增材制造工程技術人員：搭積木的“魔術師”
時間：2024-02-20 09:21 來源：人民日報 作者：admin 閱讀：次
增材制造，又被稱為“3D打印”，廣泛應用于航空航天、汽車、醫療、建筑、藝術等領域。而進行增材制造的“魔術師”在2022年6月有了正式名稱——“增材制造工程技術人員”。在大家眼中，他們能變出各種各樣的物件。這一新職業的日常工作是啥？這些“魔術師”對增材制造的未來有何期待？人民日報記者走進位于北京順義的北京三帝科技股份有限公司（以下簡稱“三帝科技”），采訪了公司研發總監陳慶文。
所想即所得
走進三帝科技研發試制車間，一名技術人員緊盯電腦屏。鼠標輕輕移動，屏幕中的不規則3D模型隨之翻轉。“這是我們根據客戶需求設計的模型，將相關數據傳輸至機器上，就能打印出來。”陳慶文說，更有意思的是，如果是小物件，每次可以批量打印，還能摞起來打，就像用籠屜蒸包子一樣！
37歲的陳慶文來自河北省張家口市，本碩專業都與機械設計有關。正是看中了增材制造的前景，他選擇深耕這個領域。
增材制造即將數字三維模型轉換為二維，再通過逐層堆積，搭積木般還原成三維實體。3D打印緣何發展起來？在陳慶文看來，相較傳統制造，3D打印能很好解決復雜結構件的成型問題，真正實現“所想即所得”。
“你瞧這個模型，鏤空的，結構復雜。”展示架旁，陳慶文隨手拿起一件精致模型。“這是用鈦合金做的，強度比鐵塊好，重量還輕了許多。”他接著舉例，比如隨形冷卻模具，我們可以造出貼合產品形狀的冷卻水路，讓模具更快、更均勻地冷卻。
往前走，一臺機器正在作業。透過玻璃視窗，一道激光束跳躍著射向平鋪的粉末，粉末熔融后瞬間凝固。一層完工后，成型缸下降肉眼根本看不出的0.03毫米，再鋪一層粉，激光束繼續擊射。“這臺是激光打印，做的是電子產品外殼。”陳慶文說，看似簡單，技術人員要提前研究并設定工藝參數，包括激光的速率、溫度、路徑等，確保成型產品性能良好，避免出現裂紋、翹曲變形等缺陷。
繼續參觀，一臺用粘結劑噴射打印的機器映入眼簾。啥是粘結劑？可以理解為一種特殊“膠水”。基本原理與激光類似：成型缸下降、鋪一層粉后，噴射粘結劑使粉末固化。此刻看形狀，呈圓形，據此并不能猜出一會兒亮相的“寶貝”是啥。這或許是3D打印的趣味所在，給不知道物件全貌的人以遐想空間。
“現在用陶瓷材料打一個葉輪。”一名技術人員道出答案。有了智能化無人操控平臺，打印進度一目了然：一共330層，目前是220層。在6000多個噴“膠水”的噴孔作用下，再有1小時就“出鍋”了。
與激光打印相比，粘結劑噴射有獨特優勢。第一，效率高、成本低。激光打印是“點掃描”，而粘結劑是“線掃描”，打印速度更快。第二，粘結劑適用材料范圍廣，實物可以是砂件，也可以是金屬件、陶瓷件、塑料件等。
優勢雖大，快速成型卻非易事，粘結劑研發、成型工藝與燒結工藝調控是關鍵步驟。每用一種新粉末，都要對既有粘結劑進行驗證，通過查看粘結強度、表面質量等指標判斷是否匹配。若未達到預期成型效果，就要對粘結劑進行改良或研發，這需要大量試驗檢測。同時，粘結劑打印零件往往需要燒結加固，容易導致收縮變形。陳慶文將這一過程形容為“炒菜”：粘結劑好比調料，燒結工藝恰似火候。調料放對，火候到位，菜品才能美味。
賦能鑄造 如虎添翼
栩栩如生的動物模型、工藝精湛的鑄造零件、小巧細致的各類模具……車間內，3D打印的物件隨處可見。
