世界多国纷纷将3D打印作为未来产业发展新的增长点加以培育。早在2012年,美国就将“增材制造技术”确定为首个制造业创新中心(后更名为“美国制造”),欧盟、韩国、日本、新加坡、俄罗斯等国也通过各种措施促进3D打印产业向前发展。

从3D打印兴起开始,我国先后颁布了多项政策支持3D打印产业的发展。在政策的支持下,3D打印企业如雨后春笋般纷纷涌现,并快速成长,北京、广东、浙江、陕西等地3D打印产业发展也进展显著。据统计,仅广东省从事3D打印业务的企业就超过400家,拥有多个3D打印产业园。
随着3D打印的火热发展,数控机床等传统的减材制造方式是否会被取代也成为了社会各界人士热议的话题。近几年,我国数控机床的技术正逐日提升,与3D打印各自找到了落地的场景。一般来说,数控机床需要通过事先编好程序,通过不断地切削来实现物体的成型。而3D打印机的工作原理和数控机床类似,同样依据计算机指令工作,所不同的是它是通过层层堆积原材料制造产品。所以3D打印也称“增材制造”。
3D打印与传统制造业的显著区别在于产品成型的过程上。在传统的制造业,整个制造流程一般需要经过开模具、切割、铸造或锻造、部件组装等过程成型。3D打印则免去了复杂的过程,无需模具、一次成型。因此,3D打印可以克服一些传统制造上无法达成的设计,制作出更复杂的结构。
反过来看,数控机床是计算机数字控制(CNC)的一种类型,它可以加工复杂、精密、各式各样的零件。一般而言,数控机床利用计算机指定的程序,通过削、铣等步骤剔除多余材料,来达到最终产品,属于典型的减材制造。
一方面,传统制造业以“全球采购、分工协作”为主要特征,产品的不同部件往往在不同的地方进行生产,然后再运到同一地方进行组装。而3D打印则是“整体制造、一次成型”,省去了物流环节,节约了成本和时间。
另一方面,传统制造业以生产线为核心、以工厂为主要载体,生产设备高度集中。而3D打印则体现了以云计算、大数据、物联网、移动互联网为代表的新一代信息技术与制造业的融合。
机床作为传统制造业发展的一大产物,与新一代3D打印制造方式大有不同。机床是制造业的母机,如果3D打印技术能融入机床领域,无疑是如虎添翼。两者结合不仅使生产制造效率提高,而且可以完成许多制造难题。
机床中的专用机床,能够根据客户要求而定制功能,但功能不够强大、丰富,可能还未达到随心所欲地设计制造。但若随着3D打印的引入,机床产品在普及与应用度上均可能实现大大提升。
据了解,3D打印技术在目前我国工业零部件制造方面已经得到一定应用,但尚未进入大规模工业应用,其工艺与装备,以及在医疗、航空航天等领域的应用都有待进一步开拓。就目前的形势来看,3D打印技术并不具备取代传统制造业的条件。在大批量制造等方面,以机床制造为体现的高效低成本的传统减材制造法更胜一筹。

当然,随着对金属增材制造的重视,越来越多的传统机床制造领域的设备厂商纷纷进入到增材制造领域,有的推出基于数控加工中心的混合式增材制造设备,有的干脆直接进入全新的增材制造领域。例如,日本马扎克。马扎克推出了Integrex i-400am(增材制造)的复合加工设备。Integrex i-400am是成套设备,比较适合于小批量生产的加工材料,如航空航天零部件耐热合金的加工,零部件的高硬度材料的加工。
减材制造与增长制造方式长期并存,是一个可以遇见的趋势。不过,未来,这一状况可能发生改变。不论如何,能够实现产品精细化、自动化、高效化制造的方式,将有望得到多元化应用。
钳工出身的3D“智造”大师
20多年前,覃懋华刚开始工作时,手里握的是锉刀、錾子、榔头。他没想到,自己有一天会成为一名和现代化技术打交道的“智造”大师。“广西劳动模范”“2020年全国先进工作者”“全国劳动模范”……如今,覃懋华致力于3D快速制造领域,不断攻克各项技术难关。
覃懋华高中就读于广西柳州高级技工学校模具钳工专业。1999年,他毕业后被分配到玉柴,成为一名模具钳工。虽然掌握了基础知识,但他的实践经验不足,上岗后连装配和零件图纸都看得比较吃力。为了快速上手,他每天跟着车间技术员,在旁边仔细观察如何画图;半年后,他不仅学会了看图和制图,而且能够熟练完成各项任务,逐渐学会了独家绝活“三精一法”:具有国际标准的精密测量、精密测试、精确钻孔。
