卢秉恒院士:增材制造技术与产业的发展

2018中国增材制造大会暨展览会(AMCC2018)于2018年7月26-28日在杭州国际博览中心隆重召开。在开幕式后的主旨演讲中,中国工程院院士卢秉恒作了题为《增材制造技术与产业的发展》的报告。

现将卢院士演讲的主要内容作如下摘录。

增材制造对于中国制造来说是非常需要的,因为中国在制造方面还是很强的,但是在产品的开发能力方面严重不足,而增材制造给我们补足了这个短板,它可以先把我们的设计利用很短的流程进行迭代,作出样机,评价、分析,确定了设计之后再进行生产。

增材制造最近几年发展非常快,几乎年增长率在百分之二十几到百分之四十几。

对大型结构件来说,用丝材来进行熔化可以是更好的方法,它的能源可以是激光的,也可以是电子束的,也可以是电弧的,就像传统的电焊一样。这个技术已经可以做到尺寸大于2米、5米,甚至已经做到8米,用电子束进行熔融堆积的,也有用电弧堆积的,我们实验室已经做到2米,在做5米、6米的装备。还有把更多传统技术用于3D,因为这是用了层层堆积的概念,例如铸造,可以进行一层层铸造来形成3D新的技术。当然在每一层铸造中可以采取锻打的办法,来提高它的强度,增加结构材料的致密度,来提高它的性能。我们也做了很多实验,认为是大型结构件高效的制造方法,可以达到每小时5公斤甚至10公斤。

在金属3D打印中一个最重要的问题是我们怎么样能够使结构件强度能够提高,这里面有很重要的科学问题需要进行研究。我们知道,无论是铸造还是锻压,人们都一直在研究凝固学理论,尤其是铸造,但是铸造和焊接中熔融规模比较大,所以在宏观的体积内来进行冷却和凝固。在3D打印中无论是激光束还是电子束,它的熔池比较小,所以从理论分析,小的熔池产生的缺陷肯定要小得多,所以材料结构的强度能够得到提高。但是怎么样控制它的一些晶粒的生长,晶粒生长的速度影响了晶粒的大小,影响了结构强度。所以实际上它是一个强非平衡态凝固学理论,但可惜现在还没有能够完全认识到这样的科学问题。所以无论是对热应力的分析等等还处于实验和仿真阶段,还不能形成很好的理论来指导这个事情。

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最近几年增材制造一些创新不断涌现,像面曝光的技术,用光固化的原理,材料像拉拔一样快速上升,这样使效率提高了50倍到100倍。像金属打印,用一体技术打印的概念也出来了,虽然是用光固化的材料加上粉末,也可以把陶瓷粉末用于这个办法进行打印。打印过以后需要进行脱脂、烧结。所以3D是一个崭新的概念,但是在这个崭新的概念中可以把传统的制造技术进行融合,来产生一些新的创新技术。 ? ? ?

功能梯度的材料和复合材料越来越引起人们的高度重视。

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3D打印最近在各种高端制造、航空航天方面得到了很大的发展。

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3D打印用于建筑,现在也开始了很多探索。

3D打印技术和传统制造技术相结合,可以节约时间和成本。

为了推动3D打印的发展,工信部支持13家企业联合成立了增材制造业创新中心,目的是填平技术研究和产业化之间的鸿沟,来为行业提供一些共性技术。

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3D打印面临的挑战是:怎么样从控形到控形控性,从宏观到微纳,从制造到创造,从地球到太空,以及须由多学科交叉来推动技术创新。

3D打印的产业趋势为:成为产品开发的利器,将批量生产走向个性化定制,应用带来实际效益(大型企业跨界介入促进行业发展),标准研究引领发展(提出鼓形零件标准及S试件标准)。

最后,卢院士从技术发展、应用发展、成形材料、产业发展及参与者五个方面给出了增材制造产业发展路线图。


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