《經濟參考報》9月24日刊發(fā)記者袁小康采寫的文章《數字里的新質生產力|如何做到一口氣“打印”出16平方米飛機零件?》。文章稱，在無氧密閉腔內，四根噴頭噴出金屬粉末，經高溫激光作用瞬間熔化，在噴頭的數控移動下，金屬層層堆積生長，只需要數十個小時，一個面積達16平方米的復雜形狀大型鈦合金構件就能高效成型。
這是發(fā)生在北京航空航天大學大型金屬構件增材制造國家工程實驗室成果產業(yè)化基地——北京煜鼎增材制造研究院股份有限公司(以下簡稱“煜鼎增材”)車間里的真實一幕。“金屬3D打印技術僅用一臺高性能計算機、一組高精度激光頭、一個大型金屬構件增材制造數控機械平臺，就能完成飛機、發(fā)動機、燃氣輪機等重大工業(yè)裝備大型復雜關鍵承力結構的快速生產。”煜鼎增材相關負責人告訴記者。
金屬激光增材制造技術(俗稱金屬3D打印技術)的核心在于，通過計算機控制激光逐層掃描，熔化同步輸送的合金粉末或絲材，層層堆積生長出三維復雜構件，從而制造出形狀各異的高質量金屬零部件?；诮饘?D打印高溫熔化和結晶過程智能控制，“傳統鑄造鍛造技術難以突破加工尺寸上的限制”“成分復雜的金屬材料大型構件難以保證成分質地均勻”等問題有了新的解決之路。
“以大型飛機機身鈦合金大型承力框為例，最大零件外廓面積往往超過10平方米。采用傳統的冶金鑄鍛技術，哪怕是壓力達到8萬噸級的超大鍛造機也沒辦法直接加工，只能分成多個小型部分，加工完再拼接。而金屬3D打印則可以直接增材成型，讓零件數量大幅減少，結構重量顯著減輕，強度尤其是韌性大幅提升，材料消耗和加工時間減少80%。”上述負責人表示。
實際上，金屬3D打印技術的出現，不僅僅是制造工藝的一次革新，更是對傳統制造理念的一次顛覆。
中國工程院院士、北京航空航天大學教授、大型金屬構件增材制造國家工程實驗室主任王華明表示，通過精確控制激光熔化金屬粉末的每一層，金屬3D打印技術實現了對材料微觀結構和化學成分的精確調控。這一技術不僅可以在應用上實現更高效更具性價比的制造工藝，同時，通過對粉末直接熔化加工，還能夠克服傳統上新型合金冶煉時成分難以均勻分布的問題。這樣不僅能保證大型金屬構件獲得晶粒細小、組織致密、成分均勻的內部品質，性能得到質的提升，而且還能利用激光熔化過程中極高的溫度和結晶條件研發(fā)出化學成分全新的金屬結構新材料。
“如果說傳統冶金是一鍋各種成分混雜而不均勻的‘亂燉’，那么3D打印就像‘超高速精細磨漿機’，可以獲得成分完全均勻、質地非常致密的‘均質漿體’。對于逐漸面臨工藝極限但性能要求卻越來越高的金屬材料制備，3D打印有望帶來新的突破。”王華明說。
金屬3D打印技術的成功應用，不僅提升了我國在高端制造領域的自主創(chuàng)新能力，也展示了我國在新材料、新工藝研發(fā)上的實力。
“通過‘產學研’緊密結合和長期努力，我國在國際上率先突破了航空航天重大裝備高性能大型關鍵構件金屬3D打印及工程化應用等核心關鍵技術。更重要的是，3D打印為重大裝備金屬結構新材料和高性能大型構件的高效綠色低成本生產制造開辟了新途徑，是真正意義上的新質生產力。”王華明說。
展望未來，3D打印技術還有更廣的增長空間。根據前瞻產業(yè)研究院發(fā)布的《2024年中國3D打印行業(yè)全景圖譜》顯示，隨著3D打印產品在已有場景中的應用規(guī)模進一步擴張，以及新場景、新應用的不斷開拓，預計未來六年中國3D打印產業(yè)規(guī)模將持續(xù)高速增長。預計2029年中國3D打印設備的市場規(guī)模將超1200億元，2024年至2029年復合年均增長率約為19.5%。
“中國在3D打印技術領域的領先并不是巧合。”國投創(chuàng)合基金管理有限公司副總經理、首席投資官董川在談到對3D打印賽道以及煜鼎增材的投資背景時表示，正是中國深厚的制造業(yè)基礎為3D打印的應用迭代提供了充足的發(fā)揮空間，新技術才得以成功從實驗室走向產業(yè)。這項技術不僅能夠提升產品的制造效率和性能，還能助推制造業(yè)的轉型升級，為國家的高端裝備制造業(yè)提供強有力的支撐。
