中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問顏永年：3D打印與傳統(tǒng)加工工藝是結合關系

5月29－31日，由亞洲制造業(yè)協(xié)會、中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、英國增材制造聯(lián)盟等單位共同主辦的2013年世界3D打印技術產(chǎn)業(yè)大會在北京中國大飯店隆重舉行。國內外600多位代表出席會議，就3D打印技術發(fā)展趨勢、3D打印技術產(chǎn)業(yè)化、3D打印技術如何與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結合等議題展開討論。

中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問顏永年
　　以下為中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟首席顧問顏永年演講實錄：
　　顏永年：各位嘉賓、各位領導、各位同行，我在這里向大家匯報的是一種想法，我的題目就是3D打印與熱模鍛技術相結合的增材模鍛，用傳統(tǒng)的模鍛高溫高壓下來提高它的內部性能，所以我們給它取了個名字叫A-D Manufacturing。
　　在作報告之前，最近從《華盛頓郵報》網(wǎng)站上5月24號有一段話，這是美國麥肯錫全球研究所一份研究報告的結論，他說在任何一個領域，各家企業(yè)都在做同一件事情：將所有這些技術以利潤最大化的方式結合起來。技術創(chuàng)新所帶來的實際經(jīng)濟效益不會源自那些炫目的想法，至少近期是如此，而是源自于正在趨于成熟的新興技術與存在了數(shù)十年的傳統(tǒng)技術的巧妙結合。我不知道大家同不同意這個看法，現(xiàn)在很多技術說得很好，但是想創(chuàng)造經(jīng)濟效益還是不太容易，這些不太成熟的技術如果能和傳統(tǒng)技術巧妙結合起來，不但能帶來很大的變化，而且還能創(chuàng)造經(jīng)濟效益，這個我是非常贊成的。
　　我想講四個方面的問題，第一個就是重型模鍛擠壓，既然你說要跟它結合，這個重型模鍛是什么呢？第二個就是大功率LENS—金屬3D打印的先進技術。第三是這些技術的結合。第四是我們在蘇州吳江的一個大項目。
　　模鍛和擠壓，始于上世紀30年代，這是幾個鋼管，是我們國家繼美國之后，在世界上第二個能夠垂直擠壓鋼管的國家。模鍛的過程需要一個重要的過程，就是開坯，很多人不清楚什么叫開坯、什么叫制坯，什么叫模鍛，大家只知道模鍛最后一鍛壓出來了。在這個之前要目前開坯，就是把塑性不太好的，成分不夠均勻的鋼壁，通過揉面的辦法使它均勻，如果開坯這個過程，再好的材料也不能得到很好的應用。還有，模鍛一鍛就裂，所以我們搞這個領域的人都知道，開坯是非常重要的。
　　坯完了之后，我們需要去中斷，這個過程是不是可以通過3D打印完全替代呢？我認為是部分替代，不是全部的替代，要全部的替代，可能還需要一段時間，但是如果我們能用現(xiàn)在的高溫高壓的模鍛過程、擠壓過程，很快就可以解決這個問題。所以說，溫度要達到1000度，球應力要達到400—600Mpa這個水平我認為目前的3D打印還做不到，當前我們可以用等靜壓工藝來解決，但是它也達不到像模鍛擠壓這樣的優(yōu)良條件。我們有沒有辦法保留高溫高壓的過程，同時把開坯去掉呢？我認為有的，這就是3D打印。鋼錠—開坯—預鍛—模鍛，前面需要很多裝備，要浪費很多材料，很長的周期，這就是大型裝備不會做的很重要的原因，現(xiàn)在國外這方面的技術對我們是封閉的，你如果不解決這些問題，你的核電站做不出來，大型的裝機就做不出來。所以，根據(jù)我對3D打印的認識，根據(jù)我對模鍛技術的認識，我想我們能不能把這兩者的優(yōu)缺點結合起來，所以就提出來我們要先看看LENS技術怎么用到這個上面來進行補充。
