对话华中科技大学教授张海鸥:佛山传统制造业龙头企业要引领3D打印技术应用



 “佛山发展3D打印产业一定要立足于创新,同时引进真正适合自己的人才团队。”6月17—18日,第五届世界3D打印大会将在佛山市南海区大沥镇举行,大会开幕前夕,华中科技大学机械科学与工程学院教授张海鸥接受南方日报专访时建言,做好3D打印产业的发展文章,佛山要将重点放在产业革新与产品质量升级上。

当前中国经济已由高速发展转为高质量发展的新阶段。要推动制造业高效低成本发展,对其生产流程的改造、效率的提升十分重要。而3D打印作为一项引领性制造新技术,对传统制造业具有很强的颠覆性。此前张海鸥主导研发的“铸锻铣合一”增材制造技术,就改变了高端零件的生产流程、降低材耗能耗和污染,属全球首创。

“发展3D打印产业,最重要的是需具备原创式创新技术。政府制定的政策要以有市场前景的技术创新为导向。企业创新则要以市场为导向,遵循市场竞争规律。”张海鸥还建议,地方政府应该对获得了知识产权、受到了市场验证的新技术进行认定并给予支持。

谈变革▶▶“边铸边锻”新技术让制造流程更短

南方日报:你主导开发的“铸锻铣合一”增材制造技术和设备填补了全球相关技术和设备的空白。这一技术的颠覆性主要体现在哪方面?

张海鸥:此前全球金属3D打印行业共同面对的一大难题,是打印的部件达不到高强韧性要求。“铸锻铣合一”增材制造技术打印的金属件超过普通锻件的性能要求,得到12级超细晶粒。

具体来说,传统制造工艺是把金属融化做成铸锭,通过多次锻压和加热把它锻造成一定形状的锻坯,随后放到机床上进行加工,去除很多无用部分,最后制成一个零件。这个过程需要很多大型设备,比如8万吨锻压机,同时工序多流程长。这意味着,传统制造工艺并不适合高性能复杂零件的生产。

此外,传统多工序生产环境杂乱,需要大空间,容易造成厂房污染。而且这些工艺无法整体成型,也会造成材料损耗,成本较高。

“铸锻铣合一”的新技术通过实现“边铸边锻”,克服了以上的缺陷,改变了长期以来由西方引领的“铸锻焊铣分离”的传统制造历史,将开启实验室制造大型机械的历史。

南方日报:具体来说,“铸锻铣合一”技术可以为生产制造带来哪些利好?

张海鸥:一般来说,零件不经过锻造,性能就不可靠。尤其是航空设备对零件的疲劳性能和韧性等要求更高。而普通的3D打印技术打印出来的零件是无法达到高性能标准的。

“铸锻铣合一”技术直接采用新的技术让金属丝融化,在金属即将被加热成型的时候用连续的微锻造的方式,“趁热打铁、边铸边锻”,以此使整个零件通体具备更高更均匀的性能。

在此基础上,该技术可以把长流程、依赖多台装备、重污染的生产过程变成只在一台设备上进行的高效生产,从根本上改变了传统制造的技术路线、方法、装备,甚至改写了GE公司认为3D打印不能打印锻件的论断。

论趋势▶▶3D打印可部分替代高端制造

南方日报:3D打印作为新型技术,是否会替代传统制造?它还会改变哪些行业?

张海鸥:随着技术发展越来越成熟,3D打印已开始应用于小批量制造。当然,短期内3D打印难以完全替代传统制造业,两者会在较长时间内并行融合;但部分替代已经实现。

我所指的部分替代,目前主要发生在高端制造领域,比如国防、航空航天等领域。这些行业使用的高端机械,在传统制造模式中主要依靠焊接实现复杂零件的结合,但是焊接技术往往引起性能不均。而锻件级3D打印可以实现一体化打印,实现了零件之间的无缝连接,使之具有很好的性能和精度。因此,3D打印可以部分替代这些行业的传统工艺。

但是在材料成本不高、需要大规模生产的行业,传统制造方法仍有着不可替代性。比如汽车覆盖件冲压成型,3D打印技术不如传统工艺成本低、效率快,因此还不足以和传统工艺竞争。

总之,3D打印虽然已开始应用于小批量的直接制造,但是受其技术的效率、精度和材料等限制,还不可能完全替代传统大批量制造业。不过利用它的多品种小批量研发优势,3D打印正成为越来越多制造业行业的辅助甚至主干力量。

南方日报:目前中国3D打印产业和技术在全球处于什么位置水平?

张海鸥:3D打印即增材制造是先进制造业的一个手段,各大经济强国都在增强研发增材制造产品、创造更多应用场景。在现有技术的产业化方面,中国拥有较大的市场,在技术的应用创新方面也进行了不少探索。

不过,发展3D打印产业,实现从跟跑到领跑,最重要的是需具备原创式创新技术。在这方面,中国3D打印还要进一步努力。创新决定了以后的地位,但现在国内的新技术很多还是来自国外,自身缺乏原创的、颠覆式的技术。

要改善这一局面,政府制定政策要进一步以技术开发为导向。同时,创新还要以市场为导向,遵循市场竞争规律,否则容易夭折。所以我们应该大力支持最新锐的技术,尤其是获得了知识产权、受到了市场验证的新技术。各地政府可以组织国内外专业力量对新技术进行认定区分,对行业的创新发展进行专业化引导。

找路径▶▶为创新创造良好制度环境

南方日报:当下国内许多城市都在发展3D打印产业,越来越多3D打印企业开始涌现。有人认为,这将加速行业洗牌。对此你如何看?如何推动该行业更上一层楼?

张海鸥:我个人认为,当前国内的3D打印行业还没发展到大规模洗牌的阶段。尽管企业正在增多,但有的企业缺乏技术,有的企业和市场脱钩,整个3D打印产业还未能出现百舸争流、百花齐放、市场为主导的局面。

行业发展要更上一个台阶、实现质的飞跃,最重要的是企业要有创新意识,而且要能够适应竞争发展的需求。企业数量增多并不一定是好事,整体质量的提升才是关键。3D打印是一个有门槛的行业,我们一定要创造利于行业创新的制度环境、推动市场洗牌,淘汰不适应创新竞争的企业。这样才能真正实现3D打印产业的突破发展。

南方日报:作为制造业大市的佛山,想要进一步发展3D打印产业,需要怎么做?

张海鸥:佛山首先要提高制造业水平和产品质量水平,进行产业结构调整,尤其要推动制造业向产业价值链的上游发展,重点打造工业设计产业。另外,佛山企业应用3D打印技术时,可尝试主动改造生产流程,把多个零件制造流程整合成整体化制造,这样能提升产品附加值,体现3D打印的价值。一些诸如陶瓷等传统制造领域的龙头企业要在新技术应用上做引导,提升新技术应用的意识。

此外,3D打印需要大量人才。目前佛山研发端的人才较为缺乏,在加大培育力度的同时,可大力引进外部人才团队。不过在此过程中,佛山要注意选准人才团队,看重人才团队的真正作品和业绩,根据自身需求考虑其技术是否真正适合自己。

总之,发展3D打印产业,佛山一定要立足于创新,为创新创造良好的制度环境,输出更多的创新产品。

专家简介

张海鸥,华中科技大学材料加工系原主任,特聘教授、博导;现任二级教授、机械学院数字制造装备与技术国家重点实验室数字化制造工艺方向学术带头人。他主导开发了“熔射制造碳化钨合金模具技术”“铸锻铣合一”增材制造技术等,广受国内外同行关注。

 

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