【3D打印高端演講】顏永年：計算機集成激光三維打印增材制造

【導讀】在6月下旬，世界3d打印大會在青島舉行。南極熊3D打印網(wǎng)也到了現(xiàn)場進行了大量的報道，詳情請看南極熊報道 http://www.dddyin.com/forum-103-1.html 。南極熊作為一個3d打印的專業(yè)媒體平臺，一直致力于推動中國3D打印行業(yè)的發(fā)展。希望下面的一些內(nèi)容對大家有所啟發(fā)。

顏永年：各位領導，尊敬的各位專家學者，今天很榮幸讓我來做這個匯報。今天我碰到了很多20年前搞3D打印的老朋友，之所以中國能夠搞起來，就在于這些先行者、開拓者，大家憑著一股追求科學、追求真理的勁頭開創(chuàng)了我們中國3D的先例。經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)到了一個比較成熟的階段。但是我們在應用的水平，我們做出關鍵的高端的結(jié)構(gòu)件的應用水平，我覺得跟美國跟西方還有距離，但是這個距離不是很長了，很快就要趕上去共同的發(fā)展。我們很愿意跟國內(nèi)外知名廠商、學者專家能夠合作。

我的題目是計算機集成激光三維打印增才制造。我是顏永年，我們還有中華清學老科技協(xié)會的代表，來了五位同志來參加我們的會議。

我要報告的題目有六個方面，第一個什么是我們所謂的平臺，L-SS平臺什么意思，就是它的定義。我們知道激光加工有Laser Work的先例，很多的加工設備焊接切割，在一個網(wǎng)絡下工作，這是德國斯圖加特的。我們也看到這個有六臺激光器，還有更多的激光加工設備，我們能不能把這個概念移植到3D正在成型的方面上來，這就是我的初衷。我們?yōu)槭裁匆x這三種工藝？為什么叫L-SS？L就是（激光金屬熔覆沉積、選擇性金屬激光榮華、選擇性激光非金屬燒結(jié)）。這三種工藝涵蓋了基礎3D打印或者工業(yè)級3D打印最核心的內(nèi)容，我們想給它一個定義，也就是它的優(yōu)點。將擁有LCD-SLM-SLS多種工藝的多臺3D打印設備的信息資源和異構(gòu)的數(shù)據(jù)，包括CAD模型、分層與路徑規(guī)劃、工業(yè)參數(shù)和激光使用系統(tǒng)的相關信息和數(shù)據(jù)，采用CIMS的技術(shù)原理和系統(tǒng)集成方法，實現(xiàn)在計算機管控下的優(yōu)化配置，以大大提高信息共享度、資源利用率和揭曉節(jié)能，因為激光利用率還不是很高的，我們要節(jié)能。通過激光金屬增材制造平臺，這是它的定義。這里面有很多LCD、SLM的認識，這些不需要我們完全的開發(fā)，而是在全世界范圍內(nèi)優(yōu)選中國和世界的一流品牌，我們主要做修復和制造兼顧，特別是修復方面。

下面我把這兩個工藝簡單說一說，因為只有15分鐘。LCD在美國并不叫LCD，有好多名字。最早是Keicher，它在國家實驗室發(fā)明了LENS，后來它到了Optomec屋 Design公司，進行了開發(fā)。我們國家2013年特種加工委員會，它的標準化委員會把這個LENS技術(shù)定為LCD-Laser Claddding Deposition，希望國際上了解我們LCD什么意思。

LCD有很多優(yōu)點，無偏析，我們做出來的件精度夠不夠，內(nèi)部有沒有缺陷，但是成分是均勻的，這個搞3D打印的一定要明確。很多人只注意柔性不注意偏析�，F(xiàn)在我們高合金的結(jié)構(gòu)件就是偏析問題不過關。3D打印恰恰在這方面能起非常關鍵的作用，我們要重視它。LCD可以自由沉積在任意形狀結(jié)構(gòu)表面，它做的結(jié)構(gòu)件沒有什么限制。很容易跟機器人不同形式的配合形成新的設備。還有其他很多優(yōu)點，我都來不及說。

LCD的技術(shù)指標，目前我們希望采購的，或者我們自己也能達到的，它比較高的沉積速率，這個可能不見得很高。光束直徑不一定很小，可以到6毫米，層后是0.1到0.6毫米。

LCD除了材料對激光有很低的反射率，高的反射率就不能用。其他都能用，應該很寬泛。這是它的原理圖。這個就是同軸送粉和偏軸龍粉，我們比較偏愛的是同軸送粉。因為時間關系，只放這么一個錄像，請放一下。

（VCR播放）這個錄像可以看出來，激光下來，粉末材料束流，它很形象地。但是它不是堆焊，它的工業(yè)密度非常高，堆焊是達不到的。這個是噴粉聚焦的情況，這也是錄像，我們來不及看，不看了。噴頭是一個核心，我們自己也做噴頭，我們也引進噴頭。這是我們公司引進德國通快公司的，從我們感覺到它很皮實。這也是通快公司的噴頭。這是一個平面掃描，我們沒有時間看了。這是全面掃描，這個看一下吧。當然我們現(xiàn)在做的平臺底下也是有二維旋轉(zhuǎn)的能力，加上上面三維的運動，所以這個葉片包括我們像水輪機葉片能不能用它來修復？

