在電腦上完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)藍(lán)圖，按下“打印”鍵，激光就能選擇性地將原材料燒結(jié)成各種物品。各種復(fù)雜的工業(yè)零件、生活中的鍋碗瓢盆……只要有三維數(shù)據(jù)就都有可能“打印”出來。由華中科技大學(xué)研發(fā)的“立體打印機(jī)”可以將人們的創(chuàng)意夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)產(chǎn)品。

       這種基于粉末床的激光燒結(jié)“立體打印”技術(shù)，獲得了2011年國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，1.2米×1.2米工作面的世界最大“立體打印機(jī)”入選兩院院士評(píng)選的2011年中國(guó)十大科技進(jìn)展。

    業(yè)界福音：想得到做得到

    “只要你想得到，我們就有可能做出來。”材料學(xué)院副院長(zhǎng)、快速制造中心主任史玉升教授如是說。

    快速制造技術(shù)是新型的數(shù)字化添加材料成形技術(shù)。它可以使零件的設(shè)計(jì)采用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，無需顧慮后續(xù)加工問題。該技術(shù)的出現(xiàn)為航空航天、武器裝備、汽車等高端領(lǐng)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的快速研制帶來了福音。

    在該中心，記者看到了外觀看起來像柜子，里面卻分布著各種精密儀器的“立體打印機(jī)”?？焖僦圃熘行那嗄杲處煵痰郎榻B說，只要把零件的三維數(shù)據(jù)輸入電腦，按下“打印”鍵。該裝備就會(huì)使用金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的粉未材料，自動(dòng)化進(jìn)行生產(chǎn)。零件就像植物生長(zhǎng)一樣整體成形出來。

    只要在電腦上設(shè)計(jì)出物體的三維圖形，無需模具即可整體成形。這也是該裝備被稱為“立體打印機(jī)”的由來。在以往，制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大型制件一般采用分段成形、拼接成整體的方法。不但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本也高，制件連接處的強(qiáng)度也較差。而大型“立體打印機(jī)”可以解決上述問題，使生產(chǎn)過程變得簡(jiǎn)單。

    2000年，該中心研發(fā)出0.4米×0.4米工作面的基于粉末床的快速制造裝備；2003年，擴(kuò)大到0.5米×0.5米，超過了當(dāng)時(shí)代表國(guó)際先進(jìn)水平的美國(guó)3D系統(tǒng)公司；2005年以后，工作面達(dá)到1米×1米以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國(guó)外同類裝備水平。

闖關(guān)秘訣：多學(xué)科齊“上陣”

    上個(gè)世紀(jì)90年代初，“快速制造”概念由美國(guó)科學(xué)家率先提出。時(shí)任華中理工大學(xué)校長(zhǎng)、機(jī)械制造專家黃樹槐敏銳地捕捉到了這一最新動(dòng)態(tài)，很快在該校成立快速制造中心，研發(fā)基于紙材料的“立體打印機(jī)”。1994年，我國(guó)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“立體打印機(jī)”誕生在該中心。

    4年后，36歲的史玉升來到中心工作，負(fù)責(zé)研發(fā)基于固態(tài)粉末材料的快速制造技術(shù)與裝備。原材料研發(fā)成為了亟待解決的“攔路虎”。“我以前在中國(guó)石油大學(xué)認(rèn)識(shí)的博士后朋友們來自不同學(xué)科。我琢磨著，或許他們中有人知道哪種材料比較容易制成粉末，并可能用于激光成形。”于是，史玉升一個(gè)個(gè)地給朋友打電話，希望得到線索。幾經(jīng)周折，原材料研究終于有了一定進(jìn)展。“我們找到了第一種材料——聚苯乙烯，后來用它做了一個(gè)鼠標(biāo)外殼。”當(dāng)那個(gè)只有拳頭大小的鼠標(biāo)制作完成后，他高興得差點(diǎn)跳了起來。

    雖然研究上取得了進(jìn)展，但該中心卻面臨著工作人員學(xué)科背景單一的困境，長(zhǎng)此以往可能會(huì)對(duì)研究工作造成影響。很快，在黃樹槐的大力支持下，中心開始引進(jìn)機(jī)械、信息、光學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、力學(xué)、新型材料等領(lǐng)域的人才，開展交叉學(xué)科研究。

    黃樹槐曾提出“不但要個(gè)人努力，還要帶領(lǐng)整個(gè)團(tuán)隊(duì)一起努力”，史玉升的口頭禪“足球不能僅靠個(gè)別球星去踢”，這都表現(xiàn)出對(duì)集體合作的重視。20年來，快速制造中心已從最早的不到10人，發(fā)展到100多人，成為目前華中科技大學(xué)最大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)之一，人員構(gòu)成涉及多個(gè)學(xué)科。“有這么多人一起努力，我覺得工作得挺幸福的。”史玉升說。

