我国增材制造产业化进程加速推进

我国增材制造产业化进程加速推进

导读： 在C919研发和制造过程中，运用了多个3D打印技术以及特殊金属材料制造的客机零部件。

随着我国第一台自行研发及制造的商用飞机——C919首飞成功，我国的航空工业翻开了崭新的一页。在C919研发和制造过程中，运用了多个3D打印技术以及特殊金属材料制造的客机零部件，业内专家表示，“中国航空业应用3D打印技术的成功案例将会成为中国制造业的一个模范，国产大型客机C919的品牌效应将推动创新技术的应用和发展，更多企业有望在制造过程中使用3D打印技术。

俗称的3D打印，正是《中国制造2025》总体规划中提到的增材制造。增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体产品的技术，相对于传统的减材制造，是一种“自下而上”的制造方法。增材制造可对整体制造业产生强大的推动力，促进制造业转型升级，特别是高端制造业领域，例如高铁、汽车等，朝智能制造的方向发展。因此增材制造成为各国新一轮科技革命和产业变革的必争之地。

我国增材制造技术经过多年，尤其是近几年的发展，已经从概念、趋势、科研技术的打造，即将进入了产业化的阶段。目前我国已经形成了一定的技术基础，在部分领域形成了局部技术优势，突破了一批关键工艺技术和装备，产业化进程明显加速。

打开航空制造一扇窗

C919的中央翼缘条(钛合金结构件)便是增材制造的成果，尺寸3070毫米，重量196千克，是国产机型首次在设计验证阶段利用3D打印技术制备承力部件，在国际民机的设计生产中亦属首次。

在C919的设计验证阶段，中央翼缘条的成功试制贡献巨大，传统工艺6个月才能完成的制造工作，增材制造仅用25天便全部完成，实现了新产品的快速开发。

中央翼缘条是目前国际上一次连续成形尺寸最大的金属3D打印零部件，力学性能通商飞“五项性能测试”，强度一致性显著优于国际巨头美国波音公司标准。测试实验得到商飞“其性能略好于锻造件”的高度认可。

钛合金应用量是现代飞机先进性的一个代表性指标，我国在大型钛合金结构件的制造技术能力上同欧美相比差距较大，在满足飞机制造需求方面还存在严重的技术困难，而类似C919上中央翼缘条的金属3D打印技术为钛合金零部件的加工提供了新的技术途径，也为中国航空制造打开了一扇新窗。

中央翼缘条的生产厂商——西安铂力特激光成形技术有限公司是中国规模最大、技术实力最强的金属增材制造技术全套解决方案提供商，服务包括：定制化产品、设备、原材料、技术服务。目前，铂力特已与中国商飞、中航工业集团、中国航天集团、中核集团、中船重工、中国石油、第四军医及空中客车、法国赛峰集团、GE等多家国内外知名企业建立了稳固的合作关系。

近年来我国航空工业越来越多的使用到增材制造技术，也催生了一批代表性的企业。仅C919上，便装载几十种3D打印零部件。

中国工程院院士、国家增材制造创新中心主任卢秉恒在接受中国工业报采访时表示，航空工业的大型复杂结构件，使用传统工艺切削加工，切除的材料达到95%~97%，这些材料往往十分昂贵。“相比而言，增材制造仅在需要的地方堆积材料，材料利用率接近100%。可以说，增材制造打印大大节约了材料和制造成本，在航空航天装备研发及制造中有极其重要的价值。”

卢秉恒进一步表示，“除了新造外，增材制造对高价值的原件修复件作用也很明显，比如对飞机发动机叶片等的修复。增材制造技术就可以用极少的代价，延长产品的生命周期。”

