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人民日報海外版 | 增材制造工程技術人員:搭積木的“魔術師” 

2024-02-06 15:59
增材制造,又被稱為“3D打印”,廣泛應用于航空航天、汽車、醫(yī)療、建筑、藝術等領域。而進行增材制造的“魔術師”在2022年6月有了正式名稱——“增材制造工程技術人員”。

在大家眼中,他們能變出各種各樣的物件。這一新職業(yè)的日常工作是啥?這些“魔術師”對增材制造的未來有何期待?記者走進位于北京順義的北京三帝科技股份有限公司(以下簡稱“三帝科技”),采訪了公司研發(fā)總監(jiān)陳慶文。
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3D打印砂型。受訪者供圖

所想即所得

走進三帝科技研發(fā)試制車間,一名技術人員緊盯電腦屏。鼠標輕輕移動,屏幕中的不規(guī)則3D模型隨之翻轉(zhuǎn)。
“這是我們根據(jù)客戶需求設計的模型,將相關數(shù)據(jù)傳輸至機器上,就能打印出來?!标悜c文說,更有意思的是,如果是小物件,每次可以批量打印,還能摞起來打,就像用籠屜蒸包子一樣!

37歲的陳慶文來自河北省張家口市,本碩專業(yè)都與機械設計有關。正是看中了增材制造的前景,他選擇深耕這個領域。

增材制造即將數(shù)字三維模型轉(zhuǎn)換為二維,再通過逐層堆積,搭積木般還原成三維實體。3D打印緣何發(fā)展起來?在陳慶文看來,相較傳統(tǒng)制造,3D打印能很好解決復雜結(jié)構(gòu)件的成型問題,真正實現(xiàn)“所想即所得”。

“你瞧這個模型,鏤空的,結(jié)構(gòu)復雜?!闭故炯芘?,陳慶文隨手拿起一件精致模型。“這是用鈦合金做的,強度比鐵塊好,重量還輕了許多?!彼又e例,比如隨形冷卻模具,我們可以造出貼合產(chǎn)品形狀的冷卻水路,讓模具更快、更均勻地冷卻。

往前走,一臺機器正在作業(yè)。透過玻璃視窗,一道激光束跳躍著射向平鋪的粉末,粉末熔融后瞬間凝固。一層完工后,成型缸下降肉眼根本看不出的0.03毫米,再鋪一層粉,激光束繼續(xù)擊射?!斑@臺是激光打印,做的是電子產(chǎn)品外殼?!标悜c文說,看似簡單,技術人員要提前研究并設定工藝參數(shù),包括激光的速率、溫度、路徑等,確保成型產(chǎn)品性能良好,避免出現(xiàn)裂紋、翹曲變形等缺陷。
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陳慶文查看3D打印設備運行情況。人民日報海外版記者 史志鵬 攝

繼續(xù)參觀,一臺用粘結(jié)劑噴射打印的機器映入眼簾。啥是粘結(jié)劑?可以理解為一種特殊“膠水”。基本原理與激光類似:成型缸下降、鋪一層粉后,噴射粘結(jié)劑使粉末固化。此刻看形狀,呈圓形,據(jù)此并不能猜出一會兒亮相的“寶貝”是啥。這或許是3D打印的趣味所在,給不知道物件全貌的人以遐想空間。
“現(xiàn)在用陶瓷材料打一個葉輪?!币幻夹g人員道出答案。有了智能化無人操控平臺,打印進度一目了然:一共330層,目前是220層。在6000多個噴“膠水”的噴孔作用下,再有1小時就“出鍋”了。

與激光打印相比,粘結(jié)劑噴射有獨特優(yōu)勢。第一,效率高、成本低。激光打印是“點掃描”,而粘結(jié)劑是“線掃描”,打印速度更快。第二,粘結(jié)劑適用材料范圍廣,實物可以是砂件,也可以是金屬件、陶瓷件、塑料件等。

優(yōu)勢雖大,快速成型卻非易事,粘結(jié)劑研發(fā)、成型工藝與燒結(jié)工藝調(diào)控是關鍵步驟。每用一種新粉末,都要對既有粘結(jié)劑進行驗證,通過查看粘結(jié)強度、表面質(zhì)量等指標判斷是否匹配。若未達到預期成型效果,就要對粘結(jié)劑進行改良或研發(fā),這需要大量試驗檢測。同時,粘結(jié)劑打印零件往往需要燒結(jié)加固,容易導致收縮變形。陳慶文將這一過程形容為“炒菜”:粘結(jié)劑好比調(diào)料,燒結(jié)工藝恰似火候。調(diào)料放對,火候到位,菜品才能美味。

