近年來，一種名為“快速制造”的高新技術(shù)發(fā)展迅猛，它不僅開拓了工業(yè)設(shè)計的創(chuàng)意空間，而且極大加快了工業(yè)設(shè)計進(jìn)程，將關(guān)鍵復(fù)雜零部件制造“簡單化”，在國民經(jīng)濟的其他領(lǐng)域里顯示出廣闊應(yīng)用價值。目前，我國在這一領(lǐng)域處于研發(fā)領(lǐng)先、應(yīng)用滯后的局面，其價值尚未引起足夠重視。
一項革命性發(fā)明
快速制造(R apidM anufacturing)又稱快速成形制造(R apidPrototyping& M anufacturing)或增材制造(A ddi-tiV eM anufacturing)，是近30年來全球機械制造領(lǐng)域興起的一項革命性發(fā)明，被譽為“立體打印機”。
目前，應(yīng)用最為廣泛的是粉末材料激光快速制造技術(shù)，其原理是先將計算機設(shè)計出的復(fù)雜零部件三維模型分解成若干層平面數(shù)據(jù)，然后用激光把金屬、陶瓷、塑料、砂等粉末材料按平面數(shù)據(jù)燒結(jié)，形成一個平面形狀，再通過層層累積疊加，像植物生長般一次性整體成形。
由于該技術(shù)將多維制造變?yōu)楹唵蔚挠上轮辽系亩S疊加，大大降低了設(shè)計與制造的復(fù)雜度，甚至可以制造傳統(tǒng)方式無法加工的奇異結(jié)構(gòu)，如封閉內(nèi)部空腔、多層嵌套等。快速制造思想產(chǎn)生于上世紀(jì)80年代。1992年，美國D T M公司(現(xiàn)已并入美國3D System s公司)研制成功世界第一臺采用粉末材料的激光快速制造裝備。美國、德國、日本等國的制造企業(yè)將之用于蠟、砂型的快速制造，大大提升了傳統(tǒng)鑄造工藝的技術(shù)水平。
目前，全歐400多家精密鑄造廠家中，超過90%使用了快速制造技術(shù)。另外，該工藝可直接制造高性能金屬零部件，還可制造出薄壁、微孔等特殊結(jié)構(gòu)零部件，在航空航天、汽車等重要領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
據(jù)了解，全球快速制造技術(shù)產(chǎn)品和服務(wù)銷售額以每年15%速度增長，歐美國家僅在航空領(lǐng)域應(yīng)用量已超過8%，在尖端武器裝備以及汽車等領(lǐng)域應(yīng)用率達(dá)1/3。
一項新型戰(zhàn)略技術(shù)
華中科技大學(xué)是國內(nèi)從事快速制造技術(shù)研究與開發(fā)的主要單位之一。華中科技大學(xué)材料學(xué)院副院長、快速制造中心主任史玉升表示，快速制造技術(shù)與傳統(tǒng)工藝相比具有獨特的優(yōu)越性和特點。
一是突破了傳統(tǒng)去除加工方法的限制，無需零件毛坯和大型鍛造、鑄造設(shè)備及模具，可實現(xiàn)材料制備與成形的一體化，顯著縮短零件制造周期、降低制造成本、提高材料利用率。
二是在同一套生產(chǎn)系統(tǒng)上可進(jìn)行不同材料零件的制造，具有廣泛的材料及設(shè)計適應(yīng)性。
三是整個生產(chǎn)過程數(shù)字化，可以方便地通過材料及工藝的調(diào)節(jié)與控制，實現(xiàn)多種材料在同一零件上的集成制造，滿足零件不同部位的不同性能需要。
四是由于采用非接觸加工的方式，沒有工具更換和磨損之類的問題，無切割噪音、振動以及廢水、廢料等排放，符合現(xiàn)代綠色制造理念。
史玉升認(rèn)為，快速制造技術(shù)是一種新型的數(shù)字化添加材料成形技術(shù)，對于產(chǎn)品的幾何形狀并沒有約束，可以說“只要你想得到，我就可以做出來”。因此，設(shè)計零部件時可以采用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而無需顧慮加工問題。而這正是快速制造技術(shù)最大優(yōu)勢所在———拓展設(shè)計人員的想象空間，尤其是在航空航天、武器裝備、汽車等動力裝備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高端領(lǐng)域。
近幾年來，從快速成形向快速制造迅速轉(zhuǎn)變成為全球先進(jìn)制造中一個新動向，這已發(fā)展成為一種“戰(zhàn)略技術(shù)”。
歐美已將快速制造技術(shù)視為提升航空航天、汽車及武器裝備等核心領(lǐng)域水平的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一。例如，美國能源部大額資助Sandia及L osA lom os國家實驗室，開展高性能金屬零部件快速制造技術(shù)。在美國空軍、陸軍及國防部聯(lián)合資助下，該技術(shù)在波音、軍火巨頭洛克西德·馬丁公司、國防供應(yīng)商諾斯洛普格魯曼等飛機制造企業(yè)獲得實際應(yīng)用。在我國已啟動的各類重大科技專項、“973”計劃、“863”計劃、科技支撐計劃中，尚未將快速制造技術(shù)列為重點發(fā)展領(lǐng)域。部分業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，有必要以政府行為支持和推進(jìn)該技術(shù)在我國制造領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，使之成為我國向自主制造國家轉(zhuǎn)變的一把鑰匙。
研發(fā)領(lǐng)先應(yīng)用滯后
國際權(quán)威機構(gòu)預(yù)測，快速制造作為一個獨立的生產(chǎn)技術(shù)，擁有1.3萬億美元的市場。我國雖然具有國際先進(jìn)技術(shù)，但應(yīng)用率卻不高。快速制造領(lǐng)域國際權(quán)威報告《沃勒斯報告2010》統(tǒng)計顯示，全球投入使用的快速制造裝備一半來自美國，我國產(chǎn)品銷售量僅占全球4.8%。其原因并非技術(shù)和整體裝備的質(zhì)量問題，恰恰相反，我國在多項關(guān)鍵技術(shù)和裝備大型化方面處于全球領(lǐng)先水平。
1991年，華中科技大學(xué)快速制造中心開始從事快速制造技術(shù)的創(chuàng)新性研發(fā)，1994年取得歷史性突破，研制成功我國第一臺薄材疊層激光快速制造裝備，隨后又研制成功“粉末材料激光快速制造裝備和紫外光固化快速制造裝備”。這幾種快速制造裝備現(xiàn)已形成系列產(chǎn)品，使我成為繼美國、德國之后，獨立自主掌握這一先進(jìn)技術(shù)的國家。
在粉末材料激光快速制造裝備的大型化方面，走在了世界的前列。該裝備采用一機多材，即在同一臺裝備上可以成形多種粉末材料。據(jù)悉，德國E O S公司的最新裝備采用一機一材，即同一臺裝備僅能采用同一種粉末材料成形，且裝備成形空間與應(yīng)用范圍要小于我國的快速制造裝備。
華中科技大學(xué)在快速制造領(lǐng)域的研究成果引起國際高度關(guān)注。美國通用電氣公司向其定制的一款零件，是鎢鎳材料制造O .1毫米壁厚網(wǎng)格結(jié)構(gòu)金屬零件，兩片手機芯片大小的立體空間擁有多達(dá)156個微細(xì)網(wǎng)格。有關(guān)專家分析，這可能是軍用產(chǎn)品。
快速制造技術(shù)突破了制造難題，它有望增強設(shè)計人員自主創(chuàng)新的信心和熱情，推動我國由“中國制造”邁向“中國創(chuàng)造”。
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