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陈长军博士分析3D打印“病情”

点击:56 日期:2016-04-06 选择字号:

       

    陈长军博士是激光行业的知名专家,因善于诊断和治疗金属身上的“疾病”,使金属材料更加“健康”甚至重新焕发“青春活力”而被媒体誉为“金属医生”。自2011年以来申请发明专利20多项,并独撰和参加撰写的书籍共4部。长年来主要从事激光制造与再制造、激光焊接;多孔材料制备;3D打印等方面的研究。


陈长军博士分析3D打印“病情”

“金属医生”陈长军博士


       陈长军个人简介:苏州大学激光加工中心负责人,江苏省省级激光加工工程技术中心副主任,博士,教授,原福克斯激光科技有限公司创始人、董事长,现任亚太霍夫曼金属打印科技有限公司技术副总。美国哥伦比亚大学机械系国家公派访问学者。 已发表各类公开文献170多篇,以第一作者共发表论文70多篇,其中第一作者SCI收录20多篇,第一作者EI收录60多篇,2013年获得苏州市高等院校、科研院所紧缺高层次人才称号。2011年湖北省自然科学优秀论文1等奖。目前担任国际期刊《International Journal of Surface Engineering and Interdisciplinary Materials Science (IJSEIMS)》的国际编委,中文核心期刊《现代制造工程》编委(2014.9-2016.8)。

  3D打印方面的研究课题

  苏州市应用基础研究项目:多孔钽的激光熔覆微成形及其调控;

  苏州大学人才引进项目:激光制造及再制造理论及应用;

  科技部科技人员服务企业行动项目:辊压机表面耐磨层的激光熔敷再制造;

  湖北省教育厅优秀中青年科技计划:镁合金表面激光熔敷制备纳米陶瓷涂层;

  武器装备预研基金:镍基高温合金表面激光熔敷制备防护涂层的研究;

  武汉科技大学博士启动基金:冶金精密轧辊表面激光原位无损修复与强化研究;

  以及国家自然科学基金青年基金项目、航空科学基金等。

  2001年,还没有3D打印的概念,是年,陈长军进入中科院金属所,师从王茂才研究员开始从事金属的激光熔敷研究,导师承接的课题都是飞机等相关方面的高性能金属激光熔敷课题,主要是表面强化和熔敷再制造。他博士毕业后在武汉科技大学组建了激光加工中心并任负责人。主要进行激光熔覆及修复再制造方面的研究工作,也即是后来被称为3D打印技术的一种。

  如果说陈长军博士是“金属医生”,那么,3D打印技术则是被他视为“治疗”金属“疾病”的工具。本期《3D打印商情》有幸邀请到这位“金属医生”,请他来为眼下的3D打印产业“把把脉”。


  《3D打印商情》:您是苏州大学的金属3D打印(增材制造)与3D再制造学科带头人,同时对激光制造与再制造也有深入研究,请从“再制造”这方面讲解一下两者的相同与不同之处?3D打印在再制造中能帮上多大的忙?具体可以起到什么样的作用?

  陈长军:原理上,两者都是熔化粉末形成凝固层、都是利用计算机软件设计出CAD/CAM立体模型,利用能量(如激光、电子束等)将其粉末熔化从而逐层“打印”形成产品。从某种角度上来说,熔覆强化技术和熔敷修复技术也是3D打印的一种。两者之间的不同之处是,3D打印技术可以认为是“无中生有”,即制造一个全新的产品出来。再制造是“救死扶伤”,是在现有的基础上,进行表面强化或性能提升或再生、再造的技术。再制造是废旧产品高技术修复、升级改造的产业化,使其恢复到像新品一样或优于新品的批量化制造过程,属于先进制造和绿色制造,以激光再制造为例,技术基础是激光熔敷。激光熔敷原本是一种表面强化技术,它不涉及零件精确成形问题,以激光熔敷为修复技术平台,加上现代先进制造、快速成形等技术理念,发展成为激光再制造技术。

  熔覆修复技术可以应用在3D打印制造出的某个部分出现缺陷的产品,可以说是一种补充。而在再制造领域中,3D打印是其理论基础,两者密不可分。由于3D再制造技术可以同传统的技术紧密结合,促进传统产业的升级改造,在近期内更会大面积的铺张开来。


  《3D打印商情》:请分析一下3D打印技术的发展趋势?以及面临着什么样的机遇与挑战?

