中國粉體網(wǎng)訊 6月17日,神舟十二號載人飛船發(fā)射成功,航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波先后進(jìn)入天和核心艙,標(biāo)志著中國人首次進(jìn)入自己的空間站。這是航天史上里程碑式的大事件!很多國家都對中國航天事業(yè)取得的巨大成功贊嘆不已。
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在今年航空工程中,還有一項重大突破值得關(guān)注:國家增材制造創(chuàng)新中心、西安交通大學(xué)盧秉恒院士團(tuán)隊利用3D打印技術(shù),制造完成了世界上首件10m級高強鋁合金重型運載火箭連接環(huán)樣件。該樣件利用電弧熔絲增減材一體化制造技術(shù),在整體制造的工藝穩(wěn)定性、精度控制及變形與應(yīng)力調(diào)控等方面均實現(xiàn)重大技術(shù)突破。
3D打印又被稱為“增材制造”,目前在汽車、航空航天、生物醫(yī)療、建筑等眾多領(lǐng)域有所應(yīng)用。
專家履歷|中國3D打印之父——盧秉恒
說到3D打印,不得不提到一個人,他是中國工程院院士、西安交通大學(xué)教授,也是在工廠一線工作過十余載的熟練工;他是我國增材制造技術(shù)的奠基人,他就是中國3D打印之父——盧秉恒。
盧秉恒,機械工程專家。安徽省亳州市人。1967年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)機械制造工藝與設(shè)備專業(yè),1986年獲西安交通大學(xué)機械制造與自動化專業(yè)博士學(xué)位。現(xiàn)任西安交通大學(xué)機械工程學(xué)院院長、教授、博士生導(dǎo)師。兼任國務(wù)院學(xué)位委員會機械學(xué)科評議組召集人、國家自然科學(xué)基金咨詢委員、中國機械工程學(xué)會副理事長,中國機械制造工藝協(xié)會副理事長等。
長期致力于先進(jìn)制造技術(shù)的研究,主要開展了增材制造、生物制造、微納制造與電子制造裝備等方面的科研和教學(xué)工作。開發(fā)了國際首創(chuàng)的紫外光快速成型機及具有國際先進(jìn)水平的機、光、電一體化快速制造設(shè)備和一系列快速模具制造技術(shù),發(fā)明了農(nóng)業(yè)節(jié)水滴灌器抗堵結(jié)構(gòu)及其一體化開發(fā)方法。先后主持“九•五”、“十•五”國家重點科技攻關(guān)項目及國家自然科學(xué)基金、973課題等重大重點項目20余項,發(fā)表論文300余篇,獲發(fā)明專利30余項,實用新型專利3項。2001年榮獲全國五一勞動獎?wù)、“九五”國家重點攻關(guān)計劃突出貢獻(xiàn)者稱譽。榮獲蔣氏科技成就獎1項,教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎1項,國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎1項,陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎1項,國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項。2005年當(dāng)選為中國工程院院士。
院士風(fēng)采|從工人到院士,盧秉恒與3D打印的故事
航天夢從小就在盧秉恒的心中埋下了種子,但不曾想到的是,他的航天路從工人開始,完成了到院士的“破壁”。
大學(xué)畢業(yè)后的盧秉恒被分配到一間工廠做車床工人,改革開放之初,盧秉恒已是兩個孩子的父親,他頂著生活的壓力,考取了西安交通大學(xué)研究生,師從顧崇銜教授,直到博士畢業(yè)。人生新篇章就此打開。
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博士畢業(yè)后,盧秉恒作為訪問學(xué)者前往國外交流學(xué)習(xí),在參觀一家汽車企業(yè)的時候,一臺設(shè)備引起了他的注意!澳鞘且慌_3D打印設(shè)備,只需要將CAD模型輸進(jìn)去就可以把原型做出來,這在中國沒見到,我感到很新奇!北R秉恒當(dāng)即決定將自己的研究方向轉(zhuǎn)向這個新興領(lǐng)域,他認(rèn)為這是發(fā)展我國制造業(yè)的一個好契機。
回國后,起初盧秉恒想引進(jìn)這種機器,然而價格昂貴,光是一個激光器就需要十幾萬美元。由于資金緊缺,他不得不打消這個念頭。面對“技術(shù)+資金”的雙壁壘,盧秉恒決心靠自己的力量“破壁”,從頭開始研發(fā)這項技術(shù)。