發(fā)展之路：到工廠“寫論文”

    近來，快速制造中心主攻生物制造的博士生張升十分忙碌。多家醫(yī)院希望與他展開合作，利用相關(guān)技術(shù)來制作牙齒。這不但可以降低傳統(tǒng)造牙的成本，還可以一對(duì)一地訂制假牙齒。浙江某飾品公司的負(fù)責(zé)人也專程前往該中心，希望能得到技術(shù)支持。然而，就在幾年前，史玉升在山東濟(jì)南市宣傳該中心的“立體打印機(jī)”技術(shù)時(shí)，卻還被認(rèn)為是在忽悠。當(dāng)時(shí)，盡管他賣力“吆喝”，聲稱“不需要模具即能直接制作出蠟?zāi)?rdquo;，可企業(yè)就是不買賬。

    2007年，一手建起快速制造中心的黃樹槐不幸辭世。在生命的最后日子里，他依然惦記著中心的發(fā)展，并把中心托付給了史玉升。搞科研，史玉升并不陌生?？墒亲鳛閷W(xué)術(shù)帶頭人，他還得肩負(fù)起帶領(lǐng)整個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)展和將研究成果推向市場(chǎng)的重?fù)?dān)。

    “研發(fā)新型工藝與裝備需要較大的經(jīng)費(fèi)支持，周期也長(zhǎng)。光靠國(guó)家的經(jīng)費(fèi)支持是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這使許多科研團(tuán)隊(duì)難以堅(jiān)持下去。”說起曾經(jīng)的困難，史玉升不勝感慨。雖然多次出現(xiàn)科研經(jīng)費(fèi)短缺，甚至?xí)簳r(shí)也沒有成果和論文的情況，但他們還是咬牙堅(jiān)持了下來。

    為了團(tuán)隊(duì)能更好地發(fā)展，史玉升下定決心，“要走自己的創(chuàng)業(yè)之路，走與企業(yè)合作之路，走國(guó)際合作之路。”這三條路都是為了盡快提高學(xué)術(shù)水平、搞好學(xué)科建設(shè)、將科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。在他看來，使企業(yè)技術(shù)水平提高的同時(shí)，也可以促進(jìn)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的良性發(fā)展。生產(chǎn)一代、研發(fā)一代、預(yù)研一代、探索一代，是他們要堅(jiān)持的產(chǎn)學(xué)研合作之路。

    與其守株待兔，不如主動(dòng)出擊。為了快速制造團(tuán)隊(duì)的可持續(xù)發(fā)展，他們主動(dòng)與相關(guān)企業(yè)聯(lián)系合作，并把工作人員派到企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，與企業(yè)的技術(shù)人員、工人一起攻關(guān)。這樣一來，他們的研究成果漸漸被企業(yè)認(rèn)可。

    汽車發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)應(yīng)用該中心的快速制造技術(shù)，將發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋砂芯研制周期由傳統(tǒng)方法的5個(gè)月左右縮短至一周左右，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益；歐洲空客公司和我國(guó)的航空材料研究院等單位選中該技術(shù)也，聯(lián)合承擔(dān)歐盟框架七項(xiàng)目，輔助航空航天大型鈦合金整體結(jié)構(gòu)件的快速制造……現(xiàn)在，使用該研究成果的企業(yè)已多達(dá)200多家。

    歷史的車輪緩緩駛過，2011年過去了。這一年里，英國(guó)南安普頓大學(xué)利用立體打印技術(shù)，制造了一架飛機(jī)。該飛機(jī)除了電控系統(tǒng)外，其余部件均為“立體打印”。還是在這一年，歐洲航空防務(wù)與航天集團(tuán)的科學(xué)家“立體打印”出了自行車，它比普通自行車更輕便、更堅(jiān)固，生產(chǎn)過程便捷、環(huán)保。這些在快速制作領(lǐng)域內(nèi)不斷發(fā)生的新鮮事，讓我們浮想聯(lián)翩。近日，美國(guó)更將快速制造列為世界未來三大引領(lǐng)技術(shù)之一。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

    世界最大“立體打印機(jī)”已經(jīng)誕生了。下一步，史玉升和他的團(tuán)隊(duì)還將帶來怎樣的驚喜？夢(mèng)想將如何被一一“打印”？我們相信，我們期待……