3D打印技術在邁向“智造”的途中可突破瓶頸

智能制造在中國，尤其在制造業發達的東部沿海地區，正處于前所未有的加速發展階段。從工業3．0到工業4．0的不僅是一次工業革命，更是一次科技革命。浙江有著數十萬家企業、科研機構，在邁向“智造”的途中，無數精彩的故事正在發生……

　　激光技術作為20世紀能夠與原子能、半導體及計算機齊名的四項重大發明之一，走過了50多年的快速發展歷程，對人類社會發展產生了重要的作用與影響。“激光打印”“激光切割”“激光手術”……這些詞對于大多數人來講并不陌生。隨著科技日漸發展，激光技術被廣泛運用到生活、生產、醫療等各個領域，并發揮著巨大的作用。

　　多年潛心研發

　　把實驗室成果轉化為現實生產力

　　先進制造技術與裝備是浙江工業大學“重中之重”學科，姚建華教授于1993年進入浙江工業大學從事教學科研工作，長期從事激光加工與制造技術方面的應用基礎研究，致力于先進激光制造技術的產業化應用及高端裝備制造技術的發展。

　　作為浙江省高端激光制造裝備協同創新中心執行主任的他，把激光加工技術應用性研究和激光表面改性技術作為主攻和特色研究方向，作為第一完成人獲得國家科技進步二等獎、中國機械工業科學技術獎一等獎和浙江省科學技術獎一等獎，把實驗室研究水平帶到了國內前列。而今，在國家自然科學基金—浙江“兩化融合”基金的推動下，姚建華團隊提出了“基于超音速激光沉積的金屬增材制造技術基礎研究”，將目光瞄準了“超音速冷噴涂＋激光技術”這種新型的3D打印技術。

　　加強國際合作

　　3D打印技術跨躍一“大步”

　　3D打印制造技術，成為新一代激光制造的主要趨勢，在不斷地改變著傳統的制造模式，將人類的奇思妙想快速打印成為實物。姚建華說，目前課題組在國際上首次提出將超音速冷噴涂沉積與激光技術相結合實現金屬3D打印的觀點。為了更快、更好地將其應用于生產中，在前期基礎研究基礎上，協同創新中心還加快了國際合作的步伐。

　　通過引進技術和海外智力，實現跨越式發展，在前期研究的基礎上，協同創新中心聯合劍橋大學等國內外頂級團隊，通過對超音速動量場與高能激光束溫度場等多能量場耦合關系、沉積層顆粒和沉積層之間的固態結合機理以及增材制造形成過程中缺陷及應力的產生機制等科學問題的研究，獲得實現增材制造必須的工藝及質量控制方法，打破現有金屬零部件增材制造技術瓶頸，最終利用該技術實現高端裝備關鍵零部件的高效率、高品質、低成本智能化增材制造，為浙江乃至全國制造業轉型升級提供關鍵技術支撐。

　　突破三大難題

　　為制造業轉型升級提供技術支撐

　　據姚建華教授介紹，高端裝備制造是浙江省和國家未來發展的重要方向，但目前我國存在基礎研究薄弱、先進制造手段缺乏、制造過程能耗大等問題，嚴重制約了該產業的發展。增材制造（3D打印）成為實現這一突破的關鍵技術，然而由于存在著效率低、成本高及質量難以控制三大難題，成為現階段實現工業化應用的主要瓶頸。為加強“產學研用”，姚建華團隊將3D打印與超音速冷噴涂技術創新融合，提出了超音速激光沉積技術結合冷噴涂和激光熔覆的各自優勢，具有沉積效率高、溫度低、成本低、性能高等優點，是一種極具潛力的新型金屬增材制造技術。

　　在實驗室里，姚建華指著一個葉片向記者介紹道，“就以汽輪機葉片為例，這項技術可以讓它的防水蝕能力實現突破。”具備高度防水蝕的汽輪機葉片在國際市場上單價賣到2—3萬歐元，相當于一臺奧迪車的價格，而國內一個百萬發電機組里面就需要用到1000多個不同型號的葉片。隨著使用時間的增加，葉片迎風的部位會出現破損，這勢必要讓發電機組停機后進行維修或者葉片的更換。但是有了新型金屬增材制造技術后，這一現象就能得到根本改觀。一方面，對現有葉片的維修成本能夠大大降低，將破損的葉片用強度更高的材料進行金屬3D打印即可修復；另一方面，在全新葉片的制造過程中，除了運用激光表面強化外，在關鍵部位能夠用強度更高的材料進行一體化打印制造，極大地提升葉片的使用壽命，預計用新型增材制造技術，其效率和性能比目前單一的激光3D打印至少增加數倍，而且成本不增反降。

　　姚建華團隊將不斷推動科研成果向現實生產力轉化，用科技創新驅動浙江省經濟轉型升級，為浙江乃至全國制造業轉型升級提供關鍵技術支撐。