王华明油画家 国家技术发明一等奖王华明及3D打印

OFweek3D打印网讯:国家科技部7日正式公布了2014年度国家科学技术奖初评结果,初评通过的51项国家自然科学奖项目、54项国家技术发明奖通用项目,以及152项国家科学技术进步奖通用项目。与去年相比,本年度有众多上市公司入围榜单,占比超过20%。

值得关注的是,我国科技界一年一度最高级别盛会"国家科技奖励大会"一般于临近年底举行。在创新驱动推进转型升级的大方向之下,国家科技奖的关注度不断升温,甚至在互动平台上已有投资者询问上市公司获奖情况。而在机构投资者眼中,获奖技术和项目对上市公司所在产业的变革推动作用则是最为重要的。

不仅是普通投资者,一些机构亦对科技奖评选高度关注,不过,其关注重点更多地落在技术本身对行业与产品升级所带来的推动方面。

"这个要具体分析公司获奖技术和项目对所在产业的变革推动作用,如去年的3D打印技术。不过,由于很多项目都是工程性和基础性的研究,不能指望这些获奖项目短期内直接带动公司业绩。"一位机构人士对笔者说。

回溯2012年1月,北京航空航天大学王华明教授的"飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术"获得国家科技发明一等奖,带动资本市场对3D打印技术的关注度进一步升温。

从今年的情况来看,又有逾30家上市公司所参与项目通过了科学技术进步奖通用项目初评,占该奖项所有通过初评项目比重逾20%,涉及轻工、金属材料等众多领域。

多位分析师表示,"中国此前单纯依靠投资拉动的增长方式已经到头了,创新与转型大势所趋,未来都在这里,高层对创新驱动一定会越来越重视,创业板去年走出一波牛市,也是这个大背景。"

国家技术发明一等奖获得者王华明谈3D打印

首先,为什么3D打印这么热?3D打印出现很多年了,应该说快30年了,最近热起来是因为奥巴马3月9号宣布了重振美国制造业计划,在美国成立一个制造创新的网络。这个网络主要由15个制造创新的研究院组成,每一个研究院主要是致力于具有广阔应用价值的前沿新技术的研发、示范、人才培训等推向制造业并产品应用,提供就业机会,提升美国在制造业的全球竞争力和领导地位。

这是目标。当天就责成美国国防部等五个联邦部门去选择一种技术,先成立一个连办研究所,大概是在4月17号就选择了第一个技术,3D打印,今年8月16号成立了国家增材制造创新研究院,这是创新网络的第一个研究院,这个研究院政府投资3000万美元,企业投资4500万美元,主要由联邦政府负责管理和组建,是一个产学研结合的机构。

我想为什么大概从5月份开始,增材制造就开始热起来的原因。

第二个,说一下到底什么是增材,增材制造或者是3D打印。这是传统的细胞膜,大家做零件的话,先有一个毛坯,然后制造零件,当然这个利润率比较低,这是一个传统的方法,但是不是说我们要取代它。增材制造就是往上面添加材料,更形象的就是高等数学里面的定积分。

增材制造从分类上来说,是两大类,一类就是原型制造,快速成型,成型出来一个模样,再把它翻成一个金属零件,这个零件从80年代中期开始,现在扩展到更多领域。另外一个是做高性能的金属零件直接制造,这个从90年代初开始,难度比较大。

原型子早主要是做树脂、石蜡、纸等原型件,这个件可以用,也可以再翻成别的零件。主要用途还是在新产品的快速设计,在这个阶段对设计的优化、商业宣传、产品的评估等做快速准备,效果是反映在新产品的研发成本和生产准备的成本,以及新产品研发周期。

这种快速原型制造的方法,应该说这是大家都知道的3D打印,这应该是1986年MIT发明的方法,叫3D打印。基本工艺包括光敏树脂化等等很多方法,3D打印就是这么回事,用喷墨打印机把胶水打出来,一烤干,建一个厚度,铺一层粉末,如何打印就可以反复打一个东西出来,这是铺纸工艺,这里就不讲了,刚才颜教授介绍了这个造型,清华大学做得非常好。然后,这个就是选择性激光烧结,3D打印完全被它取代,它的精度是比较高的。

第二类,就是高性能金属构建的直接制造,这个事情发展相对比较万,上世纪90年代。用的手段是一样的,主要用高功率的激光束或者是高功率的电子束对粉末丝材进行熔化,往上堆积,应该说这是它的一个主要方法。到现在为止,可能大家见到的都是做小的居多,做大的难度还会非常大,后面我还会讲讲个人观点,这可能是增材制造发展的方向,也是一个难点。

这是国外做的一些情况,关于在金属零件这块做得很多,要做到这个程度难度非常大,这个也可以看出来,表面并不是能达到真正的精度。像这个虽然说表面很光,但是离传统的加工还有很大的差别。这是密歇根大学做的梯度材料,这是热缩冷展的结构,这是所谓空心的结构。

下面我就讲一下我认为真正的方向,就是高性能难加工的金属大型复杂构建激光直接制造,我觉得这可能也是一个方向。这个方向刚才讲了,就是用高功率的激光或者是高功率的电子束对材料进行熔化,展现出一个毛坯。当然,它有很多优势,从典型的数字化技术得到一个成型的零件,而这些零件用传统的方法做很困难,例如这么一个零件,用传统方法做,从铸锭到制坯到模具非常困难。

用增材制造方法做有很多好处,组织很细,力学性能很好,可以实现多材料去做。

制造技术上有很多优势,不再需要模具、不再需要工装等等,有很多优点。从这个意义上来说,我觉得确实是一种数字化的带有变革性的,短流程、低成本的数字化制造技术。这种技术是一个发展方向,我觉得它也是增材制造的发展方向。到现在为止像钛合金这种技术还没有取得突破,难在哪个?热应力太大,凝固会收缩,体积收缩就带来非常大的应力。最终结果就是热应力太大,要做大零件就非常困难。