中國(guó)粉體網(wǎng)訊 6月17日，神舟十二號(hào)載人飛船發(fā)射成功，航天員聶海勝、劉伯明、湯洪波先后進(jìn)入天和核心艙，標(biāo)志著中國(guó)人首次進(jìn)入自己的空間站。這是航天史上里程碑式的大事件！很多國(guó)家都對(duì)中國(guó)航天事業(yè)取得的巨大成功贊嘆不已。
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在今年航空工程中，還有一項(xiàng)重大突破值得關(guān)注：國(guó)家增材制造創(chuàng)新中心、西安交通大學(xué)盧秉恒院士團(tuán)隊(duì)利用3D打印技術(shù)，制造完成了世界上首件10m級(jí)高強(qiáng)鋁合金重型運(yùn)載火箭連接環(huán)樣件。該樣件利用電弧熔絲增減材一體化制造技術(shù)，在整體制造的工藝穩(wěn)定性、精度控制及變形與應(yīng)力調(diào)控等方面均實(shí)現(xiàn)重大技術(shù)突破。
3D打印又被稱(chēng)為“增材制造”，目前在汽車(chē)、航空航天、生物醫(yī)療、建筑等眾多領(lǐng)域有所應(yīng)用。
專(zhuān)家履歷|中國(guó)3D打印之父——盧秉恒
說(shuō)到3D打印，不得不提到一個(gè)人，他是中國(guó)工程院院士、西安交通大學(xué)教授，也是在工廠(chǎng)一線(xiàn)工作過(guò)十余載的熟練工；他是我國(guó)增材制造技術(shù)的奠基人，他就是中國(guó)3D打印之父——盧秉恒。
盧秉恒，機(jī)械工程專(zhuān)家。安徽省亳州市人。1967年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械制造工藝與設(shè)備專(zhuān)業(yè)，1986年獲西安交通大學(xué)機(jī)械制造與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)博士學(xué)位。現(xiàn)任西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長(zhǎng)、教授、博士生導(dǎo)師。兼任國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)機(jī)械學(xué)科評(píng)議組召集人、國(guó)家自然科學(xué)基金咨詢(xún)委員、中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，中國(guó)機(jī)械制造工藝協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)等。
長(zhǎng)期致力于先進(jìn)制造技術(shù)的研究，主要開(kāi)展了增材制造、生物制造、微納制造與電子制造裝備等方面的科研和教學(xué)工作。開(kāi)發(fā)了國(guó)際首創(chuàng)的紫外光快速成型機(jī)及具有國(guó)際先進(jìn)水平的機(jī)、光、電一體化快速制造設(shè)備和一系列快速模具制造技術(shù)，發(fā)明了農(nóng)業(yè)節(jié)水滴灌器抗堵結(jié)構(gòu)及其一體化開(kāi)發(fā)方法。先后主持“九•五”、“十•五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目及國(guó)家自然科學(xué)基金、973課題等重大重點(diǎn)項(xiàng)目20余項(xiàng)，發(fā)表論文300余篇，獲發(fā)明專(zhuān)利30余項(xiàng)，實(shí)用新型專(zhuān)利3項(xiàng)。2001年榮獲全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆ⅰ熬盼濉眹?guó)家重點(diǎn)攻關(guān)計(jì)劃突出貢獻(xiàn)者稱(chēng)譽(yù)。榮獲蔣氏科技成就獎(jiǎng)1項(xiàng)，教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，陜西省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。2005年當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。
院士風(fēng)采|從工人到院士，盧秉恒與3D打印的故事
航天夢(mèng)從小就在盧秉恒的心中埋下了種子，但不曾想到的是，他的航天路從工人開(kāi)始，完成了到院士的“破壁”。
大學(xué)畢業(yè)后的盧秉恒被分配到一間工廠(chǎng)做車(chē)床工人，改革開(kāi)放之初，盧秉恒已是兩個(gè)孩子的父親，他頂著生活的壓力，考取了西安交通大學(xué)研究生，師從顧崇銜教授，直到博士畢業(yè)。人生新篇章就此打開(kāi)。
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博士畢業(yè)后，盧秉恒作為訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者前往國(guó)外交流學(xué)習(xí)，在參觀(guān)一家汽車(chē)企業(yè)的時(shí)候，一臺(tái)設(shè)備引起了他的注意。“那是一臺(tái)3D打印設(shè)備，只需要將CAD模型輸進(jìn)去就可以把原型做出來(lái)，這在中國(guó)沒(méi)見(jiàn)到，我感到很新奇。”盧秉恒當(dāng)即決定將自己的研究方向轉(zhuǎn)向這個(gè)新興領(lǐng)域，他認(rèn)為這是發(fā)展我國(guó)制造業(yè)的一個(gè)好契機(jī)。
回國(guó)后，起初盧秉恒想引進(jìn)這種機(jī)器，然而價(jià)格昂貴，光是一個(gè)激光器就需要十幾萬(wàn)美元。由于資金緊缺，他不得不打消這個(gè)念頭。面對(duì)“技術(shù)+資金”的雙壁壘，盧秉恒決心靠自己的力量“破壁”，從頭開(kāi)始研發(fā)這項(xiàng)技術(shù)。
