2012年，當(dāng)3D打印被美國人捧上神壇開始風(fēng)靡全球時(shí)，華南理工大學(xué)楊永強(qiáng)教授憶起當(dāng)時(shí)在人民大會(huì)堂參加的一次工程院的研討會(huì)，目的即是為了討論3D打印是否真如美國人所說的那樣是一種將引領(lǐng)第三次工業(yè)革命的顛覆性技術(shù)，亦或是像當(dāng)年美國和蘇聯(lián)進(jìn)行軍備競(jìng)賽那樣，實(shí)為一種欺騙性的戰(zhàn)略。

“當(dāng)時(shí)國家層面有這樣的疑慮，3D打印整個(gè)行業(yè)并不大，產(chǎn)值也不高，然而美國將其提到國家戰(zhàn)略的高度，我們?cè)撊绾螒?yīng)對(duì)?”楊永強(qiáng)教授談到，最后得出的結(jié)論是：3D打印的確是一項(xiàng)非常重要的工藝，有著很好的發(fā)展前景，我們應(yīng)該發(fā)展它。

隨后，經(jīng)過兩年的精心準(zhǔn)備，工信部發(fā)布了《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2015-2016年)》、《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計(jì)劃(2017-2020年)》正式將3D打印納入國家戰(zhàn)略，國務(wù)院頒發(fā)的《中國制造2025》多次強(qiáng)調(diào)3D打印技術(shù)，近日，科技部也發(fā)布重點(diǎn)專項(xiàng)指南對(duì)增材制造給予支持。

然而，3D打印對(duì)于目前的制造業(yè)來說依舊顯得太過前沿，產(chǎn)業(yè)化的道路才剛剛開始……

本期，我們與金屬3D打印領(lǐng)域重要的專家、學(xué)者楊永強(qiáng)教授一道探討金屬3D打印產(chǎn)業(yè)化初期的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

金屬3D打印設(shè)備的兩大技術(shù)難題

清華、北航、西交大、西工大、華科大幾大院校可以說是我國3D打印技術(shù)的源頭，然而最早研究SLM金屬3D打印技術(shù)且成功開發(fā)出國產(chǎn)化設(shè)備的應(yīng)當(dāng)為華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院的楊永強(qiáng)教授所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)。時(shí)至今日，楊教授不僅親歷著整個(gè)SLM金屬3D打印技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，也在為推動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化而不斷努力。

2002年開始，楊教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)開始研究當(dāng)時(shí)被成為金屬快速成型的技術(shù)，2004年便與北京隆源合作開發(fā)出國內(nèi)第一臺(tái)選區(qū)激光熔化快速成型機(jī)。然而，在當(dāng)時(shí)不管是國外還是國內(nèi)都是以CO2激光器做為光源，掃描軟件也不成熟，楊教授回憶道：“我們做出的第一代機(jī)器打印出來精度和尺寸都不是很好，那時(shí)候只能打印方塊或者其他規(guī)則形狀的東西，但在當(dāng)時(shí)已經(jīng)算很好了。”因?yàn)楫?dāng)時(shí)國外的進(jìn)口設(shè)備一臺(tái)就需要花費(fèi)四、五百萬，基本沒有高校做這一塊的研究。

2005年后，國外解決了光纖機(jī)器的反射問題，終于將光纖激光應(yīng)用到了3D打印設(shè)備上，楊教授也獲得了學(xué)校學(xué)科建設(shè)的經(jīng)費(fèi)支持，購買了當(dāng)時(shí)售價(jià)40多萬的200W光纖激光器，開發(fā)出了以光纖激光為光源的金屬3D打印設(shè)備。

目前，楊教授的團(tuán)隊(duì)在關(guān)鍵性的鋪粉結(jié)構(gòu)上擁有十多項(xiàng)專利技術(shù)，與設(shè)備相關(guān)的專利申請(qǐng)接近200件，不僅是國內(nèi)好幾家3D打印企業(yè)的技術(shù)源頭，今年1月，還在廣州荔灣區(qū)的3D打印產(chǎn)業(yè)園成立了一家公司——廣州雷佳增材科技有限公司(以下簡稱“廣州雷佳”)，專業(yè)從事金屬3D打印設(shè)備研發(fā)、制造、銷售以及提供金屬3D打印服務(wù)，擁有的金屬3D打印設(shè)備包括DiMetal-50、DiMetal-100、DiMetal-280、DiMetal-500系列。

Laseradd DiMetal-50

Laseradd DiMetal-100

然而技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，國產(chǎn)3D打印設(shè)備上的這些關(guān)鍵元器件仍然依賴于進(jìn)口，據(jù)楊教授介紹，目前金屬3D打印還主要存在兩大技術(shù)難題：

第一，3D打印機(jī)上的光纖激光器、掃描振鏡、控制元件這些核心器件依舊使用的是進(jìn)口元件。以楊教授自己開發(fā)的設(shè)備為例，光纖激光器主要來源于IPG或SPI，掃描振鏡來源于德國SCANLAB或美國CTI。國產(chǎn)的激光器和振鏡這兩年在激光打標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用卓有成效，然而在3D打印設(shè)備上還沒有完全國有化;

