無錫飛而康吳鑫華,，金屬3D打印核心技術(shù)

摘要：吳鑫華是澳大利亞技術(shù)科學(xué)與工程院院士,、蒙納什大學(xué)增材制造中心主任,。作為一名女科學(xué)家,，她的研究成果在全球制造業(yè)領(lǐng)域以男性為主導(dǎo)的世界里毫不遜色。今年2月,，由她帶領(lǐng)的研究團隊完成了全球首款利用3D打印技術(shù)制造的噴氣式飛機引擎,，相關(guān)成果在澳大利亞墨爾本國際航空展亮相后，吸引了美國波音,、歐洲空客等航空公司和全球170家媒體的廣泛關(guān)注,。




吳鑫華：3D打印 需打造國家尖端科研產(chǎn)業(yè)鏈

　　“以前，有些飛機發(fā)動機構(gòu)件用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)可能需要10多道工序,，但3D打印技術(shù)一步就可完成,，既節(jié)省時間，還加快整個發(fā)動機功能的發(fā)展,�,！苯�日，吳鑫華在接受記者采訪時說,。

　　吳鑫華是澳大利亞技術(shù)科學(xué)與工程院院士,、蒙納什大學(xué)增材制造中心主任。作為一名女科學(xué)家,，她的研究成果在全球制造業(yè)領(lǐng)域以男性為主導(dǎo)的世界里毫不遜色,。今年2月，由她帶領(lǐng)的研究團隊完成了全球首款利用3D打印技術(shù)制造的噴氣式飛機引擎,，相關(guān)成果在澳大利亞墨爾本國際航空展亮相后,，吸引了美國波音、歐洲空客等航空公司和全球170家媒體的廣泛關(guān)注,。

　　我國在3D打印領(lǐng)域已經(jīng)取得一些成績,，但同樣存在瓶頸和制約因素�,！艾F(xiàn)在國內(nèi)的3D打印科研和應(yīng)用,，各家都是單打獨斗，沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈,，而且國家在尖端科研等方面缺乏戰(zhàn)略上的統(tǒng)一布局,。”同時也是一名華人企業(yè)家的吳鑫華頗為感慨,。

　　尖端制造,，壓縮設(shè)計與制造時間

　　當下，3D打印正在悄然改變著航空領(lǐng)域的制造業(yè)格局,�,！�3D打印在航空航天領(lǐng)域是創(chuàng)新最集中的領(lǐng)域，因為航空航天是最高附加值的領(lǐng)域,�,！眳泅稳A說,。比如大部分飛機引擎結(jié)構(gòu)復(fù)雜，3D打印的優(yōu)勢在于,，能夠?qū)⑵湓O(shè)計與制造時間縮短3~4倍,。一個發(fā)動機從設(shè)計到成型一般最少需要10~15年，生產(chǎn)每一個構(gòu)件需要6~24個月,，現(xiàn)在三年左右就可以生產(chǎn)出一款新發(fā)動機型號,。

　　“越復(fù)雜的構(gòu)件，就越適合3D打印,�,！眳泅稳A給記者舉了一個發(fā)動機燃油噴嘴的例子：該構(gòu)件雖然“身材”很小，卻是航空發(fā)動機燃燒室的主要部件之一,。其霧化特性的測量對噴嘴設(shè)計,、質(zhì)量控制與改進要求相當高，結(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜,。然而,，利用3D打印卻可以把原來的十幾道工序僅壓縮成一步。

　　與過去的熔化,、澆鑄和雕刻等工序有很大不同,，各種3D打印技術(shù)——如噴粉和粉末床激光融化技術(shù)、電子束熔煉,、熱等靜壓凈成型等——可以快速地進行原型設(shè)計,，并在此基礎(chǔ)上批量生產(chǎn)，讓目標用戶迅速得到成品,，尤其是可以制造出傳統(tǒng)制造技術(shù)無法完成的定制部件,。而且，作為一種增材制造方法,，它還在很大程度上減少了材料的浪費,，使99%~100%的金屬粉末被用在最終的產(chǎn)品上。

　　同時,，3D打印能夠制造出傳統(tǒng)方法無法加工的非常規(guī)結(jié)構(gòu)特征，這種工藝對于實現(xiàn)零部件輕量化,、優(yōu)化性能有極其重要的意義,。例如，3D打印將為有“空中巨無霸”之稱的寬體客機空客A380帶來全新的環(huán)保理念,�,！�3D打印可以把零件內(nèi)部設(shè)計為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，替代傳統(tǒng)的實心結(jié)構(gòu),，這不僅可以減少制造時的材料使用量及制造時間,，還可以實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化,，降低能源消耗�,！眳泅稳A說,。

　　產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，亟須著眼全局打通鏈條

　　“3D打印為什么重要,？除了技術(shù)本身優(yōu)勢外,，如果你不這么做，而你的競爭對手在做,，你就會被淘汰,。”吳鑫華一針見血地指出,。她表示,，當前發(fā)達國家對3D打印的應(yīng)用相對超前，其相關(guān)研究不僅是通過產(chǎn)品和市場來驅(qū)動,，還會從國家戰(zhàn)略來考慮,，進行整體戰(zhàn)略規(guī)劃。而相較之下,，中國相關(guān)產(chǎn)業(yè)則多依靠政策驅(qū)動,，沒有形成產(chǎn)業(yè)鏈。

