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3D打印制造技术的发展现状以及未来趋势

6月14日,由中国高科技门户OFweek维科网及高科会主办,OFweek激光网承办的“OFweek 2019(第十五届)中国激光技术及工业应用论坛”在深圳前海华侨城JW万豪酒店正式举办。

在本次激光技术及工业应用论坛上,南理工大学杨永强教授带来了“3D打印制造技术未来”的主题演讲。他为大家介绍了激光以及3D打印的发展历程、3D打印的战略意义、现状以及典型工艺等内容。

OFweek 2019(第十五届)中国激光技术及工业应用论坛成功举办

华南理工大学教授杨永强

以下为杨永强教授的发言内容,OFweek激光网编辑做了不改变原意的整理及编辑。

演讲原文:

给大家介绍一下, 3D打印技术和激光技术都是上个世纪出现的,1958年出现激光概念,到1960年就出现第一台激光器。而3D打印概念实际上是在80年代中期才出现的,所以说3D打印的发展历史更短,到现在只有30多年的时间。

我们把制造技术分为三大类,一是等材制造,二是减材制造,三是增材制造,也就是我们所说的3D打印。等材制造典型的代表技术是铸造、锻造,这个工艺其实在3000多年前已经出现,它具有非常长的发展历史。减材制造是以欧洲工业革命为代表,后来出现的加工机床,以及现在我们的CNC数控机床也有300年的历史,所以现在在加工制造领域的技术是非常成熟。增材制造(3D打印技术)到现在才有30年的历史,但是它的发展是非常迅速。

今天主要讲解金属材料的增材制造部分,也就是3D打印技术,在2001-2002年时,3D打印还处于实验室阶段,那时候,光纤激光器还不成熟,只能用半导体激光器做最初的金属3D打印。

从发展到现在,3D打印又分了几大类。从非金属、液体到固体到粉末,应该说代表了最先进的3D打印技术里面的高端技术是以激光为热源技术,包括激光立体成形、激光选区烧结以及激光选区熔化。其中,在金属零件领域,3D打印又分以激光技术为热源,包括铺粉的激光选区、熔化送粉的激光立体成形等。除了激光之外,高能束里边的电子数还有等离子体,甚至电弧都可以用做3D打印的一个热源来进行。

从国家层面来讲,国家非常支持发展3D打印,2015-2016年便提出国家增材制造产业发展的推进计划,2017-2020年是提升增材制造主要发展规划,主要围绕金属增材制造的材料、以激光和电子束为主的金属增材制造的装备。

近几年,广东省对于激光和增材制造也非常的重视,对接国家的发展规划,2018-2019年度发布四个“激光与增材制造”重大科技专项,平均每个专项2000万左右,现在都已经都尘埃落幕了。在今年制定方案中,不管是激光,还是3D打印,从国家到地方政府都加大支持力度,尤其是广东省支持力度更高。

在增材制造设计方面,是从点到线,由线到面,一层一层这样堆积起来的,所以它不受传统制造工艺和制造资源约束,专注形态创意和功能创新,在制造改变设计前提下,追求创造无极限。以前只有设计师可以做创造的工作,现在我们只要会画图,每个人都可以做一个创客或者是一个创造者。所以说,3D打印给我们带来新的机会。

在产品结构优化方面,过去减材制造用的材料都是实心的材料,而且不能有任何缺陷,然后加工,把不需要的地方去除掉以后就是我们需要的材料。但是在很多领域里面,尤其像航空航天,包括我们平常的工业领域里面,不一定用那么多材料,或者它的强度要求没那么高。所以轻量化多孔结构内部的这种的网状结构升级是非常需要的。

今日设计明日制造为3D打印提供一个非常便利的条件,什么叫今日设计?过去今日设计像汽车的发动机的汽缸,想要做一款新的发动机,从设计到开模到砂型铸造,最后把金属的做出来,然后去试车,这个周期非常长,成本也非常高。现在我们可以把它画出来,并打印出一个模型,就可以直接去测试。过去一年只能做几个车型,现在可以做很多。大家可以看到3D打印在汽车领域的应用是非常成熟的。

相对于传统机加工切削铣, 3D打印作为一种材料堆积制造方式,可以制造各种复杂形状(不受空间可达性影响),可以充分发挥材料的效能比,是未来绿色制造主要方式之一 。3D打印给我们的设计带来便利,包括内部复杂腔体成型、一体化成型等应用。比如要做一个机构,一个万向节要12个零件才能组装起来。而3D打印只要考虑它的连接的地方,就可以直接打印出来,他不是一个零件,是一个结构,所以未来我们甚至可以把电机接上电它就能动了,就是个机器。

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