增材制造工程技術人員：搭積木的“魔術師”

來源：人民日報

增材制造，又被稱為“3D打印”,，廣泛應用于航空航天、汽車、醫(yī)療,、建筑,、藝術等領域。而進行增材制造的“魔術師”在2022年6月有了正式名稱——“增材制造工程技術人員”,。

在大家眼中,，他們能變出各種各樣的物件。這一新職業(yè)的日常工作是啥,？這些“魔術師”對增材制造的未來有何期待,？人民日報記者走進位于北京順義的北京三帝科技股份有限公司（以下簡稱“三帝科技”），采訪了公司研發(fā)總監(jiān)陳慶文,。

所想即所得
走進三帝科技研發(fā)試制車間,，一名技術人員緊盯電腦屏。鼠標輕輕移動,，屏幕中的不規(guī)則3D模型隨之翻轉,。

“這是我們根據客戶需求設計的模型，將相關數(shù)據傳輸至機器上,，就能打印出來,。”陳慶文說,，更有意思的是,，如果是小物件，每次可以批量打印,，還能摞起來打,，就像用籠屜蒸包子一樣！

△陳慶文查看3D打印設備運行情況,。史志鵬攝

37歲的陳慶文來自河北省張家口市,，本碩專業(yè)都與機械設計有關。正是看中了增材制造的前景,，他選擇深耕這個領域,。

增材制造即將數(shù)字三維模型轉換為二維，再通過逐層堆積,，搭積木般還原成三維實體,。3D打印緣何發(fā)展起來？在陳慶文看來,，相較傳統(tǒng)制造,，3D打印能很好解決復雜結構件的成型問題，真正實現(xiàn)“所想即所得”,。

“你瞧這個模型,，鏤空的,，結構復雜�,！闭故炯芘裕�陳慶文隨手拿起一件精致模型,�,！斑@是用鈦合金做的，強度比鐵塊好,，重量還輕了許多,。”他接著舉例,，比如隨形冷卻模具,，我們可以造出貼合產品形狀的冷卻水路，讓模具更快,、更均勻地冷卻,。

往前走，一臺機器正在作業(yè),。透過玻璃視窗,，一道激光束跳躍著射向平鋪的粉末，粉末熔融后瞬間凝固,。一層完工后,，成型缸下降肉眼根本看不出的0.03毫米，再鋪一層粉,，激光束繼續(xù)擊射,。“這臺是激光打印,，做的是電子產品外殼,。”陳慶文說,，看似簡單,，技術人員要提前研究并設定工藝參數(shù)，包括激光的速率,、溫度,、路徑等，確保成型產品性能良好,，避免出現(xiàn)裂紋,、翹曲變形等缺陷。

繼續(xù)參觀,，一臺用粘結劑噴射打印的機器映入眼簾,。啥是粘結劑？可以理解為一種特殊“膠水”�,；�本原理與激光類似：成型缸下降,、鋪一層粉后，噴射粘結劑使粉末固化,。此刻看形狀,，呈圓形，據此并不能猜出一會兒亮相的“寶貝”是啥,。這或許是3D打印的趣味所在,，給不知道物件全貌的人以遐想空間。

“現(xiàn)在用陶瓷材料打一個葉輪,�,！币幻�技術人員道出答案。有了智能化無人操控平臺,，打印進度一目了然：一共330層,，目前是220層。在6000多個噴“膠水”的噴孔作用下,，再有1小時就“出鍋”了,。

與激光打印相比，粘結劑噴射有獨特優(yōu)勢,。第一,，效率高、成本低,。激光打印是“點掃描”,，而粘結劑是“線掃描”，打印速度更快,。第二,，粘結劑適用材料范圍廣，實物可以是砂件,，也可以是金屬件,、陶瓷件、塑料件等,。

優(yōu)勢雖大,，快速成型卻非易事，粘結劑研發(fā),、成型工藝與燒結工藝調控是關鍵步驟,。每用一種新粉末，都要對既有粘結劑進行驗證,，通過查看粘結強度,、表面質量等指標判斷是否匹配,。若未達到預期成型效果，就要對粘結劑進行改良或研發(fā),，這需要大量試驗檢測,。同時，粘結劑打印零件往往需要燒結加固,，容易導致收縮變形,。陳慶文將這一過程形容為“炒菜”：粘結劑好比調料，燒結工藝恰似火候,。調料放對，火候到位,，菜品才能美味,。

