中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問顏永年：3D打印與傳統(tǒng)加工工藝是結(jié)合關(guān)系

5月29－31日，由亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)、中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、英國增材制造聯(lián)盟等單位共同主辦的2013年世界3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)大會(huì)在北京中國大飯店隆重舉行。國內(nèi)外600多位代表出席會(huì)議，就3D打印技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)、3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、3D打印技術(shù)如何與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)合等議題展開討論。

中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問顏永年
　　以下為中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問顏永年演講實(shí)錄：
　　顏永年：各位嘉賓、各位領(lǐng)導(dǎo)、各位同行，我在這里向大家匯報(bào)的是一種想法，我的題目就是3D打印與熱模鍛技術(shù)相結(jié)合的增材模鍛，用傳統(tǒng)的模鍛高溫高壓下來提高它的內(nèi)部性能，所以我們給它取了個(gè)名字叫A-D Manufacturing。
　　在作報(bào)告之前，最近從《華盛頓郵報(bào)》網(wǎng)站上5月24號(hào)有一段話，這是美國麥肯錫全球研究所一份研究報(bào)告的結(jié)論，他說在任何一個(gè)領(lǐng)域，各家企業(yè)都在做同一件事情：將所有這些技術(shù)以利潤最大化的方式結(jié)合起來。技術(shù)創(chuàng)新所帶來的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益不會(huì)源自那些炫目的想法，至少近期是如此，而是源自于正在趨于成熟的新興技術(shù)與存在了數(shù)十年的傳統(tǒng)技術(shù)的巧妙結(jié)合。我不知道大家同不同意這個(gè)看法，現(xiàn)在很多技術(shù)說得很好，但是想創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益還是不太容易，這些不太成熟的技術(shù)如果能和傳統(tǒng)技術(shù)巧妙結(jié)合起來，不但能帶來很大的變化，而且還能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，這個(gè)我是非常贊成的。
　　我想講四個(gè)方面的問題，第一個(gè)就是重型模鍛擠壓，既然你說要跟它結(jié)合，這個(gè)重型模鍛是什么呢？第二個(gè)就是大功率LENS—金屬3D打印的先進(jìn)技術(shù)。第三是這些技術(shù)的結(jié)合。第四是我們?cè)谔K州吳江的一個(gè)大項(xiàng)目。
　　模鍛和擠壓，始于上世紀(jì)30年代，這是幾個(gè)鋼管，是我們國家繼美國之后，在世界上第二個(gè)能夠垂直擠壓鋼管的國家。模鍛的過程需要一個(gè)重要的過程，就是開坯，很多人不清楚什么叫開坯、什么叫制坯，什么叫模鍛，大家只知道模鍛最后一鍛壓出來了。在這個(gè)之前要目前開坯，就是把塑性不太好的，成分不夠均勻的鋼壁，通過揉面的辦法使它均勻，如果開坯這個(gè)過程，再好的材料也不能得到很好的應(yīng)用。還有，模鍛一鍛就裂，所以我們搞這個(gè)領(lǐng)域的人都知道，開坯是非常重要的。
　　坯完了之后，我們需要去中斷，這個(gè)過程是不是可以通過3D打印完全替代呢？我認(rèn)為是部分替代，不是全部的替代，要全部的替代，可能還需要一段時(shí)間，但是如果我們能用現(xiàn)在的高溫高壓的模鍛過程、擠壓過程，很快就可以解決這個(gè)問題。所以說，溫度要達(dá)到1000度，球應(yīng)力要達(dá)到400—600Mpa這個(gè)水平我認(rèn)為目前的3D打印還做不到，當(dāng)前我們可以用等靜壓工藝來解決，但是它也達(dá)不到像模鍛擠壓這樣的優(yōu)良條件。我們有沒有辦法保留高溫高壓的過程，同時(shí)把開坯去掉呢？我認(rèn)為有的，這就是3D打印。鋼錠—開坯—預(yù)鍛—模鍛，前面需要很多裝備，要浪費(fèi)很多材料，很長的周期，這就是大型裝備不會(huì)做的很重要的原因，現(xiàn)在國外這方面的技術(shù)對(duì)我們是封閉的，你如果不解決這些問題，你的核電站做不出來，大型的裝機(jī)就做不出來。所以，根據(jù)我對(duì)3D打印的認(rèn)識(shí)，根據(jù)我對(duì)模鍛技術(shù)的認(rèn)識(shí)，我想我們能不能把這兩者的優(yōu)缺點(diǎn)結(jié)合起來，所以就提出來我們要先看看LENS技術(shù)怎么用到這個(gè)上面來進(jìn)行補(bǔ)充。
