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徐志磊航空与军工业是3D打印较易发展的方向

发布时间:2020-01-14 23:28:37 阅读: 来源:手电钻厂家

中国工程院院士、中国工程物理研究院徐志磊

和讯科技消息 5月30日,首届2013世界3D打印技术产业大会今日在中国大饭店召开,本次大会将围绕“科技创新推动生产方式的变革”主题与来自世界3D打印行业的600多位嘉宾进行探讨交流。和讯科技将对本次大会进行全程直播。

中国工程院院士、中国工程物理研究院研究员徐志磊,在演讲中认为,航空与军工业是3D打印比较容易发展的方向,他表示,航空工业、航空航天,还有其他的军事工业来说,3D打印大概是最容易进入与发展的一个方向,是很快就可以产生效益的方向,这是很重要的。

以下为中国工程院院士徐志磊 演讲实录:

徐志磊:非常高兴今天到这样一个会场来参加3D打印联盟的成立会,因为我接触这个机会大概有比较长的时间,但是我没有参与这个行业里面的工作。在演讲以前我先讲一个故事,很早以前我就听说过一个故事,德国人到美国去参观,美国给他展示福特公司的汽车制造厂,他说我这个零部件进去汽车就出来,每分钟一辆,美国的成就就是福特公司的大规模生产,这好像是在世界大战前后。德国人就说,你可以把这个材料用零部件进去,变成汽车出来,那么你们也可以让牛进去,牛罐头出来这样的一个大规模生产线。他说我们德国可以做一个这样的生产线,我们把罐头送进去,牛跑出来,那个时候好像是一种笑话,但是现在就变得有可能实现的一种发展趋势了,我想3D打印就能解决罐头进去牛出来。

下面我非常简单的介绍一下,关于3D打印的话很长,不是简单一段时间就能讲清楚的,我只能挑选一点东西给大家作一个简单的介绍。这个就是从80年代开始到90年代中间,那个时候它不叫3D打印,我们在中国叫快速成型。所以,这个从20年到30年的时间里,并不是因为我们的技术没有发展到这个水平,而是整个科学技术本身没有发展到这个水平,我的理解是这样的,因为现在来说,用激光打印来做零件,特别是下面这个地方,发展得比较快主要是因为刚才前面都说了,叫做个体化设计、个体化设计,网络时代,我们20年前还没有网络时代的时候,不可能发展得那么快,3D打印的发展主要取决于计算机的能力,材料制造能力,另外就是网络的能力,使得它能够很快地发展起来。

现在,我们有兴趣的几件事情,我这里介绍一下,这是一个侧面,就像刚才说的冰山上的一角,就是技术上有可能做的事情,而且对我们的工艺体系有帮助的,就是微孔泡沫金属材料开发,用3D打印的办法制造金属泡沫材料。金属泡沫材料过去有很多办法做,比如说用发泡剂和金属冶炼放在一起来做,但是那时候这种发泡剂密度很不均匀,有开孔的,也有闭孔的,不好做,现在用3D打印技术来做这样的材料,可以做很好的发泡剂,这种金属发泡剂的用处很大,可以用在过滤等方面。这个就是做成的图象,图象的发泡结构比较均匀。这个我们也在公司里做成一些零件,将来准备做一些高精密机床的着层,这个方面我们做了一些工作。另外,微泡结构还可以做很多的事情,用3D打印做一种框架,里面是组织结构的,然后可以填充其他的材料进去,就变成非常有用的东西。

另外,关于合金来做,刚才已经介绍很多了,有很多优点,加工的柔性度比较高,集成了贵重金属的材料应用。这样的话,就可以在国防工业里面做很多有用的东西,我想对于国防工业采用金属,用3D打印技术来做,可能是一个很好的方面。因为国防工业用的材料或者零部件,它的数量不是特别的大,当然,即使是飞机,也不是成千上万,也就是上百、上千就这么大了,它这个零件适合用3D打印来做,精度很高,结构也很复杂,而批量不是很大,如果用传统的技术来做,可能它的生产条件、设备、代价就很高。比如说波音公司,或者像美国的F35、F22,里面有多少零件是用3D打印做的,估计还是有的。比如说德国的奔驰、宝马,有一些零部件已经开始使用3D打印来做了。