賦能鑄造 如虎添翼
栩栩如生的動物模型、工藝精湛的鑄造零件,、小巧細致的各類模具……車間內,，3D打印的物件隨處可見。

“越來越多人認識到這種制造方式,，但實踐中,，3D打印在傳統(tǒng)工業(yè)領域的滲透率相對較低，處于起步階段,�,！标悜c文坦言。

如何將3D打印“接入”其他行業(yè),？很長一段時間,，陳慶文和同事們不斷思考并摸索，最終把目光聚焦在鑄造行業(yè),。

△3D打印砂型,。受訪者供圖

為何是鑄造？鑄造是現(xiàn)代制造業(yè)的中堅力量,，一輛汽車中有超過15%的零件通過鑄造產生,。作為鑄造最基本的工藝，砂型鑄造具有優(yōu)勢,，但在傳統(tǒng)工藝下,，工廠需要先做木模，然后形成砂模,�,！爸颇Ｊ亲詈臅r、成本較高的工序,，特別是復雜零件的成型,，對工人技術要求高�,，F(xiàn)實中，手工制作復雜零件模具的失敗率高,，增加了鑄造廠的生產與運營成本,。”陳慶文指出,，期間還會產生高耗能,、高污染等問題。

3D打印正好對癥下藥,�,！拔覀冎苯哟蛴∩靶停�省去開模工序,，避免了模具設計不合理及修模造成的風險,。”陳慶文說,，這種“接入”方式并不是取代傳統(tǒng)行業(yè),，而是優(yōu)化生產流程，對該行業(yè)賦能,。

陳慶文向記者講了欣鑫鑄造的轉型故事,。欣鑫鑄造原是陜西省咸陽市一家采用傳統(tǒng)砂型鑄造工藝制作有色金屬合金產品的企業(yè),。2021年,，欣鑫鑄造引進三帝科技自主開發(fā)的3D打印設備及相關技術,，逐步形成綠色,、柔性,、高端的快速鑄造能力,。

起初,，陳慶文和團隊時常前往欣鑫鑄造,，對工人使用設備,、工藝等開展培訓,。如今，企業(yè)人才隊伍壯大,，各種復雜結構的產品都能生產,，訂單源源不斷，產值,、利潤雙雙翻番,。更令其驕傲的是，國內外一些知名企業(yè)也成了欣鑫鑄造的客戶,。

一組數(shù)據反映變化：同樣是制作新能源車的輕量化車架,，傳統(tǒng)方式生產周期40天，若采用3D打印,，6天就能交付鋁合金成品鑄件,，成本降低30%,，砂模精度控制也從±1毫米升至±0.3毫米。

匹配點找到了,，就不愁后續(xù)對接,。“欣鑫鑄造是一個案例,，‘3D打印+鑄造’將使更多傳統(tǒng)鑄造企業(yè)如虎添翼,，滿足更多復雜、高端產品的快速交付,�,！标悜c文說。

打造更多成熟穩(wěn)定,、性價比高的產品
在車間,，記者發(fā)現(xiàn)有的機器小，有的卻十分龐大,。不難理解，大設備打大物件,。不少人好奇：3D打印能打多大尺寸的實物,？

“理論上，最終產品不受打印機尺寸,、體積,、重量限制�,！标悜c文解釋說,，砂型可按照結構和尺寸分片化處理，就像吃面包,，把它切成若干片,，拼接起來組成“大塊頭”。

2022年6月,，增材制造工程技術人員納入新職業(yè),。業(yè)內人士表示，職業(yè)分類是開展職業(yè)教育培訓和人才評價的重要基礎性工作,，這意味著對從事3D打印技術人員的進一步認可,，打通了相關專業(yè)培養(yǎng)的人才出口。

2021年,，增材制造工程專業(yè)列入普通高等學校本科專業(yè)目錄,，全國多所高校已設置“增材制造工程”本科專業(yè)。去年3月,，增材制造工程技術人員國家職業(yè)標準頒布施行,；9月,，三帝科技聯(lián)合上海交通大學、聊城職業(yè)技術學院發(fā)起成立全國增材制造行業(yè)產教融合共同體,，一同培養(yǎng)專業(yè)人才,。

“人才無疑是行業(yè)發(fā)展的關鍵因素之一�,！标悜c文介紹,，公司研發(fā)團隊80余人，來自機械,、電氣,、材料工程、軟件工程,、印刷工程等多個專業(yè),。“現(xiàn)在有了對口專業(yè)和標準,，識別人才更方便,，能更好補上當前社會中的人才缺口�,！�

一名優(yōu)秀的增材制造工程技術人員,，要懂技術，也要對行業(yè)發(fā)展有清晰認知,。近年來,，3D打印步入快速成長期。2021年中國增材制造企業(yè)營收約265億元,，同比增長31%,，高出全球年均增長水平約10%；相關機構預測,，至2025年,，全球增材制造有望產生2000億美元到5000億美元的效益。

陳慶文看好3D打印在制造領域的未來,�,！拔沂羌夹g出身，希望通過自己和同事們的努力,，探索更豐富的應用場景,，打造更多成熟穩(wěn)定、性價比高的產品,�,！标悜c文表示，不僅讓人們覺得有趣,，更重要的是,，推動3D打印賦能千行百業(yè),、走進千家萬戶，這將是一件特有成就感的事,！