热点:金属3D打印或引起重大装备生产模式变革

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毕文婷

增材制造(也称为3d打印)技术是按简单的二维阶段增加材料直接实现三维多杂结构制造的数字化、智能化、廉价、短周期先进制造的技术。 这突破了以往传来的零件成形和加工制造技术的原理限制，理论上不依赖以往传来的工业基础设施，可以用简单的“二维数字打印”直接制造任意的内部结构和外形、几何尺寸的高性能三维多杂结构。

与以前传来的成形制造技术的变革性特征相比，3d打印技术现在成为装备先进制造、结构设计和新材料等技术行业的热点方向，因此欧美等发达国家将其纳入国家的快速发展战术。 金属3d打印技术是3d打印技术的重要分支之一对高性能金属部件的制造具有重要的推动作用。

作为制造工业和国防重大装备的大型重要承重结构的主体，高性能金属部件的制造在该制造业的变革中会出现怎样的创新？ 金属3d打印技术如何被广泛应用？ 对此，记者采访了中国工程院院士、大型金属构件增材制造国家工程实验室主任、北京航空航天大学教授王华明。

发挥新技术的“随心所欲”特长

记者:金属可以说是日常生活中最常见的材料之一，关于你的理解，以前流传的金属制造技术有那些重要的制约问题吗？

王华明:由于非金属材料有特殊的特点，金属被广泛应用于重大装备的大型键受力结构。 但是，大型铸锭面临晶粒粗大化、组织疏松化、化学成分偏析严重、塑性成形加工性能差等问题，影响大型金属部件的成形制造能力和部件性能。 认为在过去几十年间，大型金属部件的制造能力和性能水平没有取得实质性的进展。

记者:业界认为3d打印技术会引起制造业的变革，你认为金属3d打印技术会如何摆脱以前传来的制造原理制约？

王华明:金属3d印刷技术具有超高温、强对流的“微区超常冶金”的优势，而且可以将金属的凝固冷却速度提高到数十万度/秒，具有“急冷急速凝固”的优势。 这两个优点的结合使金属3d打印技术完全摆脱了以前传来的大型铸锭熔铸和锻造的原理制约，使增材制造大型/超大型、多杂/超多杂金属部件具有晶粒细、成分均匀、结构致密的快速凝固组织，以下

利用金属3d打印技术制造的部件，其内部品质、晶粒结构、显微组织和性能不仅不受部件尺寸、壁厚、位置的影响，而且在金属部件逐层熔融、逐层凝固的3d打印过程中，3d打印合金熔池的熔融 实现部件不同部位材料的化学成分、晶粒尺寸、形态和取向及微观结构的主动控制，发挥每一种不同材料的性能特点，采取长时间短时间“按需设计”不同材料，为部件的不同部位定制

记者:能具体说说金属3d打印技术对日常生活有什么影响吗？

王华明:关于飞机的制造，现在一架大型客机的机体结构零件数量是万。 将来如果利用金属3d打印技术生产大型、多而杂、整体、高性能、轻量化部件，一架大型飞机的机体结构部件数量可能只有几百个。 可以变革性地降低飞机本身的结构重量。 另外，在以前流传下来的情况下，飞机的生产需要国家强大的重工业能力的支持，设计时间少则5年，多则十几年。 将来利用金属3d打印技术与仿真技术合作，飞机的研发生产周期可能会在数量水平上下降。

如果能够分别发挥金属3d打印技术的低价格、短周期、数字化、智能化的特征，或者将来的重大装备的高性能金属结构材料的制造技术、高性能大型复杂的整体重要金属部件的制造技术、结构设计技术、甚至装备生产模式

需要在更多方面实现突破

记者:正如你所说，金属3d印刷技术确实有很多不亚于以前传达的制造技术的特征，但从现实生活来看，这些特征似乎还没有发挥出来。 重大装备在研发和生产中的宣传应用还很少。 为了推进广泛的应用，我国还应该着力于那些方面吗？

王华明:金属3d印刷技术在未来快速发展和重大装备中的作用取决于金属增材制造过程中重要的科学和合金技术等基础问题的研究水平。

目前，金属3d印刷技术主要有“粉床选择区溶解”技术和送粉/送丝“溶解堆积”技术两种。 “粉床选择区熔融”技术适用于小型、大量、复杂的部件制造，但为了在装备制造中得到大量的应用，在工艺、设备、材料、质量性能控制等方面需要大的突破，印刷部件的尺寸限制、印刷效率降低、部件质量性能降低、部分 否则，这项技术是有限的。

“熔融堆积”技术适用于重大装备的大型键受力部件的制造，但其技术难度更大。 为此，深入研究了熔融堆积印刷过程中熔池冶金、凝固、热物理、固体相变等超常材料的制造和成形的基础问题，迅速发展了高效、高精度、高性能的大型重要金属构件的增材制造技术，基于增材微观领域冶金的新一代高性能金属结构

(原本刊登在《尖端科学》年第4期，复印件已删除)

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