3D打印技術(shù)被稱為制造業(yè)的后起之秀,在航空航天、精準醫(yī)療等前沿領(lǐng)域,具有著無可替代的應用,西安交通大學的盧秉恒院士被稱為“中國3D打印之父”,從工廠一線的熟練工到大學教授,再到中國3D打印領(lǐng)域院士,歷經(jīng)20多年,他帶領(lǐng)團隊破壁前行,讓3D打印技術(shù)在中國實現(xiàn)從無到有,并在太空中首次實現(xiàn)3D打印實驗。
雖然已經(jīng)快到耄耋之年,但盧秉恒依然奮斗不止,1987年盧秉恒博士畢業(yè),當時他的研究方向是機械的減震問題,應用領(lǐng)域從一般的機械工業(yè)到汽車制造甚至是尖端的航空航天,前景廣闊。1992年訪美期間,盧秉恒第一次看到了3D打印技術(shù),在汽車制造業(yè)中的應用,這讓他在近50歲時改變研究領(lǐng)域,走上3D打印之路,支撐他的勇氣,正是3D打印技術(shù)的顛覆和神奇之處。盧秉恒說道:“每逢傳統(tǒng)技術(shù)制造起來困難的一些任務,我們用3D打印來完成,這都是我心里感到非常高興的時刻,非常榮耀的時刻?!?br />
這個是盧院士這兩天的行程,從早到晚幾乎沒有空閑的時間,已經(jīng)78歲高齡的他行程非常的緊湊而且忙碌,趁著他這會稍微有一點空閑的時間,我們來到國家增材制造創(chuàng)新中心拜訪他。
這是一個蜂窩立方體,適用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域的減重結(jié)構(gòu),它類似面筋孔洞多結(jié)構(gòu)復雜,如果要用傳統(tǒng)工藝來制造的話往往需要耗時二十幾天程序,要多達二十幾道工序。在有了3D打印技術(shù)之后,只需要耗時十幾個小時,一道工序就可以完成。
這個金絲鎧甲如果使用傳統(tǒng)工藝來制造,需要一個環(huán)一個環(huán)的編織,且小環(huán)留有接口易受力容易破裂,強度不夠,有了3D打印技術(shù)一體成型就完美的解決了這些難題。
細小的零件可以打印矩形殼體也不在話下,這是一個火箭的儲油罐,這些是一體成型車身。3D打印在形狀上沒有天花板,只有想不到,沒有打不了。萬事開頭難,盧秉恒在起步研究3D打印技術(shù)時,面臨沒有經(jīng)費,沒有材料技術(shù)封鎖等問題,但他堅信國家需要這項技術(shù),再多的困難都能克服?!斑@個是我們從95年就開始研發(fā)的,得到科技部重點公關(guān)項目的支持,98年就拿到第一個訂單,實際上這個遇到的技術(shù)問題還是很多的,第一個是軟件也沒見過,也沒什么參考的。第二個,就是這個材料,材料跟激光的功率怎么樣匹配,這個怎么樣防止變形,非常自豪我們的能力實現(xiàn)了國產(chǎn)化,在全國普及了,而且不用國外進口的東西了?!?br />
盧秉恒并非畢業(yè)就踏入三尺講臺,投身科研,而是進入河南三門峽中原量儀廠,工作了十多年,從車工到技術(shù)員再到廠長,手上厚厚的老繭,還積淀著那段來自基層的記憶。“干了五年半車工,整天摸著鋼鐵,手上就有老繭??萍疾烤褪莵砜疾煳覀兡懿荒苌线@個項目,他跟我握手,當時沒告訴我,這是十年后我把這事情干得很成功了,他見了我說當時別的院校也有做這個技術(shù)的,結(jié)果我們當時跟你一握手,我覺得手上有老繭,這個人能干這個實際的事,把這個科技交給我了”
