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王华明：3D打印从快速成形到直接产品制造
北京航空航天大学教授王华明
　　和讯网消息 12月9-10日，以“全球经济复苏与制造业转型”为主题的第六届亚洲制造业论坛年会在北京举行，制造业的专家、企业巨头共聚一堂，共商经济低迷时期的制造业发展趋势。在“3D打印技术专题”环节，北京航空航天大学教授王华明做了主题演讲。
　　以下是部分文字实录：
　　王华明：我就讲一下增材制造3D打印“从快速成形到直接产品制造”。我来自北京航空航天大学，我这里科普一下为什么现在3D打印这么热，因为媒体都很关心这个事情，简单介绍一下3D打印是什么，然后我介绍一下金属零件的增材制造。
　　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3月9号宣布了重振制造业计划，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。
　　第二个难题是冶金过程复杂，焊接过程是很难控制的过程，所以带来的结果是力学性能不行，性能不行的结果就是关键构建没办法用。这是美国人做的结果，激光成型在锻压，疲劳性会差一些，2002年大概做过试验，现在就不再做了。我认为一个是变形、一个性能、一个是装备，还有一个是标准，这是非常重要的。这是美国的增材学会主办的增材制造的研讨会，我们看它的主题激光修复，只能做小的，国际上的方向是做表面工程。
　　下面，我就简单说一下我们大概是这样，干了快20年，走出了实质性的一步，包括从工艺到装备到标准走出了第一步，现在在飞机上有所应用。我们做出来了这样的装备我觉得是非常大的，可能有7、8米，尺寸做到4×3×2米的尺寸，我们具备这种能力，然后就是标准，我觉得这是非常重要的，经过20年，大概积累下一个初步的标准。应用我们大概也很庆幸，就是C919的机头的主风挡窗框就是这样一个情况，四个框，一个框50万，200万元的模具，我们采用了这个技术，大概不到55天，做出来四个框，成本就不用说了，太低了。2010年还出了这么一段，这是机翼和机身连接的部位，这边是一个翅膀，这是机身，大家看一下这个是非常大的，这是前面的零件、后面的零件，四个零件是采用激光去做，激光做有很多的优势。这边是采用锻件、这边是采用增材制造，确实它的优势太明显了，锻件可能是1600公斤，激光是1300公斤，我们已具备这种能力做出这么大的钛合金构建，恐怕这是其他方面做不出来的。
　　下面就简单说一下增材制造的个人观点，就是它前景的一个评价，我认为这种技术确实带有一种变革性的，短流程、低成本、数字化，高性能的制备构建制造一体化的技术。对构建的制造是重要的，尤其是这种技术一部分高性能难加工构建技术的革命。
　　我觉得它的潜力应该是很大的，我用的词不合适，我觉得它是一匹千里马，增材制造和传统制造的关系下面可以讨论，就像昨天耿总说的一句话，没有合作，没有竞争，增材制造和传统制造也是一样，每一种技术都有各自的优势，并不是取代传统制造技术，但是有很多确实趋势很有用武之地。根据颜教授说到2010年增材制造的产值大概十几亿美元，国内两个亿，间接说明它的作用有待发挥。现在更多的说到第三次工业革命，我觉得第一，它绝不是划等号，至多是作为第三次工业革命的元素或者是组成部分，其实第三次工业革命已经在发生，我觉得增材制造需要提前、需要创新，也需要理性。
　　这是最后调侃一下，可能以后飞机发动机也就是这样做出来的，也许这就是所谓的第三次工业革命当中的一个符号。谢谢！