　　LENS技術可以先鋪粉，再燒結，延伸出來很多技術，但是核心還是這兩類。大家注意它的成形的效果，做出來的東西怎么接近它，我請大家注意，LENS技術、SLS/M技術是無偏析技術，即成分均勻，只有成分均勻才能達到高性能，而3D打印是做出成分均勻的好技術，這一點我希望引起同行的重視，我們用粉末來做材料，代替鋼錠，一個粉末就是一個小鋼錠，這個小鋼錠里面談不上偏析了，成分就是均勻的，我們燒結出來的東西在大型鋼錠里面，偏析問題也解決了，所以說開過程大型的變形、很復雜的變形過程可以取代了。所以說，我認為無偏析這個甚至比它的柔性還要重要，另外還有節(jié)材節(jié)能。
剛才我說了用鋼錠的材料消耗率只有20%，所以我們要重視3D打印在這方面的特點，現(xiàn)在我們國家700噸的鋼水能力、600噸的鑄造能力、500噸的鑄鋼能力、400噸的鍛件能力，所以我認為3D打印除了柔性，還有節(jié)材，沒有偏析，這些如果能跟我們的大型模鍛結合起來，將發(fā)揮無比的作用。
　　現(xiàn)在我們就提出來這個想法，LENS這個技術我認為是最有前途做大型、最有前途解決我剛才說的這些問題的技術�，F(xiàn)在經(jīng)過了13年的發(fā)展，可以在重型、大型、各種合金材料，特別是重型和大型都已經(jīng)涉足了，已經(jīng)有很成熟的經(jīng)驗了。
　　這是美國POM公司10噸的3D打印鍛件，現(xiàn)在我們國家王華明教授已經(jīng)做了將近3米的鈦合金鍛件。大功率的復雜噴頭，我們國內好多個實驗室據(jù)我了解，至少有三個實驗室都做了原型，我們也可以做個原型，當然它很麻煩，不過并沒有不可逾越的障礙。這個是POM公司最近的一些照片，這些都是用LENS技術做出來的，這是做的模具，這是模具表面的硬化。我們能不能用LENS技術來做成一沒有偏析的，沒有多少材料加多少水，盡管它也不便宜，但是和幾百噸的鋼錠比起來，它還是便宜的，和那么少的材料利用率比起來，它的設備效益還是很明顯的，我們用LENS技術來做，我們用激光三維技術來做，為什么要把最后的擠壓完全去掉呢？先前擺在那里的擠壓，高溫高壓一次做出來可以達到很高的質量，我們不要把這些全部的一刀齊砍掉，我們要砍掉的是前面。我們還想做小一點的，這個是示意圖，我認為是可以往這個方向去努力。
　　基于這種想法，我們在蘇州市政府、昆山市政府的支持下，在清華大學的支持下，以及很多兄弟單位的支持下，我們做了一個12萬噸的項目，這個項目很特殊，發(fā)揮AM的優(yōu)勢，我們要用增材制造非常穩(wěn)定的高一致性地達到要求，確實經(jīng)濟上不一定合算。能不能把這些不足之處交給模鍛擠壓去完成，這是我們的想法。
　　如何將3D打印與傳統(tǒng)工藝結合起來？我認為這是3D打印發(fā)展方向的問題，任何一個新技術的發(fā)展不能脫離已有的技術孤立地發(fā)展，與原有技術互相補充是基本的發(fā)展理念。3D打印與傳統(tǒng)加工工藝不是取代的關系，而是結合的關系。金屬3D打印應與熱加工相結合，反過來熱加工也要與金屬3D打印相結合。新技術路線之本質在于法卻AM之柔性去完成模鍛最困難的開坯和預成形，大大提高模鍛成形的柔性。
　　我初步估計，用A-D M互相結合的辦法，模具費用可節(jié)省四分之三，材料利用率從5%—15%提高到85%—90%，生產(chǎn)周期縮短三分之二，能源節(jié)省60%，大大提高高端鍛件的可靠性、一致性和精度。我們在昆山要完成的是一臺兩萬噸的量，最近二重完成的八萬噸，這是老一代的壓機，這是面向21世紀的新型壓機，它和原始技術結合起來，我們希望明年年底頭把這個投產(chǎn)，我們希望國內3D打印做LENS的單位結合起來，我們完成真正模鍛所需要的這樣的3D打印設備。我們希望在傳統(tǒng)的6000噸開坯、兩萬噸、12萬噸旁邊補充LENS設備，10—20臺�，F(xiàn)在我們可以做出2—8萬噸主工作油缸，這是承載機架，這是包頭3.6萬噸，這是西安做的4萬噸，這個是昆山的3萬噸。來自中國3D打印技術產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