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極光創新:探討3D打印行業發展面臨的主要問題

發表時間:2021-11-12?????責任編輯:極光創新

  增材制造產業在國家政策的大力支持下,發展迅速。在3D打印材料及裝備、增材制造工藝及裝備以及增材制造產業與傳統制造相結合協同發展方面,國內均取得了較大的突破。但是與歐美發達國家相比,中國增材制造產業仍處于發展的起步階段,面臨著諸多的問題及挑戰。

  1. 關鍵原材料依賴進口

  增材制造原料國內雖有一定研究基礎,但批次穩定性差,應用有限,大部分尚需依賴進口。目前,增材制造專用原料,特別是軍用特種金屬或陶瓷原料全部來自進口。以美國為首的西方國家經調查發現我國將這些原料用于軍事領域后,馬上聯合歐洲相關公 司停止了向我國出口高質量的增材制造專用原料。國內自主開發的制粉裝備技術落后,價格高昂(上千萬元)、交期長(2年以上),不能滿足3D打印粉體材料的大規模批產。為了滿足我國增材制造在重大領域的研制與生產任務,國內只能以民用的名義進行小批量的采購,采購周期長、途徑不穩定,一次采購量受到限制且材料品種單一,未來采購也具有很大隱患,嚴重影響重大領域的型號攻關任務。據報道,國內某航空配套企業為XX型飛機配套操作桿系統,由于進口粉末受阻導致型號開發延誤,因此開發國產自制的球形金屬粉末尤為迫切。開展高質量、低成本增材制造專用原料研制才能實現增材制造成形技術關鍵原料的完全自主保障,打破受制于人的局面。

  2. 缺乏系統性應用研究

  大量關鍵異型構件因受傳統制造工藝、裝配等制約,迫切需要采用增材制造成形技術進行制造。設備方面,國內成熟的工業級激光3D打印裝備,一方面成形尺寸小于800mm,很難滿足大尺寸零件的制造需求;另一方面還存在成形工藝少、成形效率低、應用成本高等問題;工藝方面,增材制造工藝嚴格受到國外“閉源”控制,材料與裝備采取捆綁式銷售的方式;由于增材制造,特別是激光增材制造成形材料及結構的組織、缺陷有其特殊性,常見的氣孔、未熔合、裂紋等缺陷的尺寸僅為微米量級,采用常規的方法較難檢測;另外,增材制造成形制件的組織特征及缺陷的類型、分布、尺寸等對綜合力學性能影響的研究和評價還缺乏系統性應用研究,這些問題嚴重制約了增材制造成形技術的應用。

  3. 缺乏匹配的熱處理技術及裝備

  金屬增材制造構件后續熱處理被重視程度不高,基礎性研究幾乎沒有。關鍵構件能否從根本上得到改性,很大程度上取決于熱處理技術及裝備。國內企業從來都是“重冷輕熱”,在傳統工藝上對熱處理的研究就不夠透徹,更不用說針對增材制造構件設計專用的熱處理制度。國內增材制造企業迫切需要開展關乎組織性能調控的增材制造后處理制度及設備標準化建設工作,特別是后續熱等靜壓、開模鍛造等致密化處理以及后續熱處理工藝,從根本上解決增材制造構件“力學性能達到鑄件水平,而達不到鍛件水平”和“高溫持久性能達到鍛件要求、而達不到鑄件要求”的尷尬局面。

  4. 尚未形成全面的行業標準

  繼2002年美國汽車工程師協會發布鈦合金標準《退火Ti-6Al-4V鈦合金激光沉積產品》以來,美國已經陸續頒布了幾十項增材制造相關標準。這些標準幾乎涵蓋了粉末、打印工藝以及后處理的增材制造全產業鏈涉及的范圍。反觀國內,關于增材制造工藝過程中構件組織形貌的表征、控制和認證的依據和標準仍為空白,構件往往只能通過尺寸精度、致密度、力學性能等宏觀因素考察打印效果,缺乏微觀組織的驗證標準。另外,增材制造構件需要進行后續熱處理改善綜合性能已是行業共識,而目前所有針對增材制造構件的熱處理制度依舊是沿用傳統鑄件或鍛件標準,根本無法完全適用于增材制造工藝,致使該技術的大范圍推廣應用受到限制,沒有體現該技術的產品優勢、技術優勢和市場優勢。

  5. 創新平臺協同發展較弱

  早在五年前,美國政府組織100余家單位、研究機構聯合成立了“國家增材制造創新中心”。反觀國內,目前尚未建立有效的國家層面的增材制造產業創新平臺。大型企業、高等院校和科研院所各自為戰,產業鏈過于集中在中游(打印設備研發),研發主體單打獨斗未能形成合力的態勢,不利于增材制造產業鏈的整體發展,亟待整合全國增材制造研發—生產—應用的產業鏈資源,實現一體化的規模發展。

  6. 專業人才匱乏

  目前,國內高等院校、職工技校等單位均未設置增材制造專業與相關學科,僅設立了科普性質的“興趣課”或實習。專業化人才缺乏,科研力量薄弱。人員結構欠合理,綜合性人才的缺乏是影響增材制造產業發展的重要因素。中國增材制造領域人才總 量不足,高端人才和專業人才偏少,學歷、技術職稱層次不高,與發達國家之間存在較大差距。


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