这个就是航空工业用得比较多,我们一起来的专家有些是北航出来的,他们很理解,这个东西做得比较多,我这里也会详细介绍。在航空工业也好、航空航天,还有其他的军事工业来说,3D打印大概是最容易进入与发展的一个方向,是很快就可以产生效益的方向,这是很重要的。特殊的材料,比如像铝合金、铍合金,现在也正在开发这方面的3D打印材料,这是它们性能的一些图纸。

还有一些非金属材料在生物上面用的PEK的塑料,钢性能的非金属材料,用这个来做就做得蛮好,生物结构材料里面用得还是相当可以的。现在还有一个重要的东西,就是还是先在实验室阶段,美国国家实验室他们用微光固化的材料做一种复合的材料结构,使得这个材料变成可以设计的,可以设计出一种原来没有这个材料的,我们现在把它用人工的方法来合成、设计这种新的材料。比如说两种不同的材料融合在一起,用3D打印两个喷嘴复合一个材料出来,这种技术在大学也是可以开发的。

这个图我特别感兴趣,也非常有意思,他用塑料的设计做一个结构,可以用非金属材料能够做到重量比较轻、结构强度比较高,能够在一定程度上跟金属材料的强度进行比较。这种他用自己设计的八角形的航架结构来设计新材料,将来不管对于航空行业还是其他行业,这个都是非常有意义的,现在还处于研究阶段。

因为3D打印的方法很多,可以有立体结构,有也可以用可控的电泳沉积进去,把材料一层一层积上去,因此他们用喷墨打印的出来来做一个微结构的技术,各自之间的距离是1微米的水平,也希望我们国家能够从学校里面从这个领域去开发很多微结构的材料,这也是一个材料科学的问题。

这个图是用铝框架,做的时候是铝的,把氧化铜装进去,本身铝合金是一种燃烧,带有可以起爆炸药的性能的,铜合金放进去以后,它就可以做成非常好的复合型武器材料。这个是美国的一个实验室做的,有了3D打印以后,他们就可以设计一些新的完全没有人知道的材料。

前面已经很多专家讲过了,我们还是面临很多的问题和挑战,挑战主要是精度和效率,因为我们现在看到展示台上的所有材料,塑料材料精度在0.1毫米左右,表面光滑度也不是很高,这个东西当然有很高的前景。但是真正要作为机械工程的零部件来说,它的精度是很不够的,所以,我们希望能够争取把金属材料的精度能够做到0.01,或者10个微米、20个微米,40个微米也可以用,希望能够做到这个水平,这有可能变成用3D打印直接做零件,而不是翻模具重新来搞。

另外一个,你要把这个精度分辨得极高以后,它必然带来的问题就是效率比较低,在精度和效率中间要深化研究这个问题。再一点,比如说烧结也好、熔化也好,又跟物理性能有很大的关系,如果它还来不及熔化、来不及凝固,也来不及两个微克的时间,能够很好的融合,或者是扩散融合,直接融合,这个物理过程是非常矛盾的,所以我们正好需要在这个领域里面开展很多科学研究来解决这类问题。还有就是做出来的零件,本身能不能达到原来的强度和水平,这也是一个很大的挑战。

第三个挑战,并不是传统的3D打印材料里面都可以拿过来用,因此有必要开发更好的材料,能不能用3D打印来做,这样的话,这个范围应用就很多,真正的高精度、高强度的材料做起来难度也很大,因为一次3D打印做出来以后,还有长期应用、疲劳应用等等问题,还有一段过程。关于成型的范围,有的又要很大,又要很薄。下面是工艺稳定性,真正做到零部件的生产,难度非常大。

这个问题就是第三次工业革命,我们现在看到的,能够想到的,像美国公司来给我介绍情况,看起来是非常有前途的,但是我们需要解决问题相当多。因此除了我们的产能联盟,除了我们的公司能够在市场上占有一席之地,我想我们的大学、研究所更多的精力应该去研究这个里面的光源、材料、制造零部件的3D打印设备,这些也是非常重要的,这是我们提出来的,不然我们怎么能够体现3D打印用到第三次工业革命,关于第三次工业革命是不是完全能够实现,这有待于我们很重要的大家的努力,3D打印就是在第三次工业各个之内重要的一个环节,也是重要的领域,希望我们共同来攻关。

谢谢大家!

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