在3D打印技术“东风”的吹拂下,不少制造企业纷纷涉足3D打印领域。玉柴提出运用3D快速制造技术助推生产效率,引入3D激光成型机。当时在整个行业中,这是一项全新的挑战,几乎没有成功的经验可以借鉴。于是,覃懋华一头扎进这一领域,开始放手尝试。面对这台宝贵的机器,覃懋华带领班组成员从机器说明书看起,看不懂的地方就去问厂家技术人员,逐渐了解了设备的使用性能。真正将3D设备投入使用时,又是困难重重。当时,激光成型设备在输送粉料时不稳定,导致最终成型的零件表面十分粗糙。为了弥补这一缺陷,覃懋华与成员一起,设计了滚动压平装置,保障了粉料表面的平整度。一次次尝试,终于在三四个月后利用3D打印技术制造出了MG100柴油机机体,在国内占据了领先地位。为了更加快速和精准地制造零件,覃懋华与同事大量查阅3D技术的资料,反复试验研究,于2012年成功掌握了3D减材制造技术。原本做一套模具需要花费几个月,成本是几百万,现在只需要五六万就能在10多天内完成。
几年时间内,覃懋华团队利用先进设备,开发出发动机缸盖、气道等不同型号和类别的铸件300多件,为企业节省模具开发等费用约4000万元。
创新驱动壮大增材制造产业
走进安徽省芜湖市繁昌区春谷3D打印智能装备产业技术研究院展厅,倒立的法国埃菲尔铁塔模型悬挂在天花板上,引来不少观众驻足围观。展柜内,尼龙、树脂、陶泥、金属等各种类型和材料的3D打印产品琳琅满目。
“这就是3D打印所采用的材料。”工作人员介绍,玻璃样品瓶内,盛放着五颜六色的粉末。其中,超音速3D打印材料——碳化钨、碳化铬镍复合粉末,适用于碳化物类耐磨涂层的打印,其最高使用温度可达700℃。目前,这种超音速火焰喷涂技术已广泛应用在碳化物类耐磨涂层的制备中,成为制造大国重器的关键所在。
芜湖市繁昌区,曾遍布水泥建材、冶金铸造等传统企业。近年来,随着新兴产业崭露头角,繁昌区逐步告别挖石头、吃资源饭的老路。3D打印正是其中的代表产业。
3D打印技术又称增材制造技术,是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可黏合材料,逐点逐层累积叠加形成三维实体的新技术,对传统的工业流程、生产线、生产模式、产业链组合正在产生深刻影响,已成为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力之一。
2013年4月份,繁昌区通过招商引资引入第一家3D打印企业芜湖瀚博电子科技有限公司落户。经过10年发展,该区春谷3D打印智能装备产业园已聚集60多家3D打印企业,成为华东地区最大的增材制造产业集聚区,正向全国产业链最齐全的增材制造产业园区迈进。
为了推动3D打印产业发展,繁昌区成立增材制造产业发展领导小组,委托工信部赛迪研究院编制繁昌增材制造产业发展规划,坚持高位谋划、顶格推进。出台《关于3D打印产业集聚基地发展若干政策规定》等一揽子扶持政策,围绕厂房和人才公寓租赁、设备购置、上市奖励、产学研合作等方面,建立全方位政策扶持体系。每年设立5000万元3D打印产业专项资金,对携带科技成果落户的企业,给予人才、场地、研发等方面支持。同时,成立股权投资平台,对发展中的增材制造企业给予资本支持,区建投公司及下属企业累计向20家增材制造企业投资达3.89亿元。
繁昌区还聚焦激光与增材制造产业全产业链发展,成立增材制造与激光产业招商链,引进强链、补链企业,推进产业链不断向高端延伸。积极开展“双招双引”暨项目建设攻坚活动,聚焦产业链重点项目,健全完善常态化项目推进机制,着力破解项目建设中的“堵点”“痛点”问题,全力以赴实现一批项目早竣工、早达产、早见效。
共享智能铸造产业创新中心(安徽)有限公司2020年落户繁昌区,致力于3D打印智能铸造。初来乍到,在人才引进上遇到了难题。抱着试试看的想法,该公司副总经理常永慧在繁昌区委书记瞿辉带队上门办公时提出了这个问题。第二天,繁昌区人才发展集团就带着方案主动上门,帮助企业参加多场招聘会,还专门为企业与安徽工程大学“牵线搭桥”,今年又新招进8名毕业生。“繁昌是来对了,这里是真‘迎商’。”常永慧告诉记者,一流的营商环境,让公司总部决定再投资5亿元在繁昌建设二期工厂,今年7月投产以来,月产值达2000万元。
目前,繁昌区3D打印产业不断发展壮大,规模以上企业已达19家,累计获批高新技术企业33家,获批省、市专精特新企业7家,获得专利700多件。