賦能鑄造 如虎添翼

栩栩如生的動物模型、工藝精湛的鑄造零件、小巧細致的各類模具……車間內(nèi),3D打印的物件隨處可見。

“越來越多人認識到這種制造方式,但實踐中,3D打印在傳統(tǒng)工業(yè)領域的滲透率相對較低,處于起步階段?!标悜c文坦言。

如何將3D打印“接入”其他行業(yè)?很長一段時間,陳慶文和同事們不斷思考并摸索,最終把目光聚焦在鑄造行業(yè)。

為何是鑄造?鑄造是現(xiàn)代制造業(yè)的中堅力量,一輛汽車中有超過15%的零件通過鑄造產(chǎn)生。作為鑄造最基本的工藝,砂型鑄造具有優(yōu)勢,但在傳統(tǒng)工藝下,工廠需要先做木模,然后形成砂模?!爸颇J亲詈臅r、成本較高的工序,特別是復雜零件的成型,對工人技術要求高?,F(xiàn)實中,手工制作復雜零件模具的失敗率高,增加了鑄造廠的生產(chǎn)與運營成本?!标悜c文指出,期間還會產(chǎn)生高耗能、高污染等問題。

3D打印正好對癥下藥?!拔覀冎苯哟蛴∩靶?,省去開模工序,避免了模具設計不合理及修模造成的風險。”陳慶文說,這種“接入”方式并不是取代傳統(tǒng)行業(yè),而是優(yōu)化生產(chǎn)流程,對該行業(yè)賦能。

陳慶文向記者講了欣鑫鑄造的轉(zhuǎn)型故事。欣鑫鑄造原是陜西省咸陽市一家采用傳統(tǒng)砂型鑄造工藝制作有色金屬合金產(chǎn)品的企業(yè)。2021年,欣鑫鑄造引進三帝科技自主開發(fā)的3D打印設備及相關技術,逐步形成綠色、柔性、高端的快速鑄造能力。

起初,陳慶文和團隊時常前往欣鑫鑄造,對工人使用設備、工藝等開展培訓。如今,企業(yè)人才隊伍壯大,各種復雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品都能生產(chǎn),訂單源源不斷,產(chǎn)值、利潤雙雙翻番。更令其驕傲的是,國內(nèi)外一些知名企業(yè)也成了欣鑫鑄造的客戶。

一組數(shù)據(jù)反映變化:同樣是制作新能源車的輕量化車架,傳統(tǒng)方式生產(chǎn)周期40天,若采用3D打印,6天就能交付鋁合金成品鑄件,成本降低30%,砂模精度控制也從±1毫米升至±0.3毫米。

匹配點找到了,就不愁后續(xù)對接。“欣鑫鑄造是一個案例,‘3D打印+鑄造’將使更多傳統(tǒng)鑄造企業(yè)如虎添翼,滿足更多復雜、高端產(chǎn)品的快速交付。”陳慶文說。

打造更多成熟穩(wěn)定、性價比高的產(chǎn)品

在車間,記者發(fā)現(xiàn)有的機器小,有的卻十分龐大。不難理解,大設備打大物件。不少人好奇:3D打印能打多大尺寸的實物?

“理論上,最終產(chǎn)品不受打印機尺寸、體積、重量限制。”陳慶文解釋說,砂型可按照結(jié)構(gòu)和尺寸分片化處理,就像吃面包,把它切成若干片,拼接起來組成“大塊頭”。

2022年6月,增材制造工程技術人員納入新職業(yè)。業(yè)內(nèi)人士表示,職業(yè)分類是開展職業(yè)教育培訓和人才評價的重要基礎性工作,這意味著對從事3D打印技術人員的進一步認可,打通了相關專業(yè)培養(yǎng)的人才出口。

2021年,增材制造工程專業(yè)列入普通高等學校本科專業(yè)目錄,全國多所高校已設置“增材制造工程”本科專業(yè)。去年3月,增材制造工程技術人員國家職業(yè)標準頒布施行;9月,三帝科技聯(lián)合上海交通大學、聊城職業(yè)技術學院發(fā)起成立全國增材制造行業(yè)產(chǎn)教融合共同體,一同培養(yǎng)專業(yè)人才。

“人才無疑是行業(yè)發(fā)展的關鍵因素之一?!标悜c文介紹,公司研發(fā)團隊80余人,來自機械、電氣、材料工程、軟件工程、印刷工程等多個專業(yè)。“現(xiàn)在有了對口專業(yè)和標準,識別人才更方便,能更好補上當前社會中的人才缺口?!?br />
一名優(yōu)秀的增材制造工程技術人員,要懂技術,也要對行業(yè)發(fā)展有清晰認知。近年來,3D打印步入快速成長期。2021年中國增材制造企業(yè)營收約265億元,同比增長31%,高出全球年均增長水平約10%;相關機構(gòu)預測,至2025年,全球增材制造有望產(chǎn)生2000億美元到5000億美元的效益。

陳慶文看好3D打印在制造領域的未來?!拔沂羌夹g出身,希望通過自己和同事們的努力,探索更豐富的應用場景,打造更多成熟穩(wěn)定、性價比高的產(chǎn)品。”陳慶文表示,不僅讓人們覺得有趣,更重要的是,推動3D打印賦能千行百業(yè)、走進千家萬戶,這將是一件特有成就感的事!

來源:人民日報海外版,記者 史志鵬
聲明:本文是 3D打印資源庫網(wǎng) 轉(zhuǎn)載文章,內(nèi)容為作者獨立觀點,不代表3D打印資源庫立場,轉(zhuǎn)載請联系原作者。如對文章有異議或投訴,請联系kefu@3dzyk.cn。
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