全球最大3D打印機(jī)在華中科技大學(xué)誕生
發(fā)布日期:2022-12-20
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記者昨日從武漢東湖高新區(qū)獲悉，華中科技大學(xué)史玉升科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)十多年努力，實(shí)現(xiàn)重大突破，研發(fā)出全球最大的“3D打印機(jī)”。這一“3D打印機(jī)”可加工零件長(zhǎng)寬最大尺寸均達(dá)到1.2米。從理論上說(shuō)，只要長(zhǎng)寬尺寸小于1.2米的零件（高度無(wú)需限制），都可通過(guò)這部機(jī)器“打印”出來(lái)。華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)史玉升說(shuō)，“3D打印機(jī)”是通俗叫法，這一設(shè)備的學(xué)術(shù)名稱為基于粉末床的激光燒結(jié)快速制造裝備。其原理為：將零件的3D圖形通過(guò)計(jì)算機(jī)平切為若干個(gè)平面，從最底層平面開始，鋪上一層該零件的材料粉末（如金屬、陶瓷、塑料、砂等），按每一層形狀通過(guò)激光高溫?zé)Y(jié)后，再鋪上一層粉末，層層累加，像植物生長(zhǎng)般“長(zhǎng)成”。據(jù)介紹，由于這項(xiàng)技術(shù)將復(fù)雜的零件制造變?yōu)楹?jiǎn)單的由下至上的二維疊加，大大降低了設(shè)計(jì)與制造的復(fù)雜度，讓一些傳統(tǒng)方式無(wú)法加工的奇異結(jié)構(gòu)制造變得快捷，一些復(fù)雜鑄件的生產(chǎn)由傳統(tǒng)的3個(gè)月縮短到10天左右。同時(shí)，對(duì)研發(fā)出的新產(chǎn)品，可快速根據(jù)圖紙做出樣品，大大縮短研發(fā)周期。如今，該設(shè)備被國(guó)內(nèi)外200多家用戶購(gòu)買使用，每臺(tái)價(jià)格從幾十萬(wàn)元到200多萬(wàn)元不等。目前，全球正爭(zhēng)相發(fā)展這一制造新技術(shù)，已在建筑設(shè)計(jì)、醫(yī)療輔助、動(dòng)漫模型等領(lǐng)域應(yīng)用。專家表示，最大“3D打印機(jī)”的問(wèn)世，意味著我國(guó)在全球這一領(lǐng)域已搶占有利先機(jī)。如此神奇的技術(shù)，到底是如何“打印”的呢？在華中科技大學(xué)快速制造中心產(chǎn)業(yè)化基地――武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司，記者見證了“3D打印”全過(guò)程。只見一臺(tái)高2米多、形似立柜的設(shè)備，“這就是‘3D打印機(jī)’”，該公司生產(chǎn)部組長(zhǎng)張釗拿出一個(gè)小方凳大小的測(cè)試件，長(zhǎng)×寬×高為200毫米×200毫米×20毫米。這一看起來(lái)簡(jiǎn)單的四方塊測(cè)試件，內(nèi)挖有圓孔，并有支撐筋條，“傳統(tǒng)機(jī)床加工還是有點(diǎn)復(fù)雜的”，張釗說(shuō)。首先，將這一測(cè)試件的3D立體圖輸入到設(shè)備電腦，“電腦將立體圖切片分層”，張釗說(shuō)，根據(jù)不同零件精度要求，分層厚度可在0.08-0.3毫米之間設(shè)一個(gè)值，這次設(shè)0.3毫米，“厚度值越大精度越差”。然后，往設(shè)備頂部的一個(gè)漏斗狀容器內(nèi)裝入材料粉末，“一般材料有塑料、樹脂、陶瓷、金屬等類型”，張釗現(xiàn)場(chǎng)用價(jià)格相對(duì)便宜的塑料粉末演示。打開設(shè)備內(nèi)腔，只見一平整的金屬平臺(tái)，“粉末就鋪在這上面”，張釗指著平臺(tái)上方的一個(gè)四方形鋼架說(shuō)，鋼架上裝的碘鎢燈主要是預(yù)熱和保溫，頂部的圓形裝置則是二氧化碳激光器，“將粉末高溫加熱燒結(jié)成零件就靠它了”。關(guān)閉內(nèi)腔，開動(dòng)機(jī)器。碘鎢燈預(yù)熱15分鐘，電腦操作屏顯示腔內(nèi)溫度90℃，設(shè)備開始自動(dòng)鋪一層粉，激光器開始加熱，只見腔內(nèi)紅光一片，“激光器 對(duì)每個(gè)點(diǎn)加熱燒結(jié)，可理解為平常焊接一樣”，張釗說(shuō)，激光器上加了面鏡子，通過(guò)鏡子的慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)將激光反射逐步變向，激光就在粉末上一條線移動(dòng)，在需要的地 方加熱。一條線一條線平行加熱，每條線間距僅0.2毫米，而且這一層是上下方向，到了下一層就變成左右方向，以增加強(qiáng)度。