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金属构件3D打印技术研究,中科院落后了! 精选

已有 28812 次阅读 2013-1-27 22:37 |个人分类:表面技术|系统分类:观点评述| 3D打印

2012年当资本市场刮起一股3D打印旋风的时候我才第一次听说“3D打印”这个词,一查资料才知道所谓的3D打印就是我所熟知的激光立体成形或激光直接制造。2012年年底中科院组织召开了3D打印技术研讨会,了解各研究所在3D打印方面的研究情况,虽然我们课题组的研究工作只是沾了点边,但听说却是全院最靠近3D打印的。2013118北航王华明教授以钛合金大型复杂整体构件激光立体成形技术研究的成就荣获国家技术发明一等奖,标志着中国3D打印技术在大型金属结构件直接制造方面已经取得重大技术突破,并且已经得到了国家层面的认可,然而作为国家级研究机构,中科院在这个领域却基本没有什么大的作为。

   激光3D打印技术集成了计算机辅助设计、计算机辅助制造、粉末冶金、激光加工等多项技术。基本原理是计算机辅助设计生成三维实体模型,高功率激光产生熔池,粉末被送入到熔池中凝固形成沉积层,在计算机控制下激光束和加工工作台按预设方式运动,层层堆积熔铸形成立体部件。通过选择合适的激光加工工艺窗口,可以对成形组织进行选择和控制,最终获得优于锻件的力学性能。激光3D打印技术可以用于工模具制造与修复、涡轮叶片修复、工件的快速原型制造。
       
                3D打印装置示意图                  涡轮叶片3D打印

                     

                             从3D打印毛坯到金属零件

   激光3D打印技术的基础是激光熔覆技术,在国内中科院金属所、北航、西工大这几家单位可以说是国内最早开展激光熔覆技术研究的单位,也最有条件占得先机开展激光3D打印技术研究。先说说中科院金属所的情况,上世纪90年代初,我国在研的某型航空发动机验证机高压涡轮转子叶片叶尖被磨短近1.5mm,严重影响了发动机的试车考核。为解决这一问题,中科院金属所发展了航空叶片激光表面仿形熔铸接长修复技术,成功实现了叶片接长修复,使发动机性能试车考核一次性通过,确保了国家十号工程的顺利立项,获得了时任航空航天部长的亲笔致信表彰,该成果也获得了1995年国家科技进步三等奖。当年的激光仿形熔铸接长技术可以说是现代激光3D打印技术的雏形,后来金属所也试图发展激光3D打印技术,但由于种种原因,一直未能建立起真正的激光3D打印设备平台,研究工作也处于搁置状态。而北航和西工大多年来一直坚持发展大型金属构件的激光3D打印技术,据说目前已经成功地应用于大型飞机构件的直接制造。2011年以北航王华明教授团队为主成立的中航天地激光公司,专门从事激光3D打印制造应用生产,而近日王华明教授获得了国家技术发明一等奖,这一系列事实足以证明中国高校在3D打印研究与应用方面已经取得了很大的成就。
     不得不承认在激光3D打印技术研究方面我们中科院已经远远落后于北航、西工大等国内知名高校了,那么背后深层次的原因到底是什么呢?我想除了和学术带头人的方向把握和重视程度有关以外,更重要的是和中科院目前广泛实行的课题组独立核算制及科研设备平台建设管理有关。课题组独立核算,为了生存,不可能拿出太多的钱来买设备,再说国家科研项目预算也不允许买大型设备。目前我们所公用的设备如扫描电镜、透射电镜的购置费用一般都是由所公共财政承担的,而非公用的设备如激光加工器、等离子喷涂设备的购置费用一般都是由课题组自己承担,试问一台动辄数百万元的设备有几个课题组能够承担得起?当然理论上对有些大型的科研设备是可以申请中科院公共资金支持的,但对一个普通的课题组又谈何容易?比如说,虽然我们所从事高温防护涂层研究的人很多,不乏研究部主任等重量级人物,但多年来却一直没有电子束-物理气相沉积这个先进的高温合金热障涂层制备设备(最近才买,还没安装),而国内从事同类研究的哈工大、北航早都有了。没有好的科研设备,怎么取得好的研究结果呢?


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