第二，雖然元器件可以依賴進(jìn)口，但是金屬3D打印設(shè)備的控制系統(tǒng)和掃描軟件都得自己開發(fā)，這才是真正決定3D打印件的精度與表面質(zhì)量的關(guān)鍵因素，據(jù)楊教授介紹，國內(nèi)大部分的廠商在這一塊做得并不夠好，這也是國產(chǎn)與進(jìn)口設(shè)備的差距所在。

但是，楊教授表示，不管是國外還是國內(nèi)都還存在許多問題，需要進(jìn)一步努力、完善金屬

材料與前端需求不足之間的矛盾

金屬材料作為3D打印過程中需要持續(xù)投入的成本，進(jìn)口材料價(jià)格之高另人望而生卻。近年來越來越多做熱噴涂、粉末冶金的科研院所和材料商進(jìn)入到3D打印行業(yè)，出產(chǎn)的粉末質(zhì)量也有了大幅度的提高。在采訪中，楊教授否認(rèn)了“國產(chǎn)金屬粉末技術(shù)不行”這樣的觀點(diǎn)，他談到曾經(jīng)有一個(gè)企業(yè)做了3公斤粉末給楊教授試用，粉末質(zhì)量非常好，一點(diǎn)也不輸國外。而問題在于，需要用到100公斤的時(shí)候，粉末質(zhì)量就完全不過關(guān)了，這是什么原因?

楊教授認(rèn)為，主要的問題在于3D打印對(duì)材料的要求比較高，不僅粉末粒度要在10μm到40μm之間，在含氧量和物理化學(xué)性能方面也有要求，因此這就需要企業(yè)大手筆投入，以保證制粉環(huán)境達(dá)到要求。而上述這家企業(yè)可以用以往的制粉技術(shù)小心翼翼地做出3公斤高質(zhì)量的3D打印用金屬粉末，但是到100公斤時(shí)，制粉環(huán)境就達(dá)不到要求了。

但金屬3D打印的前端應(yīng)用市場(chǎng)還沒有起來，對(duì)于金屬粉末的需求量比較小，企業(yè)不愿意投入巨額資金到這個(gè)市場(chǎng)，因此我國目前還沒有一家規(guī)模非常大的專門做金屬3D打印粉末的廠商。

而隨著市場(chǎng)需求的不足，給企業(yè)帶來的另一個(gè)問題是，賣得粉末越多虧損反而越大。楊教授舉了一個(gè)非常實(shí)際的例子，比方說他買了某企業(yè)10公斤的鈦合金粉末，每公斤售價(jià)約2000元，而第二次購買50公斤粉末時(shí)，該企業(yè)就將價(jià)格提到了3000元一公斤，而且提高售價(jià)后對(duì)方還是虧損的。因?yàn)槭袌?chǎng)的需求量不足以支撐企業(yè)的設(shè)備和人力運(yùn)營成本，從而出現(xiàn)了這種違背市場(chǎng)規(guī)律的現(xiàn)象。

生物醫(yī)學(xué)或?yàn)橥黄瓶冢�許可證獲批路漫長

那么金屬3D打印的市場(chǎng)到底在哪里?楊教授表示，目前公認(rèn)的兩個(gè)有潛力的市場(chǎng)是生物醫(yī)學(xué)和航空航天。生物醫(yī)學(xué)中的個(gè)性化需求、航空航天中小批量的成本考量以及輕量化部件都完美地契合3D打印技術(shù)的特點(diǎn)。

其中航天航天這種高端應(yīng)用的需求量相對(duì)較小，生物醫(yī)學(xué)或許是目前3D打印最大的應(yīng)用市場(chǎng)，以牙科為例，楊教授前不久拜訪了成都一家企業(yè)，僅牙科對(duì)3D打印金屬粉末的需求量一年就達(dá)幾噸。

楊教授的團(tuán)隊(duì)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域耕耘頗深，早在2007年，楊教授就開始研究金屬3D打印在口腔方面的應(yīng)用，2011年拿到了國內(nèi)首個(gè)3D打印醫(yī)療器械——個(gè)性化舌側(cè)正畸托槽的產(chǎn)品認(rèn)證，同時(shí)獲得了美國、德國的專利授權(quán)。

近年來，不僅針對(duì)醫(yī)學(xué)產(chǎn)品的個(gè)性化、高精密度、生物相容性等要求開發(fā)出面向醫(yī)學(xué)應(yīng)用的專用金屬3D打印機(jī)，還開辟了兩大醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，包括：

齒科領(lǐng)域：開發(fā)制造牙冠、固定橋、義齒支架、頜面修復(fù)體、種植牙等口腔醫(yī)療器械產(chǎn)品;

骨科領(lǐng)域：開發(fā)膝關(guān)節(jié)植入物、髖關(guān)節(jié)植入物、脊椎植入物、導(dǎo)航手術(shù)版、種植手術(shù)導(dǎo)板等。

(責(zé)任編輯：admin)

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