　　LENS技術(shù)可以先鋪粉，再燒結(jié)，延伸出來很多技術(shù)，但是核心還是這兩類。大家注意它的成形的效果，做出來的東西怎么接近它，我請(qǐng)大家注意，LENS技術(shù)、SLS/M技術(shù)是無偏析技術(shù)，即成分均勻，只有成分均勻才能達(dá)到高性能，而3D打印是做出成分均勻的好技術(shù)，這一點(diǎn)我希望引起同行的重視，我們用粉末來做材料，代替鋼錠，一個(gè)粉末就是一個(gè)小鋼錠，這個(gè)小鋼錠里面談不上偏析了，成分就是均勻的，我們燒結(jié)出來的東西在大型鋼錠里面，偏析問題也解決了，所以說開過程大型的變形、很復(fù)雜的變形過程可以取代了。所以說，我認(rèn)為無偏析這個(gè)甚至比它的柔性還要重要，另外還有節(jié)材節(jié)能。
剛才我說了用鋼錠的材料消耗率只有20%，所以我們要重視3D打印在這方面的特點(diǎn)，現(xiàn)在我們國家700噸的鋼水能力、600噸的鑄造能力、500噸的鑄鋼能力、400噸的鍛件能力，所以我認(rèn)為3D打印除了柔性，還有節(jié)材，沒有偏析，這些如果能跟我們的大型模鍛結(jié)合起來，將發(fā)揮無比的作用。
　　現(xiàn)在我們就提出來這個(gè)想法，LENS這個(gè)技術(shù)我認(rèn)為是最有前途做大型、最有前途解決我剛才說的這些問題的技術(shù)�，F(xiàn)在經(jīng)過了13年的發(fā)展，可以在重型、大型、各種合金材料，特別是重型和大型都已經(jīng)涉足了，已經(jīng)有很成熟的經(jīng)驗(yàn)了。
　　這是美國POM公司10噸的3D打印鍛件，現(xiàn)在我們國家王華明教授已經(jīng)做了將近3米的鈦合金鍛件。大功率的復(fù)雜噴頭，我們國內(nèi)好多個(gè)實(shí)驗(yàn)室據(jù)我了解，至少有三個(gè)實(shí)驗(yàn)室都做了原型，我們也可以做個(gè)原型，當(dāng)然它很麻煩，不過并沒有不可逾越的障礙。這個(gè)是POM公司最近的一些照片，這些都是用LENS技術(shù)做出來的，這是做的模具，這是模具表面的硬化。我們能不能用LENS技術(shù)來做成一沒有偏析的，沒有多少材料加多少水，盡管它也不便宜，但是和幾百噸的鋼錠比起來，它還是便宜的，和那么少的材料利用率比起來，它的設(shè)備效益還是很明顯的，我們用LENS技術(shù)來做，我們用激光三維技術(shù)來做，為什么要把最后的擠壓完全去掉呢？先前擺在那里的擠壓，高溫高壓一次做出來可以達(dá)到很高的質(zhì)量，我們不要把這些全部的一刀齊砍掉，我們要砍掉的是前面。我們還想做小一點(diǎn)的，這個(gè)是示意圖，我認(rèn)為是可以往這個(gè)方向去努力。
　　基于這種想法，我們?cè)谔K州市政府、昆山市政府的支持下，在清華大學(xué)的支持下，以及很多兄弟單位的支持下，我們做了一個(gè)12萬噸的項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目很特殊，發(fā)揮AM的優(yōu)勢(shì)，我們要用增材制造非常穩(wěn)定的高一致性地達(dá)到要求，確實(shí)經(jīng)濟(jì)上不一定合算。能不能把這些不足之處交給模鍛擠壓去完成，這是我們的想法。
　　如何將3D打印與傳統(tǒng)工藝結(jié)合起來？我認(rèn)為這是3D打印發(fā)展方向的問題，任何一個(gè)新技術(shù)的發(fā)展不能脫離已有的技術(shù)孤立地發(fā)展，與原有技術(shù)互相補(bǔ)充是基本的發(fā)展理念。3D打印與傳統(tǒng)加工工藝不是取代的關(guān)系，而是結(jié)合的關(guān)系。金屬3D打印應(yīng)與熱加工相結(jié)合，反過來熱加工也要與金屬3D打印相結(jié)合。新技術(shù)路線之本質(zhì)在于法卻AM之柔性去完成模鍛最困難的開坯和預(yù)成形，大大提高模鍛成形的柔性。
　　我初步估計(jì)，用A-D M互相結(jié)合的辦法，模具費(fèi)用可節(jié)省四分之三，材料利用率從5%—15%提高到85%—90%，生產(chǎn)周期縮短三分之二，能源節(jié)省60%，大大提高高端鍛件的可靠性、一致性和精度。我們?cè)诶ド揭�完成的是一臺(tái)兩萬噸的量，最近二重完成的八萬噸，這是老一代的壓機(jī)，這是面向21世紀(jì)的新型壓機(jī)，它和原始技術(shù)結(jié)合起來，我們希望明年年底頭把這個(gè)投產(chǎn)，我們希望國內(nèi)3D打印做LENS的單位結(jié)合起來，我們完成真正模鍛所需要的這樣的3D打印設(shè)備。我們希望在傳統(tǒng)的6000噸開坯、兩萬噸、12萬噸旁邊補(bǔ)充LENS設(shè)備，10—20臺(tái)。現(xiàn)在我們可以做出2—8萬噸主工作油缸，這是承載機(jī)架，這是包頭3.6萬噸，這是西安做的4萬噸，這個(gè)是昆山的3萬噸。來自中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