【3D打印高端演講】顏永年：計(jì)算機(jī)集成激光三維打印增材制造

【導(dǎo)讀】在6月下旬，世界3d打印大會(huì)在青島舉行。南極熊3D打印網(wǎng)也到了現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了大量的報(bào)道，詳情請(qǐng)看南極熊報(bào)道 http://www.dddyin.com/forum-103-1.html 。南極熊作為一個(gè)3d打印的專業(yè)媒體平臺(tái)，一直致力于推動(dòng)中國(guó)3D打印行業(yè)的發(fā)展。希望下面的一些內(nèi)容對(duì)大家有所啟發(fā)。

顏永年：各位領(lǐng)導(dǎo)，尊敬的各位專家學(xué)者，今天很榮幸讓我來做這個(gè)匯報(bào)。今天我碰到了很多20年前搞3D打印的老朋友，之所以中國(guó)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(xué)、追求真理的勁頭開創(chuàng)了我們中國(guó)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(gè)比較成熟的階段。但是我們?cè)趹?yīng)用的水平，我們做出關(guān)鍵的高端的結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用水平，我覺得跟美國(guó)跟西方還有距離，但是這個(gè)距離不是很長(zhǎng)了，很快就要趕上去共同的發(fā)展。我們很愿意跟國(guó)內(nèi)外知名廠商、學(xué)者專家能夠合作。

我的題目是計(jì)算機(jī)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(xué)老科技協(xié)會(huì)的代表，來了五位同志來參加我們的會(huì)議。

我要報(bào)告的題目有六個(gè)方面，第一個(gè)什么是我們所謂的平臺(tái)，L-SS平臺(tái)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(shè)備焊接切割，在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)下工作，這是德國(guó)斯圖加特的。我們也看到這個(gè)有六臺(tái)激光器，還有更多的激光加工設(shè)備，我們能不能把這個(gè)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(chǔ)3D打印或者工業(yè)級(jí)3D打印最核心的內(nèi)容，我們想給它一個(gè)定義，也就是它的優(yōu)點(diǎn)。將擁有LCD-SLM-SLS多種工藝的多臺(tái)3D打印設(shè)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(guān)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(shí)現(xiàn)在計(jì)算機(jī)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?yàn)榧す饫寐蔬€不是很高的，我們要節(jié)能。通過激光金屬增材制造平臺(tái)，這是它的定義。這里面有很多LCD、SLM的認(rèn)識(shí)，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(guó)和世界的一流品牌，我們主要做修復(fù)和制造兼顧，特別是修復(fù)方面。

下面我把這兩個(gè)工藝簡(jiǎn)單說一說，因?yàn)橹挥?5分鐘。LCD在美國(guó)并不叫LCD，有好多名字。最早是Keicher，它在國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了LENS，后來它到了Optomec屋 Design公司，進(jìn)行了開發(fā)。我們國(guó)家2013年特種加工委員會(huì)，它的標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)把這個(gè)LENS技術(shù)定為L(zhǎng)CD-Laser Claddding Deposition，希望國(guó)際上了解我們LCD什么意思。

LCD有很多優(yōu)點(diǎn)，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(gè)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(guān)。3D打印恰恰在這方面能起非常關(guān)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(jī)器人不同形式的配合形成新的設(shè)備。還有其他很多優(yōu)點(diǎn)，我都來不及說。

LCD的技術(shù)指標(biāo)，目前我們希望采購(gòu)的，或者我們自己也能達(dá)到的，它比較高的沉積速率，這個(gè)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(duì)激光有很低的反射率，高的反射率就不能用。其他都能用，應(yīng)該很寬泛。這是它的原理圖。這個(gè)就是同軸送粉和偏軸龍粉，我們比較偏愛的是同軸送粉。因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，只放這么一個(gè)錄像，請(qǐng)放一下。

（VCR播放）這個(gè)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(dá)不到的。這個(gè)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(gè)核心，我們自己也做噴頭，我們也引進(jìn)噴頭。這是我們公司引進(jìn)德國(guó)通快公司的，從我們感覺到它很皮實(shí)。這也是通快公司的噴頭。這是一個(gè)平面掃描，我們沒有時(shí)間看了。這是全面掃描，這個(gè)看一下吧。當(dāng)然我們現(xiàn)在做的平臺(tái)底下也是有二維旋轉(zhuǎn)的能力，加上上面三維的運(yùn)動(dòng)，所以這個(gè)葉片包括我們像水輪機(jī)葉片能不能用它來修復(fù)？

