今年3月,一則與3D打印有關(guān)的重磅消息迅速引起國內(nèi)外的密切關(guān)注。3月14日,空中客車公司與西北工業(yè)大學(xué)簽署合作協(xié)議,將共同開發(fā)激光立體成形技術(shù)(激光3D打印技術(shù)的一種)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用。
據(jù)悉,該項(xiàng)目將重點(diǎn)研究激光3D打印技術(shù)在飛機(jī)部件制造中一次打印成形、減少加工余量以及材料在成形過程中變形等難題。由西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)項(xiàng)目的樣件制造,空中客車公司則承擔(dān)樣件的測量和評(píng)估工作。
近兩年來,被認(rèn)為推動(dòng)了第三次工業(yè)革命進(jìn)程的3D打印技術(shù)已經(jīng)迅速成為媒體關(guān)注的熱點(diǎn)。其中,西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是一所在國內(nèi)外凝固領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)室中研究隊(duì)伍規(guī)模最大、覆蓋面最廣、綜合性最強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)室,備受業(yè)界肯定與關(guān)注。
作為該重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任的西北工業(yè)大學(xué)教授黃衛(wèi)東,不僅開拓了高性能致密金屬零件激光立體成形技術(shù)研究新領(lǐng)域,形成了完整的激光立體成形科學(xué)基礎(chǔ)、制造工藝與裝備技術(shù),而且已經(jīng)應(yīng)用于先進(jìn)飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬零件的快速成形與修復(fù),解決了國家高新工程中一大批急迫的技術(shù)難題。
黃衛(wèi)東,男,1956年9月生,西北工業(yè)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師。凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,長江學(xué)者,國家杰出青年科學(xué)基金獲得者。主要研究領(lǐng)域:金屬高性能增材制造技術(shù)(3D打?。膛c晶體生長理論,大型復(fù)雜薄壁鑄件精密鑄造技術(shù)。
從1999年至今,黃衛(wèi)東擔(dān)任西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)軍人已有15個(gè)年頭。作為中國鑄造學(xué)會(huì)理事長與自然科學(xué)基金委員會(huì)金屬學(xué)科評(píng)審專家,他的主要研究領(lǐng)域便包括高性能致密金屬零件的激光快速成形技術(shù)。
對于此次與空中客車公司的合作,黃衛(wèi)東說:“激光立體成形是一種金屬高性能增材制造技術(shù),我們的目標(biāo)是運(yùn)用這種新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)材料的最高力學(xué)性能,這是一種非??量痰囊蟆?rdquo;
黃衛(wèi)東表示,長期以來自己最關(guān)注的問題之一便是—如何讓飛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)件又輕又強(qiáng)且可靠。“航空航天結(jié)構(gòu)件發(fā)展的永恒需求之一是減重,實(shí)現(xiàn)減重有一條永恒的技術(shù)路線,即整體化。”
所謂整體化是指,將原本由很多零件組裝形成的部件在制造環(huán)節(jié)直接做成整體部件。黃衛(wèi)東指出:“但是,這種整體件結(jié)構(gòu)通常相當(dāng)復(fù)雜使得制造的難度加大,同時(shí)由于采用強(qiáng)度、韌性非常高的高性能材料而進(jìn)一步增加制造難度,僅依靠傳統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)不僅難度大,而且成本也非常高。”
早在19年前,黃衛(wèi)東便提出了能兼顧復(fù)雜形狀和高性能的金屬零件的激光立體成形新技術(shù)構(gòu)思。但在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件背景下,該前沿前瞻性的目標(biāo)自提出伊始便遭到周遭的反對。
“當(dāng)時(shí)大家都認(rèn)為這個(gè)目標(biāo)根本無法實(shí)現(xiàn),但我認(rèn)為從理論上是可行的,所以便堅(jiān)持去做。”黃衛(wèi)東說。
正是源自這份堅(jiān)持,如今黃衛(wèi)東和他的科研團(tuán)隊(duì)在這一領(lǐng)域已處于全球領(lǐng)先的行列。他表示:“為什么空客找我們合作?因?yàn)槟壳叭蚝娇蘸教旃I(yè)都希望應(yīng)用3D打印技術(shù)來解決傳統(tǒng)技術(shù)無法解決的問題,我們團(tuán)隊(duì)長期的研究積累被空客認(rèn)為有可能率先取得突破。”
作為全國最高水平的凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,目前西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室所研究的高性能3D打印也是凝固技術(shù)的延伸。
黃衛(wèi)東說:“凝固技術(shù)需要不斷探索,我們希望能在前沿探索一些未來可能的新技術(shù)與新路徑。”
在原本學(xué)習(xí)鑄造專業(yè)的他看來,當(dāng)代重大科學(xué)技術(shù)成就的取得愈發(fā)依賴不同學(xué)科間的交叉與融合,自己所從事的金屬高性能3D打印尤其如此。
“過去鑄造行業(yè)并不使用激光,而且3D打印是數(shù)字化的熱加工技術(shù)—這其中便涉及到激光與數(shù)字化技術(shù),而研究人員原本的專業(yè)可能只是材料學(xué)。因此,我們都要花大力氣去了解3D打印中的激光、計(jì)算機(jī)、數(shù)控甚至設(shè)計(jì)等技術(shù),實(shí)現(xiàn)了不同專業(yè)的跨界與交叉。”黃衛(wèi)東說。
他認(rèn)為,自己所從事的3D打印研究對于未來工業(yè)發(fā)展最重要之處在于,其帶來了一種全新的理念。“這種全新的理念也包括將發(fā)生根本性變化的設(shè)計(jì)模式。3D打印帶來了前所未有的跨學(xué)科融合,因此目前我下工夫最多的是與工業(yè)界,主要是航空航天工業(yè)界探討基于3D打印技術(shù)更新傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念。”
過去設(shè)計(jì)多數(shù)屈從于落后的制造方式,久而久之便導(dǎo)致設(shè)計(jì)者的思維受到無形的束縛。黃衛(wèi)東表示:“設(shè)計(jì)者們不敢去設(shè)想新的設(shè)計(jì),所創(chuàng)造的都是經(jīng)驗(yàn)性的舊設(shè)計(jì)。而3D打印幾乎面對任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)都能制造出零件,所以現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員可以甩開包袱,不用再擔(dān)憂制造水平是否能實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)要求。”
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