探秘：我國(guó)3D打印領(lǐng)域三大重要成果！

我國(guó)在3D打印技術(shù)上過去幾年一直鮮有突破，這讓許多發(fā)達(dá)國(guó)家趁虛而入，竭力打通我國(guó)3D打印的行業(yè)市場(chǎng)，并進(jìn)行技術(shù)壟斷。但隨著我國(guó)整體科技研發(fā)水平的提升，這種局面正被逐漸打破。今天，請(qǐng)大家和小編一起來領(lǐng)略我國(guó)3D打印科技領(lǐng)域獲得的幾大重要成果！

　　我國(guó)首臺(tái)太空3D打印機(jī)正式曝光

　　中科院重慶研究院與中科院空間應(yīng)用中心近日共同研制成功我國(guó)首臺(tái)空間3D打印機(jī)，并于日前在法國(guó)波爾多完成了拋物線失重飛行試驗(yàn)，其可打印最大零部件尺寸超過美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)3月26日運(yùn)至國(guó)際空間站的升級(jí)版3D打印機(jī)打印尺寸。記者在中科院重慶研究院看到，一臺(tái)保險(xiǎn)箱大小的3D打印機(jī)，打印出不同類型的零部件，包括扳手、螺帽、連接桿等。無論如何傾斜，這臺(tái)空間3D打印機(jī)都能正常工作。

　　中科院重慶研究院智能制造技術(shù)研究所副所長(zhǎng)、3D打印技術(shù)研究中心主任段宣明介紹，經(jīng)過兩年努力，該院與空間應(yīng)用中心研發(fā)出我國(guó)首臺(tái)空間3D打印機(jī)，可打印最大零部件尺寸達(dá)到200×130mm，該尺寸是NASA首臺(tái)空間在軌打印機(jī)打印尺寸的2倍以上，并超過今年3月26日NASA運(yùn)至國(guó)際空間站的升級(jí)版3D打印機(jī)打印尺寸。

　　該3D打印機(jī)曾在法國(guó)波爾多完成了拋物線失重飛行試驗(yàn)，通過93次失重測(cè)試，驗(yàn)證了微重力環(huán)境下3D打印裝備的關(guān)鍵技術(shù)與工藝，實(shí)現(xiàn)了塑料和復(fù)合材料兩種材料，以及失重、超重和正常重力3類工藝參數(shù)的4種模型的微重力打印，獲得了微重力環(huán)境對(duì)3D打印工藝參數(shù)影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為我國(guó)2020年完成空間站建造及后期運(yùn)營(yíng)奠定了基礎(chǔ)。而空間在軌3D打印制造是解決空間站維修保障需求的有效方法，是完成未來深空探測(cè)任務(wù)的必要保證。

　　據(jù)了解，在沒有空間在軌3D打印制造技術(shù)前，空間站需要準(zhǔn)備和儲(chǔ)存?zhèn)溆昧悴考糜诰S修和更換，如果缺乏備用件，只能通過貨運(yùn)飛船運(yùn)抵空間站，時(shí)間長(zhǎng)，花費(fèi)高。段宣明教授說，空間3D打印制造技術(shù)的打印速度為10—30毫米/秒，可以在一到兩天內(nèi)打印出需要更換的零部件，且適用于絕大部分零部件，在空間站運(yùn)營(yíng)、深空探測(cè)等任務(wù)中有不可或缺的作用，能方便、快捷地幫助宇航員在失重環(huán)境下自制所需的實(shí)驗(yàn)和維修工具及零部件，大幅度提高空間站實(shí)驗(yàn)的靈活性和維修的及時(shí)性，減少空間站備品備件的種類、數(shù)量及運(yùn)營(yíng)成本，降低空間站對(duì)地面補(bǔ)給的依賴性。