工业应用爆发式增长

不仅是航空航天，增材制造在汽车、机械装备等领域零部件模具开发等领域的运用成效更加显著。

13年来致力于提供3D扫描、3D打印、3D检测完整的数字化制造综合解决方案的先临三维，目前拥有20余款自主研发的装备，既有前沿高端的金属3D打印机、生物细胞3D打印机，机器人全自动三维检测系统、齿科三维数字化系统等，也有走进千家万户的消费级3D打印机和3D扫描仪。

该公司生产的EP-M250金属3D打印机直接打印定制化排气管成为3D云打印的典型，已在福特野马车型上进行装配试用。

该公司负责人介绍，由于受传统焊接技术限制，传统排气管制作工艺遇到了空气流动设计简单，复杂化设计难以实现等技术瓶颈。目前市场上汽车排气管的气体流动形式一直是以平面设计流动为主，造成了空气流动性差，动力损失较大的问题。国内某汽车改装厂商就委托该公司定制一款3D打印排气管，用于动力改进。

3D打印定制化排气管具有声浪更浑厚、重量减轻、动力更有保证的优点。更值得一提的是，该项目由于采用了分布式云打印的形式，利用先临三维在威海、重庆、海门等各地服务中心的设备闲置时间，进行分布式3D打印，既增加了各地设备的利用率，也实现了项目的快速交付。

据了解，先临三维在杭州、南京、威海、珠海、佛山、重庆、温州、海门等地建有10余个线下3D打印服务中心，构建起了以自己技术为支撑，从设计到制造、线上线下的互联网+3D打印”装备、材料、数据、服务“完整生态圈，目前公司产品和服务已累积进入70多个国家和地区。公司成为目前国内唯一一家具备3D数字化和3D打印全产业链，并成功运用“互联网+”战略构建线上线下完整生态圈的企业。在规模和综合实力方面实现行业第一。

目前，在工业领域，增材制造技术的应用已从简单的概念模型、功能型原型制作向功能部件直接制造方向发展，正渗透到复杂结构件设计及制造领域。同时，在造型评审、设计验证、复杂结构零件、多材料复合零件、轻量化结构零件、定制专用工装、表面修复、个性换装件等方面的应用越来越多，在汽车、航海等重点领域应用市场前景广阔，具备爆发式增长的潜力。

创新开启生命科学

“增材制造是引领制造创新的共性技术，也是项颠覆性创新技术。”卢秉恒表示，该技术可在产品快速开发、产品的个性化定制、创新产品结构，释放设计创新空间等方面起到非常大的作用。同时从多种材料功能应用上，也使得技术发展从增量走向增材，从增材走向创材，引领材料科技创新，并最终从创材走向创生，开启生命学创新。

“大部分设备可打印非活体组织，但打印活体组织，并在无菌条件下直接植入人体，却是新的挑战。”在广州开发区的迈普再生医学科技有限公司(下称“迈普医学”)董事长袁玉宇告诉《中国工业报》记者这正是该公司全力进行技术攻关的领域，也是世界亟待解决的难题之一。

因开发出中国首个进入全球高端市场的再生型植入类医疗器械产品——睿膜，迈普医学逐渐被大众所熟知。然而，高精度的3D打印产品有赖于好的3D打印设备。为了突破设备的限制，迈普医学近年来开始进军3D打印产业链上游——自主开发生物3D打印装备，突破设备的瓶颈。

作为中国首家运用生物3D打印技术开发植入医疗器械的高新技术企业，迈普医学深知原始创新的重要性。未来，他们还有更大的计划——做中国生物3D打印的“黄埔军校”，对来自全国各地的医疗人才进行全方位的深度培养。

在生物医疗领域，增材制造技术可满足个性化、小批量、大规模的医疗需求，已经广泛应用在体外医疗器械制造领域，如齿科、手术导板等领域，现正向着个性化永久植入物、临床修复治疗和药物研发试验等领域扩展，未来将致力于生物组织、器官的直接打印。

正如互联网改变了信息传播与购物方式，增材制造技术正在给制造方式和我们的生活带来革命性的变化，其产业化进程明显加速。