3D打印“金”鑰匙、3D打印飛機(jī)盲盒、3D打印“松山虎”……今年一些高校錄取通知書以3D打印產(chǎn)品的形式驚艷亮相,科技感滿滿,深受學(xué)子們喜歡。3D打印也被稱為增材制造,作為新質(zhì)生產(chǎn)力,在為中國制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入新動(dòng)能的同時(shí),也日漸走進(jìn)我們的生活。
這背后催生了一種新職業(yè)——增材制造設(shè)備操作員,即從事增材制造設(shè)備安裝、調(diào)試、維修和保養(yǎng),以及生產(chǎn)操作和運(yùn)行管理的人員。他們?nèi)缤澳Х◣煛币粯樱馨烟祚R行空的想象變成一件件產(chǎn)品,賦予材料新“生命”,并應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、模具、汽車制造,甚至珠寶、藝術(shù)創(chuàng)作等領(lǐng)域。
重慶機(jī)電增材制造有限公司增材制造設(shè)備操作員徐永杰,就是其中一位。
重慶機(jī)電增材制造有限公司,增材制造設(shè)備操作員徐永杰(右)正在進(jìn)行3D打印。受訪單位供圖
萬物皆可打印
能精確到20微米
走進(jìn)重慶機(jī)電增材制造有限公司,偌大的金屬3D打印車間,沒有傳統(tǒng)鑄造車間焊花四濺場(chǎng)景,也沒有隆隆的設(shè)備作業(yè)巨響聲,取而代之的是安靜作業(yè)的3D打印機(jī)、線切割機(jī)和熱處理設(shè)備。
徐永杰緊盯電腦屏,手指輕輕移動(dòng)鼠標(biāo)。打印機(jī)里,一道激光束跳躍著射向平鋪的粉末。伴隨著細(xì)微的“哧哧”聲,根據(jù)預(yù)先設(shè)定的掃描路徑和參數(shù),激光束在粉末里快速擊射。瞬間,就能看到粉末熔融后形成一個(gè)清晰的圖案。
徐永杰正在操作3D打印機(jī)。受訪單位供圖
22歲的徐永杰,學(xué)的3D打印專業(yè),已經(jīng)在該公司工作四年了。
“這是根據(jù)客戶需求設(shè)計(jì)的模型,只需將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至打印機(jī)上,就能打印出產(chǎn)品?!毙煊澜苷f,他正在打印的是流道狀、用于冷卻模具的噴嘴——高219.5毫米、直徑35毫米。打印機(jī)可同時(shí)打印16個(gè),每個(gè)0.3千克重,用時(shí)約72小時(shí)。
徐永杰告訴記者,激光束每熔融一層厚度只有0.05毫米,肉眼根本看不到。激光束總共要來來回回熔融4392層金屬粉末,才能完成整個(gè)產(chǎn)品打印。當(dāng)激光束照射到金屬粉末時(shí),其能量會(huì)使金屬粉末瞬間升溫至熔點(diǎn)以上,從而使粉末顆粒熔化并相互融合。
“通過建模計(jì)算,運(yùn)用激光把金屬粉末堆積成形。與焊接或者用數(shù)控機(jī)床銑削等制造工藝相比,我們做的是‘加法’,所以叫做‘增材制造’?!敝貞c機(jī)電增材制造有限公司副總經(jīng)理段虎明博士表示。
段虎明博士稱,作為交叉學(xué)科,增材制造工程技術(shù)人員既要懂材料、熱處理、機(jī)械加工,還要精通電腦操作,熟悉二維識(shí)圖和三維軟件等。
3D打印產(chǎn)品并不簡(jiǎn)單。徐永杰稱,初學(xué)者最大難點(diǎn)是面對(duì)復(fù)雜的模型,打印出來的產(chǎn)品可能會(huì)出現(xiàn)翹曲,成為次品,“看到三維模型時(shí),先要觀察打印難點(diǎn)在哪,如果鏤空就要在電腦圖案上增加支撐、防止翹邊,有時(shí)還需要憑經(jīng)驗(yàn)修改打印參數(shù)等?!?br />
段虎明博士表示,該公司3D打印可以精確到20微米,從復(fù)雜精密的機(jī)械零件到栩栩如生的產(chǎn)品模型,從夢(mèng)幻般的建筑原型到個(gè)性化的生活用品都能打印,可謂所想即所得、萬物皆可打印。
賦能傳統(tǒng)制造
新材料、高端裝備等應(yīng)用潛力較大
《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志認(rèn)為,3D打印技術(shù)將推動(dòng)第三次工業(yè)革命。
為何這樣說?