　　領(lǐng)跑全球：武漢造最大激光3D打印設(shè)備

　　近日，由武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（籌）完成的“大型金屬零件高效激光選區(qū)熔化增材制造關(guān)鍵技術(shù)與裝備（俗稱激光3D打印技術(shù)）”順利通過了湖北省科技廳成果鑒定。深度融合了信息技術(shù)和制造技術(shù)等特征的激光3D打印技術(shù)，由4臺(tái)激光器同時(shí)掃描，為目前世界上效率和尺寸最大的高精度金屬零件激光3D打印裝備。該裝備攻克了多重技術(shù)難題，解決了航空航天復(fù)雜精密金屬零件在材料結(jié)構(gòu)功能一體化及減重等“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜金屬零件的高精度成形、提高成形效率、縮短裝備研制周期等目的。

　　據(jù)了解， 華中科技大學(xué)武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室教授曾曉雁領(lǐng)導(dǎo)的激光先進(jìn)制造研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)家863和自然科學(xué)基金項(xiàng)目等資助下，經(jīng)過十年的長(zhǎng)期努力，在SLM成形理論、工藝和裝備等諸多方面取得了重要成果，特別是突破了SLM成形難以高效制備大尺寸金屬零件等瓶頸。此前，我國(guó)在SLM技術(shù)領(lǐng)域與國(guó)際先進(jìn)水平相比有較大差距，大部分裝備依賴進(jìn)口。項(xiàng)目率先在國(guó)際上提出并研制出成形體積為500×500×530mm3的4光束大尺寸SLM增材制造裝備，它由4臺(tái)500W光纖激光器、4臺(tái)振鏡分區(qū)同時(shí)掃描成形，成形效率和尺寸迄今為止同類設(shè)備中世界最大。

　　此外，項(xiàng)目還攻克了多光束無縫拼接、4象限加工重合區(qū)制造質(zhì)量控制等眾多技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜金屬零件的高效率、高精度、高性能成形。首次在SLM裝備中引入雙向鋪粉技術(shù)，其成形效率高出同類裝備的20-40%，標(biāo)志著我國(guó)自主研制的SLM成形技術(shù)與裝備達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，所研制的零件不僅大大縮短了產(chǎn)品的研制周期，簡(jiǎn)化了工序，更重要的是將結(jié)構(gòu)-功能一體化，獲得性能優(yōu)良的、輕質(zhì)的零件。

　　SLM技術(shù)成形精度高、性能好、且不需要工模具，屬于典型的數(shù)字化過程,目前在復(fù)雜精密金屬零件的成形中具有不可替代性，在精密機(jī)械、能源、電子、石油化工、交通運(yùn)輸?shù)葞缀跛械母叨酥圃祛I(lǐng)域都具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。經(jīng)過質(zhì)詢與討論后，鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為該項(xiàng)目在SLM整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，其中在SLM裝備的成形尺寸和效率達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，并建議進(jìn)一步拓展材料與裝備的應(yīng)用范圍。

　　中國(guó)航發(fā)破世界頂級(jí)技術(shù) 令俄都登門求購(gòu)

　　由中國(guó)華中某科技大學(xué)研發(fā)的大型3D打印技術(shù)應(yīng)經(jīng)通過了國(guó)家驗(yàn)收，這說明這種世界上效率最高，打印尺寸最大的高進(jìn)度金屬零件加工技術(shù)已經(jīng)可以進(jìn)入到實(shí)際應(yīng)用中。而且這種大型裝備可以為我國(guó)的航空航天高精尖金屬零件的研制和生產(chǎn)上鋪平道路，甚至起到推倒”把脖子“技術(shù)瓶頸的至關(guān)重要的作用。這對(duì)中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造來說絕對(duì)是個(gè)好消息！