加熱完一層，平臺(tái)就往下降0.3毫米（即一層厚度），再鋪一層粉�！皩�(shí)際操作比我們講解快多了”，張釗說(shuō)，一般而言，掃描一層只需一分鐘，鋪粉約為8秒鐘。1小時(shí)40分鐘，完工。將多余的粉末吹掉，測(cè)試件就活生生地被“打印”出來(lái)了。“3D打印”引發(fā)經(jīng)濟(jì)革命要問(wèn)如今全球最火的是什么？恐怕除了《江南style》，便是“3D打印”了。“只有你想不到的，沒有它打印不了的�！泵绹�(guó)三維系統(tǒng)公司首席執(zhí)行官阿貝？雷琴塔爾如此形容。用“3D打印”技術(shù)，奔馳、本田等汽車公司制造出汽車模具和配件，波音公司打造航模和零件，微軟公司設(shè)計(jì)電腦鼠標(biāo)和鍵盤，醫(yī)療設(shè)備機(jī)構(gòu)為用戶按牙定制牙套，甚至食品商用食材打印出餅干、蘋果派……變化遠(yuǎn)不止于此。試想一下，如果有了“3D打印機(jī)”，原先流水線生產(chǎn)同樣產(chǎn)品的工廠，可按不同用戶需求“打印”出一件件極具個(gè)性的商品。甚至，每個(gè)人都 可擁有一臺(tái)“3D打印機(jī)”，從設(shè)計(jì)師那里看好想要的商品，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳到“3D打印機(jī)”，在家里就可“生產(chǎn)”，根本用不著專門的工廠。如此，世界將變成怎樣？英國(guó)《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為，“3D打印”技術(shù)將與其他數(shù)字化生產(chǎn)模式一起推動(dòng)實(shí)現(xiàn)第三次工業(yè)革命�！暗谌喂I(yè)革命”的始作俑者杰米里？里夫金說(shuō)，自然 資源面臨枯竭，生態(tài)環(huán)境遭受巨大破壞，迫切需要人類創(chuàng)新發(fā)展模式和發(fā)展途徑，一種建立在互聯(lián)網(wǎng)和新能源相結(jié)合基礎(chǔ)上的新經(jīng)濟(jì)即將到來(lái)。nextpage“世界工廠”或被挑落？豐富的廉價(jià)勞動(dòng)力等因素，使得中國(guó)迅速成為“世界工廠”。顯然，3D打印敲響了未來(lái)的警鐘。美國(guó)杜克大學(xué)教授高柏說(shuō)，對(duì)中國(guó)未來(lái)最具影響的將是3D打印機(jī)—— 一摁鍵，它什么都可以在家里造，到了那時(shí)還需要世界工廠嗎？中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)教授喬新生認(rèn)為，3D打印時(shí)代，完全數(shù)字化智能生產(chǎn)，勞動(dòng)力成本因素將不復(fù)存在，歐美國(guó)家完全可讓一臺(tái)臺(tái)“3D打印機(jī)”把那些流失的傳統(tǒng)制造業(yè)，從中國(guó)工人手上搶回來(lái)。事實(shí)上，金融危機(jī)后，美歐國(guó)家認(rèn)識(shí)到實(shí)體經(jīng)濟(jì)的重要性，已經(jīng)開始在這么做了。歐洲有“產(chǎn)業(yè)回歸”，美國(guó)則是“再工業(yè)化”，并宣稱未來(lái)20年內(nèi)掌握“3D打印”、智能機(jī)器人等數(shù)字快速制造新技術(shù)，重構(gòu)全球制造業(yè)格局。波士頓咨詢公司預(yù)測(cè)，到2015年，美國(guó)和中國(guó)的制造業(yè)勞動(dòng)力成本將非常接近。5年以后中國(guó)沿海工業(yè)的總成本比美國(guó)的一些地區(qū)只低10%到15%，2020年美國(guó)可能從海外回流崗位300萬(wàn)個(gè)。除了3D制造，分布式能源（屋頂?shù)奶?yáng)能面板，可使每棟建筑成為發(fā)電廠）、大數(shù)據(jù)（云計(jì)算）、能源網(wǎng)等新技術(shù)的加速應(yīng)用，使“第三次工業(yè)革命”構(gòu)筑新經(jīng)濟(jì)模式的輪廓更加清晰。顯然，“3D打印”將重新洗牌世界經(jīng)濟(jì)格局和全球產(chǎn)業(yè)版圖。“起早床”的湖北，別“趕個(gè)晚集”商務(wù)部政策研究室主任張向晨認(rèn)為，面對(duì)歐美重振制造業(yè)，中國(guó)必須增強(qiáng)憂患意識(shí)，在新一輪全球產(chǎn)業(yè)布局和競(jìng)爭(zhēng)中打造和形成自己的新優(yōu)勢(shì)。在喬新生看來(lái)，在即將到來(lái)的第三次工業(yè)革命這一歷史時(shí)刻，中國(guó)如果趕不上，良好發(fā)展態(tài)勢(shì)可能受到影響，就像當(dāng)年英國(guó)人用紡織機(jī)“打敗”中國(guó)、印度的手工織品一樣。