“越來越多人認識到這種制造方式，但實踐中，3D打印在傳統工業領域的滲透率相對較低，處于起步階段。”陳慶文坦言。
如何將3D打印“接入”其他行業？很長一段時間，陳慶文和同事們不斷思考并摸索，最終把目光聚焦在鑄造行業。
為何是鑄造？鑄造是現代制造業的中堅力量，一輛汽車中有超過15%的零件通過鑄造產生。作為鑄造最基本的工藝，砂型鑄造具有優勢，但在傳統工藝下，工廠需要先做木模，然后形成砂模。“制模是最耗時、成本較高的工序，特別是復雜零件的成型，對工人技術要求高。現實中，手工制作復雜零件模具的失敗率高，增加了鑄造廠的生產與運營成本。”陳慶文指出，期間還會產生高耗能、高污染等問題。
3D打印正好對癥下藥。“我們直接打印砂型，省去開模工序，避免了模具設計不合理及修模造成的風險。”陳慶文說，這種“接入”方式并不是取代傳統行業，而是優化生產流程，對該行業賦能。
陳慶文向記者講了欣鑫鑄造的轉型故事。欣鑫鑄造原是陜西省咸陽市一家采用傳統砂型鑄造工藝制作有色金屬合金產品的企業。2021年，欣鑫鑄造引進三帝科技自主開發的3D打印設備及相關技術，逐步形成綠色、柔性、高端的快速鑄造能力。
起初，陳慶文和團隊時常前往欣鑫鑄造，對工人使用設備、工藝等開展培訓。如今，企業人才隊伍壯大，各種復雜結構的產品都能生產，訂單源源不斷，產值、利潤雙雙翻番。更令其驕傲的是，國內外一些知名企業也成了欣鑫鑄造的客戶。
一組數據反映變化：同樣是制作新能源車的輕量化車架，傳統方式生產周期40天，若采用3D打印，6天就能交付鋁合金成品鑄件，成本降低30%，砂模精度控制也從±1毫米升至±0.3毫米。
匹配點找到了，就不愁后續對接。“欣鑫鑄造是一個案例，‘3D打印+鑄造’將使更多傳統鑄造企業如虎添翼，滿足更多復雜、高端產品的快速交付。”陳慶文說。
打造更多成熟穩定、性價比高的產品
在車間，記者發現有的機器小，有的卻十分龐大。不難理解，大設備打大物件。不少人好奇：3D打印能打多大尺寸的實物？
“理論上，最終產品不受打印機尺寸、體積、重量限制。”陳慶文解釋說，砂型可按照結構和尺寸分片化處理，就像吃面包，把它切成若干片，拼接起來組成“大塊頭”。
2022年6月，增材制造工程技術人員納入新職業。業內人士表示，職業分類是開展職業教育培訓和人才評價的重要基礎性工作，這意味著對從事3D打印技術人員的進一步認可，打通了相關專業培養的人才出口。
2021年，增材制造工程專業列入普通高等學校本科專業目錄，全國多所高校已設置“增材制造工程”本科專業。去年3月，增材制造工程技術人員國家職業標準頒布施行；9月，三帝科技聯合上海交通大學、聊城職業技術學院發起成立全國增材制造行業產教融合共同體，一同培養專業人才。
“人才無疑是行業發展的關鍵因素之一。”陳慶文介紹，公司研發團隊80余人，來自機械、電氣、材料工程、軟件工程、印刷工程等多個專業。“現在有了對口專業和標準，識別人才更方便，能更好補上當前社會中的人才缺口。”
一名優秀的增材制造工程技術人員，要懂技術，也要對行業發展有清晰認知。近年來，3D打印步入快速成長期。2021年中國增材制造企業營收約265億元，同比增長31%，高出全球年均增長水平約10%；相關機構預測，至2025年，全球增材制造有望產生2000億美元到5000億美元的效益。
