4D打印的“蝴蝶”隨著溫度的變化震動(dòng)翅膀，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的試制時(shí)間和重量大幅降低，3D打印燃油噴嘴達(dá)到量產(chǎn)規(guī)?！?月28日，在增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展(廣州)論壇暨2023年中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)年會(huì)上，多位專家展示了最前沿的3D打印(即增材制造)成果，并就產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)遇、挑戰(zhàn)、方案等展開討論。

優(yōu)勢(shì)與機(jī)遇：3D打印應(yīng)用再擴(kuò)容

近年來，隨著3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上下游不斷完善，以航空航天為代表的眾多行業(yè)，愈發(fā)重視3D打印技術(shù)的應(yīng)用。

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發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)中最重要的零部件之一，世界最大的發(fā)動(dòng)機(jī)GE9X采用的3D打印零部件高達(dá)304個(gè)?！爸悄茉霾闹圃焓俏覈?guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展趕超的機(jī)遇和快車道?！笨哲姽こ檀髮W(xué)教授、中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委副主任李應(yīng)紅表示，借力3D打印，有助于縮短航空發(fā)動(dòng)機(jī)的試制時(shí)間，并減少發(fā)動(dòng)機(jī)的連接點(diǎn)，減輕總體重量。此外，3D打印技術(shù)可以提升對(duì)特殊材料、難加工材料和一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造能力。

航天三院31所增材制造中心主任馬瑞認(rèn)同這一看法。他表示，3D打印在復(fù)雜結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)整體化、快速研制以及基于3D打印的設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

據(jù)了解，目前航天三院31所的30多臺(tái)大尺寸3D打印制造設(shè)備已經(jīng)在北京和瀘州運(yùn)營(yíng)。明年在蘇州的批產(chǎn)線達(dá)產(chǎn)后，預(yù)計(jì)整個(gè)產(chǎn)線使用3D打印設(shè)備達(dá)100臺(tái)左右，其中約70%為大尺寸設(shè)備。

西門子(中國(guó))有限公司數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)副總裁兼運(yùn)動(dòng)控制事業(yè)部總經(jīng)理李雷表示，增材制造與材料技術(shù)被列為西門子11項(xiàng)核心技術(shù)之一，和軟件系統(tǒng)與開發(fā)流程、集成電路與電子、數(shù)據(jù)分析與人工智能等并列。目前西門子共有6個(gè)增材制造中心分別分布于歐洲、亞太和北美，超過225臺(tái)增材設(shè)備在全球工廠內(nèi)運(yùn)行。

“相信未來3D打印量產(chǎn)將應(yīng)用在很多有需求的領(lǐng)域?！敝袊?guó)商飛增材制造技術(shù)應(yīng)用研究中心主任、中國(guó)商飛北研中心副總師張嘉振介紹，GE公司使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的燃油噴嘴總數(shù)量已經(jīng)超過10萬個(gè)，達(dá)到量產(chǎn)規(guī)模。

材料是影響3D打印發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，受益于新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷拓寬。

在年會(huì)上，哈爾濱工業(yè)大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委副主任冷勁松展示了形狀記憶聚合物材料在4D打印技術(shù)下制備的智能結(jié)構(gòu)。視頻中，4D打印的“蝴蝶”可根據(jù)外界溫度的變化，不斷地扇動(dòng)翅膀。“通過不同的外界激勵(lì)條件，利用形狀記憶聚合物材料生產(chǎn)的物品，其形狀、性能、功能都會(huì)發(fā)生變化。”冷勁松解釋道。

什么是4D打印?4D打印是在3D打印的基礎(chǔ)上增加時(shí)間維度的打印技術(shù)。4D打印結(jié)構(gòu)在特定的外界激勵(lì)下，其物理特性及功能可隨時(shí)間的變化而發(fā)生自我轉(zhuǎn)變。

冷勁松表示，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，4D打印血管支架可以實(shí)現(xiàn)非接觸驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)變形，在1至2年實(shí)現(xiàn)可控降解;在服裝領(lǐng)域，4D打印的裙子不僅能根據(jù)需要變化形狀，更能根據(jù)外界溫度的變化自動(dòng)開合，幫助使用者散熱或保暖。

挑戰(zhàn)與方案：新的生態(tài)正在建立

“新的行業(yè)生態(tài)正在建立。”華南理工大學(xué)教授、中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委員、廣東省增材制造協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)楊永強(qiáng)表示，行業(yè)還處在發(fā)展的初期。

3D打印應(yīng)用前景廣闊，同時(shí)也面臨一些問題?！暗谝?，效率低，在工業(yè)與大規(guī)模應(yīng)用時(shí)成本偏高;第二，應(yīng)力大、疲勞強(qiáng)度不夠?！崩顟?yīng)紅說。

對(duì)此，李應(yīng)紅提出“i-3D”智能復(fù)合增材制造技術(shù)，即智能化、復(fù)合化和一體化。其中，智能化是智能監(jiān)控系統(tǒng)及智能化工藝設(shè)計(jì)，建設(shè)智能化的全鏈條產(chǎn)線;復(fù)合化指多能場(chǎng)復(fù)合設(shè)備與工藝等;一體化指材料制造的一體化。“希望借助‘i-3D’，打印效率提高10倍，并且部件能夠一次打印成功?！崩顟?yīng)紅表示。

質(zhì)量控制方面，李應(yīng)紅表示，利用智能化可實(shí)現(xiàn)3D打印過程中的“測(cè)”“判”“控”?！皽y(cè)”指對(duì)3D打印的成型過程進(jìn)行智能監(jiān)控;“判”即基于深度學(xué)習(xí)算法的質(zhì)量評(píng)價(jià);“控”即智能監(jiān)控，使3D打印過程從“盲打”到“可知”，增加質(zhì)量管控手段，改變3D打印產(chǎn)品只是事后檢測(cè)的質(zhì)量認(rèn)證模式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷后主動(dòng)調(diào)控以消除。

工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心總工程師左世全表示，3D打印正在從工藝制造走向設(shè)計(jì)制造，從非承載件走向承載件，從單個(gè)鑒定走向過程鑒定。

“未來，3D打印裝備將逐步走向大尺寸(大成形面積)、高效率(多激光器)、新技術(shù)(飛行打印/金屬粘接劑等)、精細(xì)化(微納米金屬打印)。”左世全說。

談及未來3D打印的應(yīng)用趨勢(shì)，左世全認(rèn)為，在部分領(lǐng)域，3D打印可能成為代替減材制造和等材制造的加工方式，走向批量化生產(chǎn)，進(jìn)入千家萬戶，并在太空打印、細(xì)胞打印和4D打印領(lǐng)域取得更長(zhǎng)足的突破。

3D打印如何“打動(dòng)”資本?深圳市高新投創(chuàng)業(yè)投資有限公司高級(jí)投資總監(jiān)湯耀科認(rèn)為：一是要有更多的打印材料種類;二是更穩(wěn)定、更好的打印性能;三是更快速的打印效率;四是更低的打印成本;五是更廣和更深的應(yīng)用開拓。

“從事3D打印的企業(yè)，如果能解決其中2至3個(gè)問題，就會(huì)成為資本比較看好的企業(yè);如果能解決3至4個(gè)問題，就能成為領(lǐng)軍企業(yè)?！睖普f。

編輯：張芬