這是我們平臺里面常用的，通快公司的。二極管這種碟片式的我們認為比較適合，功率比較高。這是我們光纖的情況。

這個是燒結(jié)的情況，原理圖。我想根據(jù)我們使用的體會，就是說它非常復雜的結(jié)構(gòu)自然而然用粉末來支撐，這一點大家應該不是特別體會。實際上這點保證了它做空心的、鏤空的、鑲嵌的復雜結(jié)構(gòu)沒有限制。

這個是它一個核心的件，PFO，這個是它的功率、效能，還有保護。我們現(xiàn)在用的是通快，我們也可以換其他的公司來比較。這是國家同等級美國GSI的，我們都歡迎來用它。

這是我們在做的機器的工作原理圖。這個是它的加熱，非常重要。

技術(shù)參數(shù)可以看出來它的功率一般要達到4000瓦以內(nèi)。SLS大概30瓦到60瓦，我們愿意跟國內(nèi)的公司合作，把他們的技術(shù)集成到我們的平臺上來。還有其他的很多參數(shù)，15分鐘來不及講那么多。說明它是一個技術(shù)比較密集的一個設備，它的優(yōu)點就是復雜性。我自己感覺，所有的工藝里面就是SLM/S能夠做最復雜的東西。

這是我們給四川常虹集團做的插件，就是拿SLM/S燒結(jié)的。

下面進入我們的主題，我想著重介紹4000瓦II平臺，這個簡單的介紹。我們一共做過昆山的第一個平臺4000瓦的，在綿陽是1萬瓦。另外現(xiàn)在還有幾個公司在談判，做的是第三、第四個平臺。這個平臺里面有5個3D單元，有一個激光單元，還有一個CIMS控制單元，七個小房間拼成一個大結(jié)構(gòu)。

我們目前主推的是II型，4000萬L-SSII型平臺。一個激光器可以分功率同時滿足這三個的使用。一個就是直接成型，一個盤類修復，一個軸類修復。如果我們能把它裝到車上開到現(xiàn)場把軸類進行修復，這是盤類的修復，這是機器人噴頭。通過光導纖維傳到各個單元。這是LCD我們希望做到三四米這么高的，這個是我們主推的平臺。這個是400瓦的軸類、盤類。紅的就是光纖，不同的角度我們都可以看出來。它實際上是無人化工廠的一個雛形，我們希望把它裝到車上、船上，它可以移動到工地上去修復。從不同角度可以看出來，它里面有大量的機器人，實際上有三個機器人，這是CIMS。我們國家CIMS的發(fā)展，獲得了世界大學領先獎，我們應該把這個技術(shù)發(fā)揚光大，結(jié)合起來。我們提出一種想法，核電主管我們做了很長時間的分析，實際上像這種結(jié)構(gòu)如果去擠壓很難擠，但是我們用LCD它沒有偏析，初步成型。我們再去擠壓一下，這種一個件1500萬，做一套模具也不是很貴，但是我們現(xiàn)在的模具應該是比較通用的模具。

這是我們現(xiàn)在的SLS，這是大型的軸類件，兩米乘四米，這是軸類修復單元。這是在我們昆山的實驗室里面機器人盤類修復單元，下部分做完了以后更高，這是盤類和軸類合并在一起的單元，這是我們CIMS控制中心，這是它的控圖。這是第一個。

第二個，我們現(xiàn)在跟它差別就是我們用了一個多功能設備，這臺設備能焊接能切割，是不是對用戶更方便一些？其他都一樣，這個是多功能的設備。這個是它布置起來，紅的就是它的光導纖維。這個平臺是在昆山，我們10月份正式運行了，現(xiàn)在有一部分已經(jīng)運行起來了，歡迎大家去參觀，這是昆山的情況。第二個就是我很榮幸被四川綿陽做的1萬瓦，

紅的是一期，藍的是二期，得到了綿陽式政府的支持。如果一個地區(qū)搞這么一個平臺，對3D技術(shù)的應用具有很好的推廣作用，它在人才的培養(yǎng)、公司的成長，很快突破一些難點。有了這個平臺它能積累經(jīng)驗，能有一定的學習功能。

這就是多功能，這是1萬瓦的激光器，這是軸類，這是盤類。

下面這個是繼承管理系統(tǒng)原理圖。它的功能很多，就這些。這是它的三級系統(tǒng)，這個是它的結(jié)構(gòu)圖功能，控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、可視化，這是數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)。

因為時間關系，我不能影響大家。這是軸類的修復，這是一個視頻我來不及放了。

這個我們叫巨無霸，很長的軸�，F(xiàn)在我們做了4米，這個機器快完了，將來有可能會做到12米。這是表面的毛化。這是擠壓模，擠壓模在我們中國非常的需要，我們的包頭擠一個鋼管模具就要修，所以擠壓模的修復是一個大事，如果用焊接的辦法去修復，它熱處理的問題很厲害，還需要加工熱處理。如果是用激光修復，沒有什么問題。所以擠壓模的修復是一個很大的產(chǎn)業(yè)。

這是曲軸鍛模，這是羊角。這是表面的熔覆。

我們大葉片10分鐘一個，能不能里面不用那么高級的不銹鋼？所以這個是很有前途的。還有多種材料，這個是在模具上面，導熱很好的。這是手機模具，不同的材料中間有一個緩沖材料。一般來說可以提高它的壽命。

這是原來的流道，這是我們現(xiàn)在的流道，冷卻速度快、均勻。這是我們做的箱塊，表面處理一下，打磨一下裝上去就能用了。提高50%，還有潛力可以挖。所以我們3D打印SM金屬用到模具上面大大促進了行業(yè)的生產(chǎn)效率。