陳慶文看好3D打印在制造領域的未來。“我是技術出身，希望通過自己和同事們的努力，探索更豐富的應用場景，打造更多成熟穩定、性價比高的產品。”陳慶文表示，不僅讓人們覺得有趣，更重要的是，推動3D打印賦能千行百業、走進千家萬戶，這將是一件特有成就感的事！
所想即所得
走進三帝科技研發試制車間，一名技術人員緊盯電腦屏。鼠標輕輕移動，屏幕中的不規則3D模型隨之翻轉。“這是我們根據客戶需求設計的模型，將相關數據傳輸至機器上，就能打印出來。”陳慶文說，更有意思的是，如果是小物件，每次可以批量打印，還能摞起來打，就像用籠屜蒸包子一樣！
△陳慶文查看3D打印設備運行情況。史志鵬攝
37歲的陳慶文來自河北省張家口市，本碩專業都與機械設計有關。正是看中了增材制造的前景，他選擇深耕這個領域。
增材制造即將數字三維模型轉換為二維，再通過逐層堆積，搭積木般還原成三維實體。3D打印緣何發展起來？在陳慶文看來，相較傳統制造，3D打印能很好解決復雜結構件的成型問題，真正實現“所想即所得”。
“你瞧這個模型，鏤空的，結構復雜。”展示架旁，陳慶文隨手拿起一件精致模型。“這是用鈦合金做的，強度比鐵塊好，重量還輕了許多。”他接著舉例，比如隨形冷卻模具，我們可以造出貼合產品形狀的冷卻水路，讓模具更快、更均勻地冷卻。
往前走，一臺機器正在作業。透過玻璃視窗，一道激光束跳躍著射向平鋪的粉末，粉末熔融后瞬間凝固。一層完工后，成型缸下降肉眼根本看不出的0.03毫米，再鋪一層粉，激光束繼續擊射。“這臺是激光打印，做的是電子產品外殼。”陳慶文說，看似簡單，技術人員要提前研究并設定工藝參數，包括激光的速率、溫度、路徑等，確保成型產品性能良好，避免出現裂紋、翹曲變形等缺陷。
繼續參觀，一臺用粘結劑噴射打印的機器映入眼簾。啥是粘結劑？可以理解為一種特殊“膠水”。基本原理與激光類似：成型缸下降、鋪一層粉后，噴射粘結劑使粉末固化。此刻看形狀，呈圓形，據此并不能猜出一會兒亮相的“寶貝”是啥。這或許是3D打印的趣味所在，給不知道物件全貌的人以遐想空間。
“現在用陶瓷材料打一個葉輪。”一名技術人員道出答案。有了智能化無人操控平臺，打印進度一目了然：一共330層，目前是220層。在6000多個噴“膠水”的噴孔作用下，再有1小時就“出鍋”了。
與激光打印相比，粘結劑噴射有獨特優勢。第一，效率高、成本低。激光打印是“點掃描”，而粘結劑是“線掃描”，打印速度更快。第二，粘結劑適用材料范圍廣，實物可以是砂件，也可以是金屬件、陶瓷件、塑料件等。
優勢雖大，快速成型卻非易事，粘結劑研發、成型工藝與燒結工藝調控是關鍵步驟。每用一種新粉末，都要對既有粘結劑進行驗證，通過查看粘結強度、表面質量等指標判斷是否匹配。若未達到預期成型效果，就要對粘結劑進行改良或研發，這需要大量試驗檢測。同時，粘結劑打印零件往往需要燒結加固，容易導致收縮變形。陳慶文將這一過程形容為“炒菜”：粘結劑好比調料，燒結工藝恰似火候。調料放對，火候到位，菜品才能美味。
賦能鑄造 如虎添翼
栩栩如生的動物模型、工藝精湛的鑄造零件、小巧細致的各類模具……車間內，3D打印的物件隨處可見。
“越來越多人認識到這種制造方式，但實踐中，3D打印在傳統工業領域的滲透率相對較低，處于起步階段。”陳慶文坦言。
如何將3D打印“接入”其他行業？很長一段時間，陳慶文和同事們不斷思考并摸索，最終把目光聚焦在鑄造行業。
△3D打印砂型。受訪者供圖