　　未來這種大型3D打印技術(shù)最主要的應(yīng)用就是在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵金屬部件上使用，比如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，航天火箭燃料泵的渦輪等加工要求精度高，加工復(fù)雜的金屬件上。一次性高精度成型，無論是樣品試制的時(shí)間或者直接量產(chǎn)時(shí)間都會(huì)成倍的縮短。尤其是現(xiàn)在航空航天設(shè)備都要求輕量化、可靠性要求高，壽命要長(zhǎng)、成本更低的方向發(fā)展，所以這種大型3D打印設(shè)備的應(yīng)用空間非常廣泛。這回中國(guó)攻克3D激光打印技術(shù)，全稱為“大型金屬零件高效激光選區(qū)熔化增材制造裝備“，其實(shí)是一種采用自動(dòng)鋪金屬粉末堆疊后使用激光融化后再成型技術(shù)，簡(jiǎn)單的說就是類似于玩蠟燭一樣。加工精度高，后期不需要過度加工，所以廣受國(guó)際上新材料領(lǐng)域的追捧，不過大家也都清楚的了解到這種技術(shù)在制造大型設(shè)備領(lǐng)域存在成型效率低，成型尺寸小的缺陷，所以誰能率先攻克大尺寸高效率的3D打印技術(shù)，誰就可以獲得領(lǐng)先地位。

　　目前歐美國(guó)家已經(jīng)開始試驗(yàn)使用3D金屬打印技術(shù)來打印發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的工藝，不過受制于效率問題，只是處于試驗(yàn)階段尚未拖入量產(chǎn)，這正是中國(guó)可以大有作為的領(lǐng)域。由于中國(guó)在大功率激光器領(lǐng)域具備國(guó)際領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，所以在核心部件上不存在被人制約的情況。而且打印所需的鈦合金、不銹鋼、高溫合金、鋁合金、鎂合金粉末都可以完全自主國(guó)產(chǎn)，所以中國(guó)在3D金屬打印領(lǐng)域取得了相當(dāng)大的成績(jī)。現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、運(yùn)載火箭、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、20多個(gè)號(hào)產(chǎn)品上都有中國(guó)3D金屬打印產(chǎn)品。

　　長(zhǎng)期以來，在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片要承受高溫和高壓的持續(xù)炙烤和離心拉伸。而且要求具備良好的抗氧化性能和耐疲勞程度和拉伸韌性。以前發(fā)動(dòng)葉片生產(chǎn)是需要采用定向凝固法才可以實(shí)施，加工復(fù)雜成型難度大。這種加工方法是正常澆注時(shí)配合電磁鐵產(chǎn)生定向磁場(chǎng)讓高溫合金緊密排列。加工難度大，制造復(fù)雜，所以最適合先進(jìn)3D打印技術(shù)進(jìn)行替換升級(jí)。中國(guó)目前掌握的這項(xiàng)技術(shù)，不僅可以為中國(guó)的戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行升級(jí)改造，同時(shí)對(duì)于中國(guó)大飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)研制和其他結(jié)構(gòu)件的制造打開一片新的思路。

　　在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，俄羅斯確實(shí)是中國(guó)師傅輩，但是在新型材料和制造技術(shù)領(lǐng)域，俄羅斯卻一直是個(gè)短板，尤其是3D打印領(lǐng)域，俄羅斯一直沒有把它列為國(guó)家戰(zhàn)略。所以俄羅斯很多有技術(shù)積累的公司都主動(dòng)和中國(guó)展開技術(shù)合作。當(dāng)聽說中國(guó)把3D打印技術(shù)列為國(guó)家戰(zhàn)略后，甚至相當(dāng)迫切的直接找上門來跟中國(guó)在這些領(lǐng)域建立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室開發(fā)研究。此次俄羅斯總統(tǒng)普京在訪華行程中，就會(huì)有關(guān)于新型制造業(yè)的合作討論，有充分理由相信大型3D金屬打印技術(shù)也會(huì)列入此番合作意向中，很有可能會(huì)實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造對(duì)俄再出口，這無疑將會(huì)是繼船用發(fā)動(dòng)機(jī)、大型補(bǔ)給設(shè)備后另一項(xiàng)突破性進(jìn)展。