增材制造工程技術(shù)人員：搭積木的“魔術(shù)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(shù)等領域,。而進行增材制造的“魔術(shù)師”在2022年6月有了正式名稱——“增材制造工程技術(shù)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(shù)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(shù)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(zhuǎn)。

“這是我們根據(jù)客戶需求設計的模型,，將相關數(shù)據(jù)傳輸至機器上，就能打印出來,�,！标悜c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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)復雜,。”展示架旁,，陳慶文隨手拿起一件精致模型,。“這是用鈦合金做的,，強度比鐵塊好,，重量還輕了許多�,！彼�接著舉例,，比如隨形冷卻模具，我們可以造出貼合產(chǎn)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(chǎn)品外殼,。”陳慶文說,，看似簡單,，技術(shù)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(chǎn)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(jié)劑噴射打印的機器映入眼簾,。啥是粘結(jié)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(jié)劑使粉末固化,。此刻看形狀，呈圓形,，據(jù)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,。”一名技術(shù)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(jié)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(jié)劑是“線掃描”,，打印速度更快,。第二，粘結(jié)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(jié)劑研發(fā),、成型工藝與燒結(jié)工藝調(diào)控是關鍵步驟。每用一種新粉末,，都要對既有粘結(jié)劑進行驗證,，通過查看粘結(jié)強度、表面質(zhì)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(jié)劑進行改良或研發(fā)，這需要大量試驗檢測,。同時,，粘結(jié)劑打印零件往往需要燒結(jié)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(jié)劑好比調(diào)料,，燒結(jié)工藝恰似火候。調(diào)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(nèi)，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,。”陳慶文坦言,。

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(chǎn)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(shù)要求高。現(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(chǎn)與運營成本�,！标悜c文指出,，期間還會產(chǎn)生高耗能、高污染等問題,。

3D打印正好對癥下藥,。“我們直接打印砂型,，省去開模工序,，避免了模具設計不合理及修模造成的風險�,！标悜c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(chǎn)流程,，對該行業(yè)賦能,。

陳慶文向記者講了欣鑫鑄造的轉(zhuǎn)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(chǎn)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(shù)，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(jié)構(gòu)的產(chǎn)品都能生產(chǎn),，訂單源源不斷,，產(chǎn)值、利潤雙雙翻番,。更令其驕傲的是,，國內(nèi)外一些知名企業(yè)也成了欣鑫鑄造的客戶。

一組數(shù)據(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(shù)人員納入新職業(yè)。業(yè)內(nèi)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(shù)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(shù)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(shù)學院發(fā)起成立全國增材制造行業(yè)產(chǎn)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,。”陳慶文介紹,，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),�,！艾F(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(shù)人員,，要懂技術(shù),，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(gòu)預測,，至2025年，全球增材制造有望產(chǎn)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,。“我是技術(shù)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(chǎn)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,！