3D打印飞机零件 他成功了

大型复杂零部件如何省时省料地制造生产，一直是困扰着制造业的一大难题。这类零件体积大、造型“歪七扭八”，然而传统的锻造、铸造等方式在工艺、体积、废料等方面存在或多或少的局限，在制造这些零件时，难免“力不从心”。青岛卓思三维智造技术有限公司（以下简称卓思三维）技术总监锁红波把3D打印与金属制造相结合，研发了基于电弧堆焊的金属增材制造技术，破解了大型、复杂零部件的生产难题，为其生产提供了一条新途径。

历时7年终结硕果

初见锁红波是在卓思三维的办公室，与记者交流过程中，他谈吐幽默风趣。锁红波说：“我大学本科学的是金属焊接，现在看来，当时学的知识就是作为储备，为以后工作做铺垫。其实这是一个交叉性十分强的领域，增材制造涉及了自动控制、软件设计等多方面知识，这些知识放在大学里都能单独开设一个专业，但是我既然研究这个领域，就必须对这些知识有所了解，所以得从头学起。 ”

增材制造通俗来讲就是3D打印。起初增材制造领域应用比较多的是3D塑料打印，打印出来的物品更多是用来作为原型展示，很难应用到实际生产和生活中去。当时锁红波正在研究电子束熔丝课题，并发表了是国内第一篇专业研究电子束熔丝的硕士论文，而这项研究奠定了他研发金属增材制造的基础。在进行了近3年调查研究后，锁红波正式申请了国家预研项目开始研究金属增材制造，他瞄准国家战略需求，打算将制造出的产品应用到航空航天领域。“一般预先研究5到10年能将成果投入使用，我们团队用了7年时间才将打印的钛合金零件应用在飞机上并试飞成功。科学技术是一项漫长而又艰辛的道路，没有捷径可走。 ”锁红波说。

复杂零件“长”出来

金属3D打印到底是怎么实现的？锁红波介绍，金属3D打印有许多种形式，其中一类主流技术在国际上通称为 “定向能量沉积”。锁红波将它定义为“热源熔化同步送进的金属材料，按照预先规划路径层层堆积制造所需的零件或毛坯”，通俗来讲就是激光、电弧、电子束等各种热源一边熔化送进的粉末、丝材等材料，一边逐层“打印”物品，打印过程按照计算机规划好的路径进行，最终“自下而上”层层堆积出想要的物品。 “零件就像是一点一点‘长’起来，而不是像铸造、锻造一样一下出来一个零件。 ”锁红波说。

相较传统制造方式，金属3D打印优势在于在很大程度上降低了形状的限制，“以前要设计一个形状复杂的零部件，在制作工艺限制下，设计师通常会选择把它拆分成几个零件再组合，这就导致在产品性能上会有一定的舍弃。”锁红波解释说，“然而金属3D打印有效地解决了设计师对制作工艺的各种顾虑，不管多么奇形怪状，设计师只要根据功能需要设计零件，避免了设计师在制作工艺上的后顾之忧。 ”

节约材料降低成本

锁红波告诉记者，金属3D打印还有一个最大优点就是降低成本、缩短工期。除了省掉制造模具成本外，还能节省大量原料，从而降低生产成本。 “在飞机制造领域，生产100公斤的零件，需要用掉2000公斤的原料，切割下来的废料完全无法回收利用，原材料利用率只有5%，而且一公斤原料价值500元以上，损耗相当大。 ”锁红波说，但是采用3D打印，生产同样零件只需要300到400公斤原料，原材料利用率提高至20%到30%，省掉了1600多公斤原料，折合人民币80万，生产成本大大降低。 “这种优势在生产大型、复杂、高价值的产品上更为明显。 ”锁红波说，“目前这种技术对生产普通零件来说成本还较高，但随着技术推广和成熟度的提高，将来金属3D打印也可以扩大应用范围，用于生产普通零件，这对工业发展促进效果将不可估量。 ”

锁红波介绍，现在的飞机都是用“钢筋铁骨”互相交错拼接起来的，中间会用到许多零件，这些零件既增加了飞机重量，生产成本还高，而且组装过程会耗费大量时间。“我们想做的就是生产出一个大型整体部件，将以前许多个零件组合在一起才能发挥的功能，用一个零件就能实现，这样既降低了成本也减轻了飞机重量，生产周期还会大大缩短。未来甚至可以将一整架飞机金属结构直接 ‘打印’出来，这对航空航天来说将是一个巨大的飞跃。”锁红波对未来航空航天产业的发展充满了期望。

完善金属制造体系

有人说金属3D打印技术会取代传统的制作工艺，是对以前工艺的颠覆。对此，锁红波则不认同，他表示，两种制作工艺并不存在冲突，以前的锻造、铸造方法能够生产出来，甚至已经能达到较高水平的产品，并不是3D打印所定位的方向，它要解决的是传统工艺无法生产出来，或者生产效率不高的产品，例如航空航天、军工等方面的一些新型结构。

锁红波告诉记者，传统制造方式属于减材或等材制造，在制造工艺上已经十分成熟。增材制造针对的是一些创新型结构，采用传统锻、铸也能生产出来，但周期长成本高的结构。例如，锻造法可以用来生产一些外形比较规则的零件，但是面对复杂结构则是束手无策。铸造法虽然可以用来生产形状比较复杂的零件，但是规格一放大就会面临造价昂贵、成品率低等限制。而3D打印则可以弥补这些方法的不足，只要提前设计好模型、选取好增材，运用该技术就可以将需要零件一层一层“打印”出来，不受零件的规格、形状限制。

满意高新区产业环境

谈及卓思三维落户高新区，锁红波颇感欣慰，“之前选择落户地点时，我们做了多番考量，也去江浙一带调研过产业政策，但是比较下来，高新区这边政策更优越一些，创业环境比较好，政府和工业研究院的工作效率也很高。”据了解，早在2012年，青岛就召开了3D打印的专业展会，是国内较早重视3D打印的城市，而且对高新区来说3D打印还是园区重点扶持领域，这些因素都更坚定了锁红波落户高新区的信念。“公司刚来的时候，工业研究院为我们的发展提供了巨大帮助，后来我们的申报项目也获得了相应资助，总体来说高新区的投资环境非常好。 ”谈起高新区的产业环境，锁红波十分满意。

虽然目前公司已经发展到了一定规模，但是锁红波还有更高的追求。 “一般情况下，合作厂家下订单时已经将产品结构设计好，我们只需根据需求打印、测试，测试合格后交付即可。我们更期待的是客户提出性能要求，由我们来设计零件的结构、材料等，我们在3D打印领域更专业，更了解哪类产品适合3D打印，更能帮助他们节省成本。双方共同商讨方案，这是我们更期待的合作方式。 ”

本版撰稿摄影 记者 牟成梓 见习记者焦静 通讯员 李青健

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