用一根普通的金屬絲作“墨水”，就能打印出航空、航天、電力、核電、船舶、軍工等領(lǐng)域所需的零部件結(jié)構(gòu)。近日，上海產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有實(shí)用價(jià)值的“同軸送絲激光金屬3d打印機(jī)”，將為各種關(guān)鍵零部件的制造與再制造提供效率更高、成本更低的解決方案。“上海工業(yè)門類齊全，再制造資源豐富，希望我們研制的裝備有用武之地。”上海產(chǎn)研院3d打印研發(fā)平臺(tái)主任周偉民研究員說。

再制造是一個(gè)快速發(fā)展的綠色產(chǎn)業(yè)，能讓舊的零部件煥然一新，從而節(jié)省大量原材料和能源，并減少排放。目前，美國(guó)的再制造產(chǎn)值已達(dá)500億美元/年，而我國(guó)僅為5億美元/年左右。如何在產(chǎn)業(yè)技術(shù)上實(shí)現(xiàn)“彎道超車”？激光熔覆3d打印是一種很有潛力的新興技術(shù)，具有節(jié)材、節(jié)能、成形不受零件復(fù)雜程度限制等優(yōu)勢(shì)，近年來受到工業(yè)界的廣泛關(guān)注。



科研人員展示同軸送絲激光金屬3d打印機(jī)制造的零部件。

據(jù)周偉民介紹，傳統(tǒng)的送粉式激光金屬3d打印技術(shù)以金屬粉末為原材料，利用高壓氣體噴射到沉積位置，再利用激光照射熔化，最后凝固成形。這種技術(shù)在航空、航天、核電等領(lǐng)域得到了一定應(yīng)用，但存在粉末利用率低、有粉塵污染等問題。

為此，上海產(chǎn)研院圍繞激光熔覆3d打印技術(shù)展開攻關(guān)。經(jīng)過近兩年自主研發(fā)，一臺(tái)同軸送絲激光金屬3d打印機(jī)最近問世。它通過一個(gè)激光熔覆頭，將一束高功率實(shí)心激光轉(zhuǎn)換為同軸環(huán)形激光，并聚焦在工件上；金屬絲從環(huán)形激光的正中心同軸送入熔池，進(jìn)行熔化沉積。這臺(tái)裝備的最大激光功率達(dá)3000瓦，絲材直徑為1.0—1.6毫米，使用316l不銹鋼時(shí)的打印速度是5—30克/分鐘。它已成功打印出一個(gè)直徑60毫米、高250毫米的圓環(huán)樣件，由600多層堆積而成，表面粗糙度僅為15微米。經(jīng)測(cè)試評(píng)估，這臺(tái)同軸送絲激光金屬3d打印機(jī)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。


科研人員在操作同軸送絲激光金屬3d打印機(jī)。

上海產(chǎn)研院博士后王涵表示，使用金屬絲代替金屬粉末具有很多優(yōu)點(diǎn)。金屬絲更便宜，利用率更高，也更容易保存，而且不會(huì)對(duì)周圍區(qū)域產(chǎn)生污染。以鈦合金為例，金屬絲的價(jià)格是300元/公斤，僅為金屬粉末每公斤價(jià)格的十分之一；用金屬絲打印材料的利用率可以達(dá)到100%，而用金屬粉末普遍不超過30%。這兩個(gè)成本，就相差30倍左右。而且鈦合金是戰(zhàn)略級(jí)貴金屬材料，其利用率的大幅提升對(duì)國(guó)防建設(shè)具有重要意義。


科研人員在操作同軸送絲激光金屬3d打印機(jī)。

根據(jù)計(jì)劃，上海產(chǎn)研院3d打印研發(fā)平臺(tái)將在今年年內(nèi)，具備關(guān)鍵零部件的修復(fù)再制造能力；未來兩年內(nèi)，實(shí)現(xiàn)同軸送絲激光3d打印技術(shù)在修復(fù)再制造領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為國(guó)內(nèi)工業(yè)制造和再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供利器。