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激光增材制造破繭而出

2017-02-27 12:48:59 作者：本網整理來源：TBEA戰略望遠鏡分享至：

    伴隨“中國制造2025”及“增材制造推進計劃”的出臺和實施，近幾年來，增材制造在全球迅速升溫，成為行業熱議和焦點之一，該技術已被廣泛應用于航空航天、汽車、醫療、金屬、模具等工業領域，更成為制造業向智能化快速轉型的核心加工要素。總體來說，工業化的增長以及對具有復雜設計的產品的需求提升推動了全球增材制造市場的快速發展。

    增材制造技術通過獲取物體的3D打印模型，從而使具有復雜設計的產品在增材制造的幫助下輕易通過概念化手段，以更高的精度被打造出來。增材制造（3D打印）也被廣泛視為生產定制化產品的理想手段。

    不同的技術可用于實現增材制造，如直寫成型、熔融沉積成型、光固化立體造型、電子束熔煉、選擇性熱燒結（SHS）、選擇性激光燒結（SLS）、選擇性激光熔化（SLM）、直接金屬激光燒結、分層實體制造和粉床法等。

    當前，汽車、制造、航空航天，食品飲料和醫療等行業的增長正加速全球增材制造市場的發酵。據預測，2016－2026年間，該市場的復合年增長率將達到18－22％。其中，牙科和醫療行業的增材制造需求將最為顯著。未來，3D打印或增材制造技術有望為零部件及成品設計提供更多用武之地。

    市場收入方面，預計亞太地區的增材制造市場在預測期內將獲得顯著的年復合增長率。同時，汽車、醫療保健和制造等行業的增長將持續推動這一地區增材制造業的拓展。西歐和北美的市場預計也將大放異彩。

    中國激光增材制造領域突破不止

    這幾年，增材制造無疑是熱門詞兒。而激光增材制造技術也在多個行業破繭而出，逐漸嶄露頭角。在過去的2016年，中國激光增材制造領域已悄然迎來了多項突破性成果。

    首先，由華中科技大學曾曉雁教授領導的研究團隊完成的“大型金屬零件高效激光選區熔化增材制造關鍵技術與裝備”項目通過了湖北省科技廳成果鑒定。這一深度融合了信息和制造技術的激光3D打印技術，由4臺激光器同時掃描，是目前全球效率和尺寸最大的高精度金屬零件激光3D打印裝備。項目攻克了多光束無縫拼接、4象限加工重合區制造質量控制等眾多技術難題，實現了大型復雜金屬零件的高效、高精成形。首次在SLM裝備中引入雙向鋪粉技術，成形效率比同類裝備高出20－40％。

    其次，浙工大的姚建華教授帶領其團隊開發了一種“超音速冷噴涂＋激光技術”的新型3D打印技術，3D打印與超音速冷噴涂技術創新融合發揮出超音速激光沉積技術結合冷噴涂和激光熔覆各自的優勢，在很大程度上攻破現有金屬零部件增材制造的技術瓶頸，為實現高端裝備關鍵零部件高效、優質、低成本及智能化增材制造提供了完整的解決方案。

    中國航天科技集團利用激光同步送粉3D打印技術成功實現了長征五號火箭鈦合金芯級捆綁支座試驗件的快速研制，使該3D打印技術首次被應用于大型主承力部段關鍵構件。激光同步送粉3D打印技術不僅實現了難加工金屬材料的快速成形，也為箭體主承力部段的輕量化結構設計與制造提供了強有力的技術支撐。

    無獨有偶，中國航天科工三院306所也采用融合了激光3D打印與梯度結構復合制造兩種工藝的激光3D打印技術試制出具有大溫度梯度一體化鈦合金結構進氣道試驗件，繼而實現了結構功能一體化零部件的設計與制造。

    展望未來：亟需攻破的技術

    為落實《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006－2020 年）》和《中國制造 2025》等提出的任務，國家重點研發計劃啟動實施2017“增材制造與激光制造”重點專項，其勾勒出該領域未來的總體目標：突破增材制造與激光制造的基礎理論，取得原創性技術成果，超前部署研發下一代技術；攻克增材制造的核心元器件和關鍵工藝技術，研發高可靠長壽命激光器核心功能部件、國產先進激光器，研制高端激光制造工藝裝備；到 2020 年，基本形成我國增材制造與激光制造的技術創新體系與產業體系互動發展的良好局面，促進傳統制造業轉型升級。