為何是鑄造？鑄造是現代制造業的中堅力量，一輛汽車中有超過15%的零件通過鑄造產生。作為鑄造最基本的工藝，砂型鑄造具有優勢，但在傳統工藝下，工廠需要先做木模，然后形成砂模。“制模是最耗時、成本較高的工序，特別是復雜零件的成型，對工人技術要求高。現實中，手工制作復雜零件模具的失敗率高，增加了鑄造廠的生產與運營成本。”陳慶文指出，期間還會產生高耗能、高污染等問題。
3D打印正好對癥下藥。“我們直接打印砂型，省去開模工序，避免了模具設計不合理及修模造成的風險。”陳慶文說，這種“接入”方式并不是取代傳統行業，而是優化生產流程，對該行業賦能。
陳慶文向記者講了欣鑫鑄造的轉型故事。欣鑫鑄造原是陜西省咸陽市一家采用傳統砂型鑄造工藝制作有色金屬合金產品的企業。2021年，欣鑫鑄造引進三帝科技自主開發的3D打印設備及相關技術，逐步形成綠色、柔性、高端的快速鑄造能力。
起初，陳慶文和團隊時常前往欣鑫鑄造，對工人使用設備、工藝等開展培訓。如今，企業人才隊伍壯大，各種復雜結構的產品都能生產，訂單源源不斷，產值、利潤雙雙翻番。更令其驕傲的是，國內外一些知名企業也成了欣鑫鑄造的客戶。
一組數據反映變化：同樣是制作新能源車的輕量化車架，傳統方式生產周期40天，若采用3D打印，6天就能交付鋁合金成品鑄件，成本降低30%，砂模精度控制也從±1毫米升至±0.3毫米。
匹配點找到了，就不愁后續對接。“欣鑫鑄造是一個案例，‘3D打印+鑄造’將使更多傳統鑄造企業如虎添翼，滿足更多復雜、高端產品的快速交付。”陳慶文說。
打造更多成熟穩定、性價比高的產品
在車間，記者發現有的機器小，有的卻十分龐大。不難理解，大設備打大物件。不少人好奇：3D打印能打多大尺寸的實物？
“理論上，最終產品不受打印機尺寸、體積、重量限制。”陳慶文解釋說，砂型可按照結構和尺寸分片化處理，就像吃面包，把它切成若干片，拼接起來組成“大塊頭”。
2022年6月，增材制造工程技術人員納入新職業。業內人士表示，職業分類是開展職業教育培訓和人才評價的重要基礎性工作，這意味著對從事3D打印技術人員的進一步認可，打通了相關專業培養的人才出口。
2021年，增材制造工程專業列入普通高等學校本科專業目錄，全國多所高校已設置“增材制造工程”本科專業。去年3月，增材制造工程技術人員國家職業標準頒布施行；9月，三帝科技聯合上海交通大學、聊城職業技術學院發起成立全國增材制造行業產教融合共同體，一同培養專業人才。
“人才無疑是行業發展的關鍵因素之一。”陳慶文介紹，公司研發團隊80余人，來自機械、電氣、材料工程、軟件工程、印刷工程等多個專業。“現在有了對口專業和標準，識別人才更方便，能更好補上當前社會中的人才缺口。”
一名優秀的增材制造工程技術人員，要懂技術，也要對行業發展有清晰認知。近年來，3D打印步入快速成長期。2021年中國增材制造企業營收約265億元，同比增長31%，高出全球年均增長水平約10%；相關機構預測，至2025年，全球增材制造有望產生2000億美元到5000億美元的效益。
陳慶文看好3D打印在制造領域的未來。“我是技術出身，希望通過自己和同事們的努力，探索更豐富的應用場景，打造更多成熟穩定、性價比高的產品。”陳慶文表示，不僅讓人們覺得有趣，更重要的是，推動3D打印賦能千行百業、走進千家萬戶，這將是一件特有成就感的事！
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