起初不知道技術(shù)的工作原理，他就自己一步一步通過(guò)實(shí)踐探索出來(lái)；買(mǎi)不起昂貴的零件和原材料，就聯(lián)合其它科技工作者自己花小成本制作出來(lái)。終于，在他和團(tuán)隊(duì)的共同努力下，不僅制造出來(lái)了原型機(jī)，還獲得了科技部的資助，自此盧秉恒順利開(kāi)展了增材制造技術(shù)的探索，并且讓這項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)的土地上“生根發(fā)芽”。
盧秉恒談金屬3D打印
在“2018中國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)高峰論壇”上，中國(guó)工程院院士盧秉恒以“我國(guó)增材制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用”為主題發(fā)表了演講，詳細(xì)闡述了我國(guó)增材制造技術(shù)的應(yīng)用方向及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)指出了中國(guó)增材制造技術(shù)發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)。
在談到3D打印時(shí)，盧秉恒院士表示，在金屬3D打印中一個(gè)最重要的問(wèn)題是怎么樣能夠使結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度提高，這里面有很重要的問(wèn)題需要進(jìn)行研究。無(wú)論是鑄造還是鍛壓，人們都一直在研究凝固學(xué)理論，但是鑄造和焊接中熔池規(guī)模比較大，所以在宏觀(guān)的體積內(nèi)來(lái)進(jìn)行冷卻和凝固。在3D打印中無(wú)論是激光束還是電子束，它的熔池比較小，所以從理論分析，小的熔池產(chǎn)生的缺陷肯定要小得多，所以材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度能夠得到提高。但是怎么樣控制它的一些晶粒的生長(zhǎng)。冷卻速度影響晶粒的大小，影響了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。金屬材料的3D打印是一個(gè)在強(qiáng)非平衡態(tài)凝固學(xué)理論，但可惜現(xiàn)在還沒(méi)有能夠完全弄清楚這一科學(xué)問(wèn)題。對(duì)增材制造件的應(yīng)力分析還處于實(shí)驗(yàn)階段，還不能形成很好的理論來(lái)指導(dǎo)這一過(guò)程。
最近幾年增材制造一些創(chuàng)新不斷涌現(xiàn)，像面曝光的技術(shù)，用光固化的原理，材料像拉拔一樣快速成形，這樣使效率提高了50倍到100倍。像金屬打印，用一體液態(tài)金屬打印的概念也出來(lái)了，實(shí)際上是用光固化的材料加上金屬粉末，也可以把陶瓷粉末用于這個(gè)辦法進(jìn)行打印。打印過(guò)以后需要進(jìn)行脫脂、燒結(jié)。所以3D是一個(gè)嶄新的概念，但是在這個(gè)嶄新的概念中可以把傳統(tǒng)的制造技術(shù)進(jìn)行融合，來(lái)產(chǎn)生一些新的創(chuàng)新技術(shù)。
提前10年實(shí)現(xiàn)增材制造目標(biāo)
自1993年以來(lái)，盧院士在國(guó)內(nèi)率先開(kāi)拓“光固化快速成型制造系統(tǒng)”研究，開(kāi)發(fā)出了具有國(guó)際先進(jìn)水平的機(jī)光電一體化快速制造設(shè)備及專(zhuān)用材料，形成了一套國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的“產(chǎn)品快速開(kāi)發(fā)系統(tǒng)”。
其中5種設(shè)備、3類(lèi)材料已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，國(guó)產(chǎn)化率由0%提高到80%-90%，且有些技術(shù)及參數(shù)與國(guó)外相比，具有突破性。目前我國(guó)自主研發(fā)的3D打印設(shè)備與技術(shù)，多應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療等行業(yè)，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分零件、火箭的推進(jìn)器的燃料儲(chǔ)箱等。盧秉恒院士團(tuán)隊(duì)將投入下一代火箭，9米多的運(yùn)載火箭連接環(huán)的研發(fā)。
相比國(guó)外，我國(guó)3D打印研究起步并不晚，在航空航天和醫(yī)療領(lǐng)域的3D打印技術(shù)應(yīng)用上，我國(guó)還走在世界前列。但產(chǎn)業(yè)發(fā)展太慢、企業(yè)規(guī)模不足，和國(guó)外相比仍然有不小的差距。盧秉恒說(shuō)，“我們有信心在‘中國(guó)制造2025’計(jì)劃中，提前10年實(shí)現(xiàn)以3D打印為代表的增材制造目標(biāo)，與美國(guó)并駕齊驅(qū)”！
做一流學(xué)問(wèn)，創(chuàng)頂尖技術(shù)。盧秉恒研究的3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)，創(chuàng)新了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，節(jié)省了大量時(shí)間和人力。隨著生產(chǎn)技術(shù)的突破，3D打印將繼續(xù)在航空航天、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮力量。
參考來(lái)源：中國(guó)工程院院士館、慧聰塑料網(wǎng)、前沿觀(guān)察、ITES深圳工業(yè)展、前沿材料。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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