　　她認為,，中國應(yīng)該從產(chǎn)業(yè)鏈出發(fā)制定嚴格的戰(zhàn)略規(guī)劃目標和政策,，而不是“想做什么就做什么，想要錢就去做什么”,。

　　2012年,，吳鑫華應(yīng)科技部邀請，由江蘇省科技廳協(xié)助,，回國在江蘇無錫創(chuàng)辦飛而康公司和3D打印基地,。目前，該公司已建立了覆蓋3D打印原材料,、產(chǎn)品以及產(chǎn)品性能檢測的一條龍式3D打印生產(chǎn)線,。

　　以鈦粉為例，該公司目前每年可生產(chǎn)60多噸全球最優(yōu)質(zhì)的航空原材料,，約占全球1/3的相關(guān)原料市場,。“現(xiàn)在,，國外主要是加拿大和德國進行同樣的鈦粉生產(chǎn),，有國外企業(yè)希望把我們的公司收購過去，壟斷全球3D打印的鈦粉原材料�,！眳泅稳A說,，“中國到目前為止還未認識到這一重要性：達到國際適航標準的高質(zhì)量粉末是3D打印民用飛機和發(fā)動機構(gòu)件的必要元素之一。沒有它,，就沒有高性能的3D產(chǎn)品,。”

　　同時,，在她看來,，國內(nèi)還應(yīng)該從戰(zhàn)略上考慮打通產(chǎn)業(yè)鏈。在國外是由用戶在考慮市場方向,，比如打印機翼,，波音公司會安排好各個任務(wù)，然后向國家申請經(jīng)費支持,；而中國則缺少市場牽引和戰(zhàn)略主導(dǎo),。

　　此外，國內(nèi)3D打印和用戶沒有掛上鉤,，使相關(guān)技術(shù)優(yōu)勢難以施展出來,。她認為，應(yīng)該促進全民對3D打印技術(shù)的了解,，這樣才能把技術(shù)擴展到整個社會,。

　　面向未來，“炒出佳肴”須打造可靠產(chǎn)品

　　在吳鑫華看來,，3D打印就像一口“炒鍋”,。而要用3D打印“炒”出“佳肴”不僅需要好的材料，還需要建立產(chǎn)品標準,、進行質(zhì)量認證,、建立可靠的供應(yīng)鏈等。

　　首先,，專業(yè)和非專業(yè)的最大差別就在于材料學(xué),。吳鑫華認為，盡管當前國內(nèi)材料學(xué)研究位居全球前沿,，但在3D打印領(lǐng)域仍存在塑料打印泛濫的現(xiàn)象,。“實際上,，塑料打印不能代替金屬打印,，就像塑料構(gòu)件不能替代金屬構(gòu)件，不應(yīng)該混淆金屬等其他材料的發(fā)展,。”在材料方面還應(yīng)精益求精，優(yōu)化相關(guān)參數(shù),，更好地把握材料的特性,，這就要把握好運用材料進行3D打印的最佳工藝窗，才能提高成品的質(zhì)量以達到產(chǎn)品使用性能要求,。

　　其次,，相關(guān)標準——材料標準和產(chǎn)品標準——的建立越快越好�,！盁o論在制造業(yè),，還是在醫(yī)療行業(yè)，標準是真正把高科技推到商業(yè)前景立面的一個交集點,，所以保證質(zhì)量的一次性,、重復(fù)性、可靠性,、穩(wěn)定性非常重要,。”吳鑫華說,。

　　事實上,，建立相關(guān)標準需要依靠很多研究和實驗數(shù)據(jù)作為支撐，并無償?shù)啬贸鰜磉M行共享,，但因為它不是創(chuàng)新,，只是規(guī)范，往往很難拿到經(jīng)費支持,，導(dǎo)致在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中經(jīng)常被該問題拖后腿,。此外，建立標準的隊伍如果沒有很深的技術(shù)知識,，建立起的標準會不科學(xué)和不實際,。她表示，在很多地方是國家,、材料技術(shù)專家和用戶的聯(lián)合體來建立這個數(shù)據(jù),，這可以作為中國未來發(fā)展的參照。

　　談起研究團隊關(guān)于3D打印發(fā)動機的后續(xù)工作,，吳鑫華表示,，該研究共涉及20多個構(gòu)件，計劃在今年年底全部完成,，未來兩年內(nèi)達到精度和性能要求,，對發(fā)動機進行實況測試�,！昂娇瞻l(fā)動機的重量一般從幾十到幾百公斤不等,，如果我們可以減重10%,，對于發(fā)動機來說就已經(jīng)是很大的數(shù)字了�,！彼�補充說,。

（圖片來源：百度）
(來源：中國科學(xué)報)