起初不知道技術(shù)的工作原理,他就自己一步一步通過實踐探索出來;買不起昂貴的零件和原材料,就聯(lián)合其它科技工作者自己花小成本制作出來。終于,在他和團(tuán)隊的共同努力下,不僅制造出來了原型機,還獲得了科技部的資助,自此盧秉恒順利開展了增材制造技術(shù)的探索,并且讓這項技術(shù)在中國的土地上“生根發(fā)芽”。
盧秉恒談金屬3D打印
在“2018中國增材制造產(chǎn)業(yè)高峰論壇”上,中國工程院院士盧秉恒以“我國增材制造技術(shù)發(fā)展趨勢及應(yīng)用”為主題發(fā)表了演講,詳細(xì)闡述了我國增材制造技術(shù)的應(yīng)用方向及未來發(fā)展趨勢,同時指出了中國增材制造技術(shù)發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)。
在談到3D打印時,盧秉恒院士表示,在金屬3D打印中一個最重要的問題是怎么樣能夠使結(jié)構(gòu)件強度提高,這里面有很重要的問題需要進(jìn)行研究。無論是鑄造還是鍛壓,人們都一直在研究凝固學(xué)理論,但是鑄造和焊接中熔池規(guī)模比較大,所以在宏觀的體積內(nèi)來進(jìn)行冷卻和凝固。在3D打印中無論是激光束還是電子束,它的熔池比較小,所以從理論分析,小的熔池產(chǎn)生的缺陷肯定要小得多,所以材料結(jié)構(gòu)的強度能夠得到提高。但是怎么樣控制它的一些晶粒的生長。冷卻速度影響晶粒的大小,影響了結(jié)構(gòu)強度。金屬材料的3D打印是一個在強非平衡態(tài)凝固學(xué)理論,但可惜現(xiàn)在還沒有能夠完全弄清楚這一科學(xué)問題。對增材制造件的應(yīng)力分析還處于實驗階段,還不能形成很好的理論來指導(dǎo)這一過程。
最近幾年增材制造一些創(chuàng)新不斷涌現(xiàn),像面曝光的技術(shù),用光固化的原理,材料像拉拔一樣快速成形,這樣使效率提高了50倍到100倍。像金屬打印,用一體液態(tài)金屬打印的概念也出來了,實際上是用光固化的材料加上金屬粉末,也可以把陶瓷粉末用于這個辦法進(jìn)行打印。打印過以后需要進(jìn)行脫脂、燒結(jié)。所以3D是一個嶄新的概念,但是在這個嶄新的概念中可以把傳統(tǒng)的制造技術(shù)進(jìn)行融合,來產(chǎn)生一些新的創(chuàng)新技術(shù)。
提前10年實現(xiàn)增材制造目標(biāo)
自1993年以來,盧院士在國內(nèi)率先開拓“光固化快速成型制造系統(tǒng)”研究,開發(fā)出了具有國際先進(jìn)水平的機光電一體化快速制造設(shè)備及專用材料,形成了一套國內(nèi)領(lǐng)先的“產(chǎn)品快速開發(fā)系統(tǒng)”。
其中5種設(shè)備、3類材料已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),國產(chǎn)化率由0%提高到80%-90%,且有些技術(shù)及參數(shù)與國外相比,具有突破性。目前我國自主研發(fā)的3D打印設(shè)備與技術(shù),多應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療等行業(yè),如航空發(fā)動機的機匣、飛機發(fā)動機的一部分零件、火箭的推進(jìn)器的燃料儲箱等。盧秉恒院士團(tuán)隊將投入下一代火箭,9米多的運載火箭連接環(huán)的研發(fā)。
相比國外,我國3D打印研究起步并不晚,在航空航天和醫(yī)療領(lǐng)域的3D打印技術(shù)應(yīng)用上,我國還走在世界前列。但產(chǎn)業(yè)發(fā)展太慢、企業(yè)規(guī)模不足,和國外相比仍然有不小的差距。盧秉恒說,“我們有信心在‘中國制造2025’計劃中,提前10年實現(xiàn)以3D打印為代表的增材制造目標(biāo),與美國并駕齊驅(qū)”!
做一流學(xué)問,創(chuàng)頂尖技術(shù)。盧秉恒研究的3D打印技術(shù)實現(xiàn)了產(chǎn)品的快速開發(fā),創(chuàng)新了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計,節(jié)省了大量時間和人力。隨著生產(chǎn)技術(shù)的突破,3D打印將繼續(xù)在航空航天、醫(yī)療等多個領(lǐng)域發(fā)揮力量。
參考來源:中國工程院院士館、慧聰塑料網(wǎng)、前沿觀察、ITES深圳工業(yè)展、前沿材料。
(中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀)
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