  陈长军:随着智能制造的进一步发展成熟,新的信息技术、控制技术、材料技术等不断被广泛应用到制造领域,3D打印技术也将被推向更高的层面,最终引领整个制造理念和实践的变革。3D打印是“制造业数字化、智能化”的典型技术,它的不断成熟将推动新材料技术和智能制造技术实现伟大飞跃,在航空航天、汽车制造等高端工业领域发挥重要作用,同时也将在国民经济的各个领域带来难以估量的深刻变化,所以3D打印技术也必将成为大规模、标准化现代工业体系的有力补充。

  但目前面临的主要挑战有:

  1) 材料的限制。虽然高端工业打印可以很好地实现塑料、某些金属或者陶瓷打印,但能够应用于3D打印耗材还非常单一、品种和可以获取的原材料还非常少,而打印机对打印材料的要求也非常挑剔,进口的设备、国产的设备、国产的粉末和进口的粉末都还不能相互兼容。此外,部分材料价格比较昂贵,粉末质量要求较高(如钛合金粉末等),都成为今后普及的难题。

  2) 产品性能。3D打印技术原理是“逐层打印,分层叠加”,那么层与层之间如何控制才能保证产品的整体强度和精度,使之满足于现实生活的需要?这成了3D打印技术能否更快得到应用的一个考量。比如打印出的汽车能否像传统制造的汽车一样顺利的运转起来且不出现问题?打印出的器官是否与原有器官匹配良好?打印出的结构件能否满足装机需求顺利上天?这是一个非常庞大的系统工程,需要做大量的测试验证工作。

  3) 机器的限制。3D打印技术在重建物体的几何形状和性能上已经具备了一定的水平,几乎任何静态的形状都可以被打印出来,但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了。而且,3D打印技术想要进入普通家庭,每个人都能随意打印想要的东西,那么也得先解决机器的限制性。

  4) 知识产权的忧虑。近年来,音乐、电影和电视等产业越来越看重知识产权的保护。3D打印技术也面临着这一问题,现实中,人们可以随意复制任何东西,并且数量不限,那么,如何制定3D打印行业的法律法规用来保护知识产权,也就成了我们面临的难题。

  5) 道德与法律的挑战。什么样的东西会违反道德规律是很难界定的,如果有人打印出生物器官和活体组织,在不久的将来会遇到极大的道德挑战。还有,使用3D打印打印硬币并进入市场流通,以及打印枪支等等,这对于法律的挑战也是我们必须解决的现实问题。

  6) 规模化生产的问题。由于3D打印时逐点扫描,逐层成形,该技术特点决定了3D打印技术在规模化、批量化上无法与传统的制造技术相媲美。如何解决这一问题也是摆在我们面前的一大难题。


  《3D打印商情》:您是激光专家,对传统制造应该有很深了解,请介绍3D打印与传统制造是一种什么样的关系?您觉得3D打印如何与传统制造融合?

  陈长军:传统制造主要采用车铣刨磨等手段去除及切割材料的技术,属于减材制造,3D打印技术则是采用材料逐渐叠加的方法制造实体零件的技术,是一种“自下而上”的制造方法,属于增材制造。因此两种制造方法在原理和加工过程上有很大的不同。我个人认为,3D打印技术与传统制造技术不是新制度代替旧制度的关系,而是相互补充、共同发展的过程。3D打印是传统制造方法“加工难,难加工”的一个替代。同时,采用3D打印制造出的产品可为传统的制造提供毛坯原型等,使得两种制造方法得到有效的融合。

  3D打印技术的发展可以更好地促进和完善传统制造业的发展,目前出现的增材、减材混合制造机床就是一个很好的诠释。目前经济不景气的条件下,3D再制造的发展就是传统制造业转型升级的一个强有力的支撑。


  《3D打印商情》:现在市场对3D打印的需求巨大,3D打印用途也很广,但3D打印的技术推广并没有想象中那么快,应用市场的开发也很缓慢,具体原因是什么?

  陈长军:我国工业界对3D打印技术的认可度及应用度不高,多数制造企业尚未接受“数字化设计”、“批量个性化定制生产”等先进制造理念,与此同时,工业级3D打印机单台成本较高、产业运用范围和领域也有限,应用前景还有待进一步开发,企业购置3D打印设备的需求动力不足。而且,3D打印技术对材料要求较高,而价格昂贵及稀有的材料受到进口及物流的限制。此外,3D打印的应用有一定的技术门槛,3D打印技术目前还主要应用于概念模型、工业设计原型,在工业生产中推广技术还不够成熟,这也是限制其快速发展的一个重要原因。另外一个原因就是前些年,我国好多行业的发展赚钱太容易,技术上也没有储备,危机来袭时,想马上抽身在3D打印上有所作为,谈何容易。而且我们大多人就太着急见到效益,不能坐冷板凳,也是一个重要原因。


  《3D打印商情》:请问现在中国3D打印技术的普及力度如何?比如苏州大学是否有相关的课程,让学生开始相关的研究?在普及的过程中,您认为该如何加快普及速度?普及的阻力是什么?

  陈长军:目前,几乎全国都知道这个概念,但在认识和知识的普及上非常欠缺。对3D打印有一个正确的认识和知识的普及是3D打印技术更快更好发展的重要前提。

  苏州大学是全国第一所申请并获得国家批准建设的激光制造学科博士点的单位,每年都有校级、省级和国家级的相关大学生创新实验供大学生和研究生进行3D打印方面的课题研究。苏州大学在激光3D打印这块,拥有博士学位的教师10多人,其中教授5人。苏州大学每年都有20多名研究生从事这方面的课题研究,如果加上工程硕士,就更多了。3D打印加盟咨询:400-888-3320邮箱: md-99@163.com