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

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

這個(gè)是它一個(gè)核心的件，PFO，這個(gè)是它的功率、效能，還有保護(hù)。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(guó)家同等級(jí)美國(guó)GSI的，我們都?xì)g迎來用它。

這是我們?cè)谧龅臋C(jī)器的工作原理圖。這個(gè)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(dá)到4000瓦以內(nèi)。SLS大概30瓦到60瓦，我們?cè)敢飧鷩?guó)內(nèi)的公司合作，把他們的技術(shù)集成到我們的平臺(tái)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(gè)技術(shù)比較密集的一個(gè)設(shè)備，它的優(yōu)點(diǎn)就是復(fù)雜性。我自己感覺，所有的工藝?yán)锩婢褪荢LM/S能夠做最復(fù)雜的東西。

這是我們給四川常虹集團(tuán)做的插件，就是拿SLM/S燒結(jié)的。

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

我們目前主推的是II型，4000萬L-SSII型平臺(tái)。一個(gè)激光器可以分功率同時(shí)滿足這三個(gè)的使用。一個(gè)就是直接成型，一個(gè)盤類修復(fù)，一個(gè)軸類修復(fù)。如果我們能把它裝到車上開到現(xiàn)場(chǎng)把軸類進(jìn)行修復(fù)，這是盤類的修復(fù)，這是機(jī)器人噴頭。通過光導(dǎo)纖維傳到各個(gè)單元。這是LCD我們希望做到三四米這么高的，這個(gè)是我們主推的平臺(tái)。這個(gè)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(shí)際上是無人化工廠的一個(gè)雛形，我們希望把它裝到車上、船上，它可以移動(dòng)到工地上去修復(fù)。從不同角度可以看出來，它里面有大量的機(jī)器人，實(shí)際上有三個(gè)機(jī)器人，這是CIMS。我們國(guó)家CIMS的發(fā)展，獲得了世界大學(xué)領(lǐng)先獎(jiǎng)，我們應(yīng)該把這個(gè)技術(shù)發(fā)揚(yáng)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(zhǎng)時(shí)間的分析，實(shí)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?cè)偃D壓一下，這種一個(gè)件1500萬，做一套模具也不是很貴，但是我們現(xiàn)在的模具應(yīng)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(fù)單元。這是在我們昆山的實(shí)驗(yàn)室里面機(jī)器人盤類修復(fù)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(gè)。

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

紅的是一期，藍(lán)的是二期，得到了綿陽式政府的支持。如果一個(gè)地區(qū)搞這么一個(gè)平臺(tái)，對(duì)3D技術(shù)的應(yīng)用具有很好的推廣作用，它在人才的培養(yǎng)、公司的成長(zhǎng)，很快突破一些難點(diǎn)。有了這個(gè)平臺(tái)它能積累經(jīng)驗(yàn)，能有一定的學(xué)習(xí)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(gè)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(jí)系統(tǒng)，這個(gè)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?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，我不能影響大家。這是軸類的修復(fù)，這是一個(gè)視頻我來不及放了。

這個(gè)我們叫巨無霸，很長(zhǎng)的軸。現(xiàn)在我們做了4米，這個(gè)機(jī)器快完了，將來有可能會(huì)做到12米。這是表面的毛化。這是擠壓模，擠壓模在我們中國(guó)非常的需要，我們的包頭擠一個(gè)鋼管模具就要修，所以擠壓模的修復(fù)是一個(gè)大事，如果用焊接的辦法去修復(fù)，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(fù)，沒有什么問題。所以擠壓模的修復(fù)是一個(gè)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(gè)，能不能里面不用那么高級(jí)的不銹鋼？所以這個(gè)是很有前途的。還有多種材料，這個(gè)是在模具上面，導(dǎo)熱很好的。這是手機(jī)模具，不同的材料中間有一個(gè)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(jìn)了行業(yè)的生產(chǎn)效率。