3D打印技術(shù)突破了傳統(tǒng)制造技術(shù)對(duì)形狀復(fù)雜性和材料復(fù)雜性的限制,讓高效制造個(gè)性化、定制化、復(fù)雜的工業(yè)零部件成為可能,且3D打印具有時(shí)間短、成本低、產(chǎn)品輕量化等特點(diǎn)。
段虎明博士以某一火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴為例說明。鎳基合金噴嘴,共涉及248個(gè)零件,其中有122個(gè)噴嘴,采用傳統(tǒng)鑄造工藝,工序包括鑄造、焊接和鉆空等,且產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。
如采用傳統(tǒng)生產(chǎn)方式,工人要在銅套管中鉆出上千個(gè)十字孔,并將銅套管固定到122個(gè)噴嘴上,組裝復(fù)雜耗時(shí),裝配質(zhì)量難控制,且其制造時(shí)間為3個(gè)月,產(chǎn)品更新?lián)Q代需半年左右。若采用3D打印,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化,可將248個(gè)零件變?yōu)?個(gè)零件打印,大幅減小壁厚,重量減輕25%,打印時(shí)間最短35小時(shí),產(chǎn)品換代時(shí)間由半年縮短至數(shù)天。
不僅如此,有數(shù)據(jù)顯示,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。
“3D打印在新材料、新能源、高端裝備等領(lǐng)域應(yīng)用潛力較大,是推動(dòng)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要力量?!睒I(yè)內(nèi)人士表示。
近年來,歐美已用3D打印整體火箭、發(fā)動(dòng)機(jī)等產(chǎn)品,帶動(dòng)了新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。我國3D打印設(shè)備產(chǎn)量,近年來保持兩位數(shù)高速增長,今年上半年同比增長51.6%,3D打印產(chǎn)業(yè)集聚態(tài)勢(shì)明顯,已基本形成以環(huán)渤海、長三角、珠三角為核心,以中西部部分地區(qū)為紐帶的產(chǎn)業(yè)空間發(fā)展格局。3D打印產(chǎn)品主要集中在工業(yè)機(jī)械、航天航空、汽車領(lǐng)域,其次為消費(fèi)品/電子、醫(yī)療、科研、政府/軍用以及建筑領(lǐng)域。
人才缺口約800萬人
正加快人員梯級(jí)化培養(yǎng)
運(yùn)動(dòng)鞋、義齒、大型建筑沙盤、3D人像……在重慶機(jī)電增材制造有限公司展廳,擺滿了大大小小的3D打印物件,打印的金屬零件工藝精湛、小巧細(xì)致,動(dòng)物模型栩栩如生。
段虎明博士表示,目前,3D打印在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的滲透率相對(duì)較低,處于起步階段,預(yù)計(jì)未來十年,全球3D打印產(chǎn)業(yè)將處于高速增長期,應(yīng)用深度和廣度持續(xù)擴(kuò)展,從簡(jiǎn)單的概念模型向功能部件直接制造方向發(fā)展。
為搶抓機(jī)遇,該公司正擴(kuò)大3D打印產(chǎn)品規(guī)模,已著手購進(jìn)更多激光打印設(shè)備和引進(jìn)更多增材制造工程技術(shù)人員,屆時(shí)產(chǎn)品打印效率將提高一倍多,產(chǎn)品產(chǎn)能也將翻番。
據(jù)了解,重慶3D打印產(chǎn)業(yè)也發(fā)展迅速。圍繞3D打印設(shè)備生產(chǎn)、材料供應(yīng)、軟件及數(shù)據(jù)服務(wù)的企業(yè),已經(jīng)有幾十家,但普遍存在人才缺口。來自國家制造業(yè)信息化培訓(xùn)中心3D辦數(shù)據(jù)顯示,3D應(yīng)用人才缺口約為800萬人。
值得欣慰的是,隨著人社部將“增材制造工程技術(shù)人員”列為新職業(yè),增材制造工程技術(shù)人員培養(yǎng)呈梯級(jí)化發(fā)展,除了職業(yè)學(xué)校外,現(xiàn)在更多的高校開設(shè)了3D打印專業(yè)。
段虎明博士建議,我國應(yīng)強(qiáng)化戰(zhàn)略人才力量建設(shè),在國家人才培養(yǎng)計(jì)劃中單列3D打印類別,多層次引育3D打印技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才;開設(shè)專業(yè)的學(xué)校應(yīng)該在實(shí)訓(xùn)室建設(shè)、教學(xué)設(shè)備、師資培訓(xùn)方面加大投入,讓學(xué)生在校有技能證可考,讓更多天馬行空的想象變成現(xiàn)實(shí)。
來源:重慶日?qǐng)?bào)
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