2020年5月5號,長征五號b運載火箭搭載的連續(xù)纖維增強復合材料,太空3D打印裝備讓我國首次進行了太空3D打印實驗,這也是國際上第一次在太空中開展連續(xù)纖維復合材料的3D打印實驗,此次在試驗船上搭載了一臺我國自主研制的復合材料空間3D打印系統(tǒng)。科研人員將這臺3D打印機安裝在了試驗船返回艙之中,飛行期間該系統(tǒng)自主完成了連續(xù)纖維增強復合材料的樣件打印,并驗證了微重力環(huán)境下復合材料3D打印的科學實驗目標。
最重要的就是航空航天,航空航天是個技術(shù)復雜的產(chǎn)品,傳統(tǒng)制造很難制造,航空航天在制造中95%以上的材料被切除掉了,變成廢品了,這都是很昂貴的材料,而3D打印是哪需要材料就把材料堆積在哪里,所以在材料節(jié)約方面有獨特的優(yōu)勢?!斑@個是我們?yōu)楹教觳块T打印的一個燃料儲箱,像這么一個封閉的一個罐,用傳統(tǒng)制造是很難制造出來的,它必須把它分成兩半,然后再焊接起來那么去制造,但是我們這個3D打印是整體制造的,已經(jīng)完成了火箭的發(fā)射?!?br />
“這個是下一代準備到火星上去的連接環(huán),一個空間站的東西壞了怎么辦,那我們也就必須做一個在太空中能打印的太空工作站,需要什么臨時就打印了,尤其是在太空中打印吧,我們用小的設備可以打印很大的東西,沒有重量了,下面不要支撐了啊,所以不像我們在地上打印這么大,環(huán)這個設備也得那么大,那在太空一個小的設備就可以打無限長的東西,所以我們開發(fā)這個小的設備,一道工序就解決問題了?!?br />
不僅是航空航天領(lǐng)域,3D打印技術(shù)正在成為諸多領(lǐng)域科技創(chuàng)新的加速器,為了讓3D打印家向各個制造業(yè)領(lǐng)域深入應用,盧秉恒經(jīng)常與從各領(lǐng)域前來的學術(shù)專家一起探討,在卡脖子問題上尋求突破?!耙驗樵诠こ淘鹤鲂┻@個咨詢研究,接觸的其他領(lǐng)域都很多知識的綜合,多學科的交叉使自己在科學創(chuàng)新思維上面更寬了,這個覺得這個源泉好像更豐富了。
”如今盧秉恒在3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)上還正在進一步攻關(guān),基于智能材料的4D打印和生物制造打印技術(shù)?!?D打印就是一種智能材料,這個材料在不同的環(huán)境下,不同的這個溫度、不同的電磁場,這些它就會改變它的形狀,形狀的變化叫4D打印。5D打印,這個名詞是我提出來的還有一個更重要的功能的改變,就是體現(xiàn)在我們這個生物制造和器官再創(chuàng)。制造出來是一個死的東西,但是我要植入一定的生物化學的環(huán)境,植入人體這么一個環(huán)境,它就可以生長出自己的骨細胞,成為自己的器官的活體,所以功能為這是更重要的一位,也無敵大業(yè),你看這邊這都是打印的脊椎骨,這叫假體,這是鈦合金,你看這個也是一個人的這個頜面骨缺失了,根據(jù)CT做出這一個件。然后就安裝在身上,這個就面部就恢復了,進一步的以后就是用這個活性細胞生長因子來進行打印,打印就做出活體的器官?,F(xiàn)在有打印出這個能夠跳動的心臟,也有打印出這個別的器官的?!?br />
“我覺得這個人的一生,你生下來干什么,就是為社會做貢獻的,能做一步就是一步啊。3D打印可以是整個制造業(yè)創(chuàng)新的一種源泉,是一個促進創(chuàng)新的一個最有力的武器,怎么樣能更好地發(fā)展3D打印技術(shù),能夠把它能更好地應入到我們國家各個領(lǐng)域中去,這是一種責任的擔當,所以也停不下來腳步。”
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