專訪中國航發(fā)北京航空材料研究院副總工程師張學軍研究員

中國航發(fā)北京航空材料研究院（621所）副總工程師張學軍研究員

眾所周知，3D打印是當前熱點技術之一,。自國家高度重視并加快推進其隊伍發(fā)展后,，3D打印產業(yè)規(guī)模迅速擴增。據統(tǒng)計預測,，2017年我國3D打印產業(yè)規(guī)模將達到173億元,，并且未來五年（2017-2021）年均復合增長率約為41.36%，到2021年產業(yè)規(guī)模將達到691億元,。但事實上,，許多3D打印行業(yè)的專業(yè)人士認為，我國3D打印仍然處于產業(yè)化初級階段。行業(yè)缺乏標準體系化建設,。新材料的研發(fā),、資本的青睞程度等仍是制約行業(yè)的發(fā)展的主要因素。而這些問題都急需各相關職能部門的通力合作,，才能突出重圍,，從而推進3D打印產業(yè)的進一步發(fā)展。一直以來,，航空航天都是3D打印技術發(fā)展的領航者,。它在3D打印技術的應用和發(fā)展從側面反映著一個國家3D打印技術的水平。為深入了解我國航空航天領域,，3D打印技術發(fā)展和應用現(xiàn)狀,，近日，【材料+】記者和《中國有色金屬報》到中國航發(fā)北京航空材料研究院（621所）,，有幸采訪到副總工程師張學軍研究員,，為我們揭開中國航發(fā)3D打印中心神秘的面紗。

3D打印中心建立
北京航材院621所“3D打印研究與工程技術中心”（以下簡稱“3D打印中心”）成立于2013年,，隸屬先進航空材料增材技術研究的專業(yè)機構,。目前，3D打印中心由高溫合金,、鈦合金,、鋁合金、功能材料,、生物醫(yī)學制品,、焊接、熱處理,、表面,、物理冶金、無損檢測,、失效分析,、力學性能測試等專業(yè)組成，具有顯著的專業(yè)集成優(yōu)勢,。張學軍研究員表示,，3D打印中心的建立有力地推動了增材制造技術在航空、航天,、生物醫(yī)學等領域的應用,。我國3D打印產業(yè)發(fā)展至今已有25年，但產業(yè)鏈遠沒有完成,，產業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)。3D打印材料目前尚屬初步入門階段，很多金屬打印材料都是傳統(tǒng)鑄造,、焊接用的材料,，而專屬于3D打印的材料還沒有產業(yè)化。除此之外,，現(xiàn)在的發(fā)動機使用的熔融鑄造法制造葉片,，可以忍受“三高”（即高溫度、高應力,、高轉速）,。但是熔融鑄造也遇到了一些發(fā)展問題。如果使用3D打印技術制備葉片,，在工作時不是熔了就是斷裂,。因此，我們需要建立增材制造材料力學性能數據庫,，制定增材的制造產品無損檢測及評價方法,，以及目前3D打印工藝制品表面粗糙度及打印精度等制約3D打印技術實現(xiàn)工程化應用的瓶頸問題。在這樣的背景下,，3D打印中心應運而生,。”


全力推進“標準”的落地
總的來說,，3D打印中心的主要是作為數據庫和標準評價方法的主導者,。近年來，增材制造技術發(fā)展迅速,，引發(fā)全球技術和產業(yè)的競爭,，其中通過標準支撐和引領產業(yè)發(fā)展已成為國際共識。國際標準化組織（ISO）成立了ISO/TC261增材制造技術委員會,，下設術語,、方法、工藝,、測試方法以及數據和設計4個工作組,，開展增材制造技術的國際標準制定工作。美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）成立了ASTM F42增材制造技術委員會,，開始研制增材制造技術標準,。歐盟近期發(fā)布了《3D打印標準化路線圖》，規(guī)范增材制造（3D打�,。�標準化發(fā)展戰(zhàn)略方向,。

與世界其他國家相比，目前我們國內尚未建立起統(tǒng)一的行業(yè)標準,。國內3D打印設備生產商各自按照不同的思路和標準進行設計生產,因此無法在全國范圍內建立起統(tǒng)一的售后和維修服務體系,。國家標準的缺失也限制了3D打印行業(yè)的"出海"。雖然我國多項3D打印技術已達到國際先進水準,但目前仍主要出口到發(fā)展中國家。發(fā)達國家的標準不認可我們的設備和技術,。發(fā)達國家有健全的產業(yè)標準,國內中小企業(yè)各自執(zhí)行的標準得不到信任,希望國家盡快制定統(tǒng)一的標準體系,帶領企業(yè)“走出去”,。

