催生了一批代表性的企业。仅C919上,便装载几十种3D打印零部件。

        中国工程院院士、国家增材制造创新中心主任卢秉恒在接受中国工业报采访时表示,航空工业的大型复杂结构件,使用传统工艺切削加工,切除的材料达到95%~97%,这些材料往往十分昂贵。“相比而言,增材制造仅在需要的地方堆积材料,材料利用率接近100%。可以说,增材制造打印大大节约了材料和制造成本,在航空航天装备研发及制造中有极其重要的价值。”

        卢秉恒进一步表示,“除了新造外,增材制造对高价值的原件修复件作用也很明显,比如对飞机发动机叶片等的修复。增材制造技术就可以用极少的代价,延长产品的生命周期。”

        工业应用爆发式增长

        不仅是航空航天,增材制造在汽车、机械装备等领域零部件模具开发等领域的运用成效更加显著。

        13年来致力于提供3D扫描、3D打印、3D检测完整的数字化制造综合解决方案的先临三维,目前拥有20余款自主研发的装备,既有前沿高端的金属3D打印机、生物细胞3D打印机,机器人全自动三维检测系统、齿科三维数字化系统等,也有走进千家万户的消费级3D打印机和3D扫描仪。

        该公司生产的EP-M250金属3D打印机直接打印定制化排气管成为3D云打印的典型,已在福特野马车型上进行装配试用。

        该公司负责人介绍,由于受传统焊接技术限制,传统排气管制作工艺遇到了空气流动设计简单,复杂化设计难以实现等技术瓶颈。目前市场上汽车排气管的气体流动形式一直是以平面设计流动为主,造成了空气流动性差,动力损失较大的问题。国内某汽车改装厂商就委托该公司定制一款3D打印排气管,用于动力改进。

        3D打印定制化排气管具有声浪更浑厚、重量减轻、动力更有保证的优点。更值得一提的是,该项目由于采用了分布式云打印的形式,利用先临三维在威海、重庆、海门等各地服务中心的设备闲置时间,进行分布式3D打印,既增加了各地设备的利用率,也实现了项目的快速交付。

        据了解,先临三维在杭州、南京、威海、珠海、佛山、重庆、温州、海门等地建有10余个线下3D打印服务中心,构建起了以自己技术为支撑,从设计到制造、线上线下的互联网+3D打印”装备、材料、数据、服务“完整生态圈,目前公司产品和服务已累积进入70多个国家和地区。公司成为目前国内唯一一家具备3D数字化和3D打印全产业链,并成功运用“互联网+”战略构建线上线下完整生态圈的企业。在规模和综合实力方面实现行业第一。

        目前,在工业领域,增材制造技术的应用已从简单的概念模型、功能型原型制作向功能部件直接制造方向发展,正渗透到复杂结构件设计及制造领域。同时,在造型评审、设计验证、复杂结构零件、多材料复合零件、轻量化结构零件、定制专用工装、表面修复、个性换装件等方面的应用越来越多,在汽车、航海等重点领域应用市场前景广阔,具备爆发式增长的潜力。

        创新开启生命科学

        “增材制造是引领制造创新的共性技术,也是项颠覆性创新技术。”卢秉恒表示,该技术可在产品快速开发、产品的个性化定制、创新产品结构,释放设计创新空间等方面起到非常大的作用。同时从多种材料功能应用上,也使得技术发展从增量走向增材,从增材走向创材,引领材料科技创新,并最终从创材走向创生,开启生命学创新。

        “大部分设备可打印非活体组织,但打印活体组织,并在无菌条件下直接植入人体,却是新的挑战。”在广州开发区的迈普再生医学科技有限公司(下称“迈普医学”)董事长袁玉宇告诉《中国工业报》记者这正是该公司全力进行技术攻关的领域,也是世界亟待解决的难题之一。

        因开发出中国首个进入全球高端市场的再生型植入类医疗器械产品——睿膜,迈普医学逐渐被大众所熟知。然而,高精度的3D打印产品有赖于好的3D打印设备。为了突破设备的限制,迈普医学近年来开始进军3D打印产业链上游——自主开发生物3D打印装备,突破设备的瓶颈。

        作为中国首家运用生物3D打印技术开发植入医疗器械的高新技术企业,迈普医学深知原始创新的重要性。未来,他们还有更大的计划——做中国生物3D打印的“黄埔军校”,对来自全国各地的医疗人才进行全方位的深度培养。

        在生物医疗领域,增材制造技术可满足个性化、小批量、大规模的医疗需求,已经广泛应用在体外医疗器械制造领域,如齿科、手术导板等领域,现正向着个性化永久植入物、临床修复治疗和药物研发试验等领域扩展,未来将致力于生物组织、器官的直接打印。

        正如互联网改变了信息传播与购物方式,增材制造技术正在给制造方式和我们的生活带来革命性的变化,其产业化进程明显加速。

        即将于7月28日在杭州国际博览中心盛大开幕的2017中国增材制造大会暨展览会上,将有近300家增材制造相关企业集中亮相,同时有600多家来自航空航天、机械、汽车、能源、医疗、教育等重点应用领域的用户单位也将应邀莅临现场合作洽谈,规模预计为20000平米。

        该展会由工业和信息化部、浙江省人民政府指导,由中国电子信息产业发展研究院、浙江省经济和信息化委员会和杭州市人民政府联合主办,该展会将以“增材制造,智造新动能”为主题,集中系统地展示我国增材制造产业链发展成果。

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