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3D打印技术突破高端装备制造瓶颈

字号+ 作者:cunzhang 来源:网络 2016-12-26 10:38

  3D打印技术突破高端装备制造瓶颈

  激光技术作为20世纪能够与原子能、半导体及计算机齐名的四项重大发明之一,走过了50多年的快速发展历程,对人类社会发展产生了重要的作用与影响。随着科技日渐发展,激光技术被广泛运用到生活、生产、医疗等各个领域,并发挥着巨大的作用。

  先进制造技术与装备是浙江工业大学“重中之重”学科,姚建华教授于1993年进入浙江工业大学从事教学科研工作,长期从事激光加工与制造技术方面的应用基础研究,致力于先进激光制造技术的产业化应用及高端装备制造技术的发展。作为浙江省高端激光制造装备协同创新中心执行主任的他,把激光加工技术应用性研究和激光表面改性技术作为主攻和特色研究方向,作为第一完成人获得国家科技进步二等奖、中国机械工业科学技术奖一等奖和浙江省科学技术奖一等奖,把实验室研究水平带到了国内前列。而今,在国家自然科学基金—浙江“两化融合”基金的推动下,姚建华团队提出了“基于超音速激光沉积的金属增材制造技术基础研究”,将目光瞄准了“超音速冷喷涂+激光技术”这种新型的3D打印技术。

  3D打印制造技术,成为新一代激光制造的主要趋势,在不断地改变着传统的制造模式,将人类的奇思妙想快速打印成为实物。姚建华说,目前课题组在国际上首次提出将超音速冷喷涂沉积与激光技术相结合实现金属3D打印的观点。为了更快、更好地将其应用于生产中,在前期基础研究基础上,协同创新中心还加快了国际合作的步伐。

  通过引进技术和海外智力,实现跨越式发展,在前期研究的基础上,协同创新中心联合剑桥大学等国内外顶级团队,通过对超音速动量场与高能激光束温度场等多能量场耦合关系、沉积层颗粒和沉积层之间的固态结合机理以及增材制造形成过程中缺陷及应力的产生机制等科学问题的研究,获得实现增材制造必须的工艺及质量控制方法,打破现有金属零部件增材制造技术瓶颈,最终利用该技术实现高端装备关键零部件的高效率、高品质、低成本智能化增材制造,为浙江乃至全国制造业转型升级提供关键技术支撑。

  据姚建华教授介绍,高端装备制造是浙江省和国家未来发展的重要方向,但目前我国存在基础研究薄弱、先进制造手段缺乏、制造过程能耗大等问题,严重制约了该产业的发展。增材制造(3D打印)成为实现这一突破的关键技术,然而由于存在着效率低、成本高及质量难以控制三大难题,成为现阶段实现工业化应用的主要瓶颈。为加强“产学研用”,姚建华团队将3D打印与超音速冷喷涂技术创新融合,提出了超音速激光沉积技术结合冷喷涂和激光熔覆的各自优势,具有沉积效率高、温度低、成本低、性能高等优点,是一种极具潜力的新型金属增材制造技术。

  在实验室里,姚建华指着一个叶片向记者介绍道,“就以汽轮机叶片为例,这项技术可以让它的防水蚀能力实现突破。”具备高度防水蚀的汽轮机叶片在国际市场上单价卖到2—3万欧元,相当于一台奥迪车的价格,而国内一个百万发电机组里面就需要用到1000多个不同型号的叶片。随着使用时间的增加,叶片迎风的部位会出现破损,这势必要让发电机组停机后进行维修或者叶片的更换。但是有了新型金属增材制造技术后,这一现象就能得到根本改观。一方面,对现有叶片的维修成本能够大大降低,将破损的叶片用强度更高的材料进行金属3D打印即可修复;另一方面,在全新叶片的制造过程中,除了运用激光表面强化外,在关键部位能够用强度更高的材料进行一体化打印制造,极大地提升叶片的使用寿命,预计用新型增材制造技术,其效率和性能比目前单一的激光3D打印至少增加数倍,而且成本不增反降。

  姚建华团队将不断推动科研成果向现实生产力转化,用科技创新驱动浙江省经济转型升级,为浙江乃至全国制造业转型升级提供关键技术支撑。

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