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【中国科学报】立体打印机:让梦想快速成真
发布时间:2012-03-15 10:04:50作者:   来源:    点击率:

     

立体打印机:让梦想快速成真


■本报记者 鲁伟 通讯员 张雯怡 李秋荣

在电脑上完成产品的设计蓝图,按下“打印”键,激光就能选择性地将原材料烧结成各种物品。于是,从复杂的工业零件到日常生活中的锅碗瓢盆,只要有三维数据就能被“打印”出来。

或许你会觉得这太不可思议,但华中科技大学快速制造中心已将其变为现实。

在快速制造中心,《中国科学报》记者看到了外观看起来像柜子,里面却分布着各种精密仪器的“立体打印机”。该中心主任史玉升告诉记者,只要把零件的三维数据输入电脑,该装备就会使用金属、陶瓷、塑料、砂等不同的粉末材料,自动化进行生产。

“只要你想得到,我们就有可能做出来。”史玉升说。

抢滩“快速制造”

只要在电脑上设计出物体的三维图形,无需模具即可整体成形。这也是该装备被称为“立体打印机”的由来。

史玉升告诉记者,过去制作复杂结构的大型制件一般采用分段成形、拼接成整体的方法,不但生产周期长,成本也高,制件连接处的强度也较差。而大型“立体打印机”可以解决上述问题,使生产过程变得简单。

据介绍,上世纪90年代初,“快速制造”概念由美国科学家率先提出。时任华中理工大学(现为华中科技大学)校长、机械制造专家黄树槐敏锐地捕捉到了这一最新动态,很快在该校成立快速制造中心,研发基于纸材料的“立体打印机”。

1994年,我国首台具有自主知识产权的“立体打印机”诞生于该中心。

2000年,该中心研发出0.4米×0.4米工作面的基于粉末床的快速制造装备;2003年,该装备扩大到0.5米×0.5米,超过了当时代表国际先进水平的美国3D系统公司;2005年以后,工作面达到1米×1米以上,远远超过国外同类装备水平。

史玉升介绍说,快速制造技术作为新型的数字化添加材料成形技术,可以使零件的设计采用最优的结构,无需顾虑后续加工问题。“该技术的出现,为航空航天、武器装备、汽车等高端领域结构复杂零件的快速研制带来了福音。”

从制作鼠标外壳开始

尽管有着广阔的市场前景,但攻克快速制造技术的难度可想而知。1998年,36岁的史玉升来到该中心工作,负责研发基于固态粉末材料的快速制造技术与装备。原材料研发成了亟待解决的“拦路虎”。

想到以前在中国石油大学认识的博士后朋友们来自不同学科,史玉升琢磨着,或许他们中有人知道哪种材料比较容易制成粉末,并可能用于激光成形。

于是,他一个个地给朋友打电话,希望得到线索。几经周折,原材料研究终于有了进展。

“我们找到了第一种材料——聚苯乙烯,后来用它做出了一个鼠标外壳。”史玉升回忆说。当那个只有拳头大小的鼠标制作完成后,他高兴得差点跳了起来。

虽然研究上取得了进展,但中心学科背景单一成为研究的最大掣肘。为破解该难题,在学校领导的支持下,中心开始引进机械、信息、光学、计算机、自动控制、力学、新型材料等领域的人才,开展交叉学科研究。

目前,快速制造中心已从最初的不到10人发展到100多人,成为华中科技大学最大的研发团队之一。

在史玉升看来,“足球不能仅靠个别球星去踢,集体合作是一件挺幸福的事情”。

到工厂“写论文”

2007年,一手建起快速制造中心的黄树槐不幸辞世。77岁高龄的他在生命的最后日子,依然惦记着中心的发展,并把中心托付给了史玉升。

搞科研,史玉升并不陌生。可作为学术带头人,他还得肩负起带领整个团队发展和将研究成果推向市场的重担。

“研发新型工艺与装备需要较大的经费支持,周期也长。光靠国家的经费支持是远远不够的。”说起曾经的困难,史玉升感慨道。

他清楚地记得,几年前在山东济南宣传“立体打印机”技术时,被认为是在忽悠。尽管他卖力“吆喝”,声称“不需要模具即能直接制作出蜡模”,可别人就是不买账。

正是这件事让史玉升下定决心,“要走自己的创业之路,走与企业合作之路,走国际合作之路”。

这三条路都是为了尽快提高学术水平、搞好学科建设、将科研成果转化为生产力。在他看来,企业技术水平的提高,也可以促进研发团队的良性发展。生产一代、研发一代、预研一代、探索一代,是他们要坚持的产学研合作之路。

于是,“到工厂去写论文”成了史玉升的口头禅。

为了快速制造团队的可持续发展,他号召大家主动与相关企业联系合作,并把工作人员派到企业的生产现场,与企业的技术人员、工人一起攻关。这样一来,他们的研究成果逐渐被企业认可。

史玉升告诉记者,汽车发动机企业应用该中心的快速制造技术,将发动机的缸盖砂芯研制周期由传统方法下的5个月左右缩短至一周左右,取得了良好的经济效益;欧洲空客公司和我国的航空材料研究院等单位选中该技术,联合承担欧盟框架七项目,辅助航空航天大型钛合金整体结构件的快速制造……现在,使用该研究成果的企业已多达200多家。

《中国科学报》 (2012-03-14 B1 综合)

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