一場(chǎng)“3D打印”的爭(zhēng)奪戰(zhàn)，已在國(guó)內(nèi)外打響。武漢大學(xué)教授李光表示，與“3D打印”相關(guān)的機(jī)器人、新材料、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等平臺(tái)，發(fā)達(dá)國(guó)家目前有優(yōu)勢(shì)，但差距并不大，如果我們及時(shí)重點(diǎn)布局，完全可能“彎道超車”。放眼國(guó)內(nèi)，“3D打印”研發(fā)除華科大史玉升團(tuán)隊(duì)外，還有清華顏永年團(tuán)隊(duì)、西安交大盧秉恒團(tuán)隊(duì)、北航王華明團(tuán)隊(duì)等等。而且，除粉末“打印”技術(shù)外，液體、絲線等不同類型材料“3D打印”技術(shù)也在不斷完善。令人尷尬的是，濱湖機(jī)電公司生產(chǎn)的“3D打印機(jī)”，核心部件激光器是從國(guó)外進(jìn)口，所用粉末材料也是從江浙、廣東一帶采購(gòu)，只有技術(shù)含量低的機(jī)器外殼、支架等在武漢生產(chǎn)。多位專家提醒，我省有著領(lǐng)先全球的“3D打印”技術(shù)，整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟須著手規(guī)劃。專家們呼吁，再不引導(dǎo)發(fā)展這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，“起了早床”的湖北又將“趕個(gè)晚集”。記者了解到，武漢市發(fā)改委等部門正專門針對(duì)“3D打印”產(chǎn)業(yè)，在全市摸底調(diào)查，并著手編制規(guī)劃予以扶持與培育。記者在采訪中，多位專家們不約而同希望，湖北的“3D打印”熱來(lái)得更猛烈些吧！3D打印產(chǎn)業(yè)化還有多遠(yuǎn)3D打印，不但能“打印”出鼠標(biāo)，未來(lái)還能“打印”出衣服、甚至飛機(jī)。神奇的3D打印，將完全顛覆人們對(duì)傳統(tǒng)制造的印象――制造業(yè)，將告別車床、鉆頭、沖壓機(jī)、制模機(jī)等傳統(tǒng)工具。18年前，華中科技大學(xué)快速制造中心研發(fā)出我國(guó)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3D打印機(jī)。次年，轉(zhuǎn)化該技術(shù)的武漢濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司成立。迄今，該公司已銷售出200多臺(tái)3D打印機(jī)。據(jù)了解，售出的3D打印機(jī)，主要用于科研及樣品制造，尚未用于規(guī)�；a(chǎn)。“從目前技術(shù)來(lái)看，‘3D打印’還不是萬(wàn)能的�！蔽錆h濱湖機(jī)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)有限公司負(fù)責(zé)人蔡道生博士說(shuō)，這一技術(shù)還要邁過(guò)材料、性能、價(jià)格和制造速度4道坎。首先，材料的局限性。蔡道生說(shuō)，現(xiàn)在粉末材料能加工成零件的主要是塑料、樹脂、陶瓷、金屬等，比較有限，而陶瓷、金屬加工所需溫度非常高，目前技術(shù)并不成熟。“關(guān)鍵是，現(xiàn)在一次只能‘打印\\\’一種材料，不能將不同的材料混在一起‘打印\\\’。”蔡道生說(shuō)，現(xiàn)有“3D打印”技術(shù)只能生產(chǎn)由一種材料組成的零件，再組裝成成品，“一次性直接生產(chǎn)汽車、飛機(jī)的說(shuō)法，目前還不現(xiàn)實(shí)�！�其次是價(jià)格。華中科技大學(xué)史玉升團(tuán)隊(duì)骨干成員黃智，拿著一個(gè)飛機(jī)小零件“3D打印”品說(shuō)，打印這種部件的金屬粉末原料，一公斤需8萬(wàn)元，這個(gè)零件“3D打印”出來(lái)至少要賣2萬(wàn)元，價(jià)格太高。再就是制造速度。蔡道生說(shuō)，如果新研發(fā)一個(gè)新產(chǎn)品，單件小批量生產(chǎn)，用“3D打印”肯定比傳統(tǒng)開模具生產(chǎn)要快，但如果批量生產(chǎn)，“3D打印”速度要慢得多，“這和普通打印一樣，打印幾張紙用打印機(jī)很快，但如果印書，到印刷廠做成模板再印，快得多。”最后是性能。業(yè)內(nèi)人士坦言，由于“3D打印”采用層層疊加工藝，層和層之間的粘結(jié)再緊密，也無(wú)法和傳統(tǒng)模具整體澆鑄的零件相媲美；同時(shí)，每一層的厚度再薄，也是一層一個(gè)坎，外表面仍需打磨才能滿足精度要求。
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