在這種趨勢下，2016年4月,，全國增材制造標準化技術委員會在北京成立,，主任委員由中國工程院院士盧秉恒擔任，共有委員61名,。同時在3D打印技術術語和定義,、文件格式、工藝和材料分類,、測試方法等方面啟動了6項國家標準的制定工作,。張學軍委員告訴記者“標準的建立之所以推進的很慢，是因為之前的發(fā)展研究不集中,，缺乏數據,。為此，中國航發(fā)聯(lián)合旗下各專業(yè)研究所,。檢測中心和其他相關的研究機構,，由中國航發(fā)北京航空材料研究院依托單位，共同成立中國“中國航發(fā)3D打印中心”,。這個中心實現(xiàn)從材料到工藝的全過程的研究發(fā)展,，集中全力出數據，大力實質的推進標準的建立和出臺,�,！�

鑒于現(xiàn)在3D打印的民企“遍地開花”，可以選擇和這些企業(yè)合作的問題,，張學軍研究員講到：“標準是一個嚴謹和普適的準則,。我們要確保數據的真實性。很多企業(yè)已經做得很好,，但是企業(yè)和我們的目的不同,，企業(yè)準求的是市場和效益。我們要確保我們提供數據的準確可靠和可重復性,。因此,，我們要自己去做，去掌握這里面的所有環(huán)節(jié),�,！�

推進3D打印技術和傳統(tǒng)制造技術的互補發(fā)展
鑒于現(xiàn)在很多人提出3D打印未來可能取代傳統(tǒng)制造技術。記者也就這一問題,，咨詢了張學軍研究員的看法,，張學軍研究員說：“20年前,，當有人提出使用數碼相機的時候，大家都不屑一顧�,，F(xiàn)在,，數碼相機幾乎人人一臺,，大家也普遍接受了數碼相機,。但是對于一些專業(yè)的人來說，他們還是需要使用膠片機的,。也就是說,，高質量的照片還是來自膠片機。數碼相機跟膠片相機共存,，只是功用不一樣而已,。3D打印和傳統(tǒng)鑄造也是這樣的關系�,！�3D打印目前在航空領域可以用來打印具有復雜結構的部件,，比如有很多內部流道的部件、一些優(yōu)化設計得到的“異形件”等等,。其他的構件制備,，與鑄造件相比，主要存在以下三個方面的差距：首先,，3D打印的成本比較高,。對于相對簡單，可以直接鑄造的零件,，3D打印的部件除了生產周期短,，在原料，設備和打印及后處理等,，其成本遠高于鑄造件,。這主要受制于現(xiàn)階段原料和設備的進口，以及工藝的不成熟等,。其次,，由于3D打印過程金屬粉末通過熔融再構造。這個過程內部的組織生長機理還不清楚,，很難控制構件的內部質量,。加之，3D打印出來的構件表面一般都比較粗糙,，后序又無法再加工,。這些因素都將制約著3D打印的發(fā)展。因此,，未來3D打印和鑄造技術在制造業(yè)的存在也是相互彌補的,。在優(yōu)化結構部件,、減重設計、零件的再制造及一體化設計等方面,，3D打印能夠發(fā)揮其自身的重要作用,。

另外，3D打印充分體現(xiàn)了個性化,。目前3D打印在航天航空,、生物醫(yī)療和教育產業(yè)三大領域的應用效益最為明顯，但大都遭遇技術難點,。在航天航空領域中,，可以利用3D打印直接制造金屬構件，但其疲勞強度不如鍛件,；在生物醫(yī)療領域,，可以利用3D打印做個性化人體替代物，但是否合格還缺乏統(tǒng)一標準,；在教育領域,，設備的安全性和材質的回收利用等方面都存在技術難點，這些都制約著產業(yè)的發(fā)展,。因此,，張學軍研究員指出：“現(xiàn)在和未來一段時間，3D打印中心除了大量出數據,，出標準外,，3D打印中心其實也在做3D打印全產業(yè)鏈的事情。在粉體階段,，利用基因組思想進行合金成分的優(yōu)化,，研究材料的制備；分析進口設備的成型工藝,，設計國產設備,，研究國產工藝；采用自備粉體進行打印成件,；對成件品通過檢測中心數據,，進行評價；研究后處理工藝,，這包括構件的熱處理,、組織調整、應力調整,、熱等靜壓,、表面加工等；最后進行零件的裝機試驗,�,！�

3D打印是一項前景廣闊的技術,。希望中國航發(fā)3D打印中心能早日打通這一高科技產業(yè)國家標準的“最后一公里”，也希望在中國航發(fā)的帶領下,，我國3D打印全產業(yè)鏈不斷快速,、健康發(fā)展。

來源： 材料十