盧秉恆院士《增材製造技術與產業的發展》報告摘錄

2018中國增材製造大會暨展覽會(AMCC2018)於2018年7月26-28日在杭州國際博覽中心隆重召開。在開幕式後的主旨演講中,中國工程院院士、本刊編委會主任盧秉恆教授作了題為《增材製造技術與產業的發展》的報告。現將盧院士演講的主要內容作如下摘錄。

盧秉恆院士《增材製造技術與產業的發展》報告摘錄

增材製造對於中國製造來說是非常需要的,因為中國在製造方面還是很強的,但是在產品的開發能力方面嚴重不足,而增材製造給我們補足了這個短板,它可以先把我們的設計利用很短的流程進行迭代,作出樣機,評價、分析,確定了設計之後再進行生產。

增材製造最近幾年發展非常快,幾乎年增長率在百分之二十幾到百分之四十幾。

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對大型結構件來說,用絲材來進行熔化可以是更好的方法,它的能源可以是激光的,也可以是電子束的,也可以是電弧的,就像傳統的電焊一樣。這個技術已經可以做到尺寸大於2米、5米,甚至已經做到8米,用電子束進行熔融堆積的,也有用電弧堆積的,我們實驗室已經做到2米,在做5米、6米的裝備。還有把更多傳統技術用於3D,因為這是用了層層堆積的概念,例如鑄造,可以進行一層層鑄造來形成3D新的技術。當然在每一層鑄造中可以採取鍛打的辦法,來提高它的強度,增加結構材料的緻密度,來提高它的性能。我們也做了很多實驗,認為是大型結構件高效的製造方法,可以達到每小時5公斤甚至10公斤。

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在金屬3D打印中一個最重要的問題是我們怎麼樣能夠使結構件強度能夠提高,這裡面有很重要的科學問題需要進行研究。我們知道,無論是鑄造還是鍛壓,人們都一直在研究凝固學理論,尤其是鑄造,但是鑄造和焊接中熔融規模比較大,所以在宏觀的體積內來進行冷卻和凝固。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,小的熔池產生的缺陷肯定要小得多,所以材料結構的強度能夠得到提高。但是怎麼樣控制它的一些晶粒的生長,晶粒生長的速度影響了晶粒的大小,影響了結構強度。所以實際上它是一個強非平衡態凝固學理論,但可惜現在還沒有能夠完全認識到這樣的科學問題。所以無論是對熱應力的分析等等還處於實驗和仿真階段,還不能形成很好的理論來指導這個事情。

最近幾年增材製造一些創新不斷湧現,像面曝光的技術,用光固化的原理,材料像拉拔一樣快速上升,這樣使效率提高了50倍到100倍。像金屬打印,用一體技術打印的概念也出來了,雖然是用光固化的材料加上粉末,也可以把陶瓷粉末用於這個辦法進行打印。打印過以後需要進行脫脂、燒結。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的製造技術進行融合,來產生一些新的創新技術。

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功能梯度的材料和複合材料越來越引起人們的高度重視。

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3D打印最近在各種高端製造、航空航天方面得到了很大的發展。

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3D打印用於建築,現在也開始了很多探索。

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3D打印技術和傳統制造技術相結合,可以節約時間和成本。

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為了推動3D打印的發展,工信部支持13家企業聯合成立了增材製造業創新中心,目的是填平技術研究和產業化之間的鴻溝,來為行業提供一些共性技術。

盧秉恆院士《增材製造技術與產業的發展》報告摘錄

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3D打印面臨的挑戰是:怎麼樣從控形到控形控性,從宏觀到微納,從製造到創造,從地球到太空,以及須由多學科交叉來推動技術創新。

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3D打印的產業趨勢為:成為產品開發的利器,將批量生產走向個性化定製,應用帶來實際效益(大型企業跨界介入促進行業發展),標準研究引領發展(提出鼓形零件標準及S試件標準)。

盧秉恆院士《增材製造技術與產業的發展》報告摘錄

最後,盧院士從技術發展、應用發展、成形材料、產業發展及參與者五個方面給出了增材製造產業發展路線圖。

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