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发信息，认准云同盟加入云同盟，让我们生活更轻松！搜索长三角模具制造产业现状与发展趋势自20世纪90年代至今，中国模具工业突飞猛进地发展，模具产值平均增幅达18%左右，在数量发展的同时，模具的技术水平也有很大的提升，即使这样的发展速度仍满足不了市场的需求。长三角的模具市场在中国占有约四成份额，具有举足轻重的地位。随着长三角经济的快速发展，长三角的模具市场越来越被国内外各方人士看好，前途光辉灿烂。一、长三角地区模具制造业发展现状长三角模具业发源于上海。从20世纪40年代开始，上海模具一直列全国之首。到20世纪80年代后期，随着改革开放政策的不断深入，国家有关部门对模具工业的重视和支持，加上模具行业协会等社会组织的宣传和促进，浙江省内一些地方政府开始将模具工业作为当地的支柱产业加以支持和扶植。如余姚市政府出台了〔2005〕47号文，在8款25条中，对模具的技术提升、标准化、信息化、核心竞争力、改变产品结构、购买机床设备等方面都有具体的优惠政策。使浙江的模具工业得到更为迅速的发展，模具市场规模在全国名列前矛。浙江省模具工业主要集中在宁波市和台州市，这两个地区共有模具生产厂点4000多个，其中专业模具生产企业2000多家，从业人员10多万人，模具产值200多亿元。宁波市的余姚、宁海、慈溪及鄞州主要生产塑料模，北仑以压铸模为主，象山和舟山以铸造模和冲压模具为主。宁波市模具总产值已超过140亿元。台州市主要模具生产企业集中在黄岩和路桥。塑料模具占大多数，模具总产值已超过80亿元。黄岩模具作为浙江地方特产，曾在美国匹茨堡举办的第17届发明展会上发布推广过。金华、温州、杭州、绍兴、嘉兴等地也有一定的实力。金华和温州的模具以自产自用为主，具有明显的特色。其他如杭州的中小型精密模具和绍兴的三角带橡胶模具等都有较高水平。嘉兴的模具皮纹加工等及导向件生产比较着名。浙江模具工业6大特点1、模具生产企业几乎都是民营企业，机制灵活、发展迅速；2、模具企业相对集中、已形成规模较大的模具市场，能发挥集体优势；3、模具在满足不同层次需求的同时，高水平的模具在快速发展；4、经过多次创业，已涌现出一批高素质的骨干重点企业；5、已自然形成专业化分工，主要企业特色明显；6、对当地相关产业的发展起到了十分明显的拉动作用。据国际模协秘书长罗百辉考察，以宁波和台州为代表的浙江模具工业近年来一直以每年15～20%的速度发展，高于全国发展总水平。宁海模具城占地1500亩、规划投资5亿元，已有150家企业入城，2007年销售已达10亿元。模具钢和模具标准件交易等中心和相关的物业管理设施使模具城迅速形成，并成为有一定规模的生产基地。北伦是我国压铸模具生产最为集中的地方，占地100亩的模具城将分为模具设计培训功能区、模具热处理中心区、模具精密制造区、国内外重点企业落户区等四大功能区域，将模具制造企业、配套辅助企业和研究开发机构等集中于模具城内相互协作，形成以压铸模为特色的生产基地。黄岩模具市场自发形成有20多年历史、大部聚集在西城一带，占地面积已达3000亩地。模具区内已形成功能齐全的社会协作网络，从设计、制造、装配、调试、检测和原材料及标准件供应等，都有专业化程度较高的企业在操作。路桥模塑园区首期规划用地845亩，投资1.8亿元，可年产塑料模550套、塑料制品4000吨。黄岩和路桥连成一片，将形成规模更大的模具集聚区。浙江其他地区如萧山、温州、金华、永康等地也在构建模具园区。模具发展也形成了专业化分工，如黄岩、宁波地区有模具设计公司、模具型腔加工公司、模具材料、模具标准件公司和电加工、抛光、装饰皮纹加工、检测、热处理等专业协作加工点。因此浙江省的模具制造周期短、成本低、模具产品在国内外模具市场中具有很强的竞争力。模具的发展拉动了浙江有关产业的发展，效果显着，如宁波和台州的塑料制品、汽车摩托车配件、家用电器等产品产值已超800亿元，对当地经济发展起到了很大作用。江苏模具6大特点：1、模具发展迅猛，装备水平和模具水平有很大提高。2、模具不断地优化，大型、精密、复杂模具所占比重明显提高。3、模具标准化、商品化、专业化进程加快，推动了模具发展。4、企业数字化、信息化技术得到重视，研发周期明显缩短。5、企业自主创新得到重视，品牌模具正逐步形成。6、具有集聚效应的模具城发展势头强劲。江苏省的模具发展历史稍后于浙江省，民营模具企业比浙江省相对少些。但江苏模具无论从品种上、规模上、水平上都处在全国的前列。江苏省的模具主要集中在苏、锡、常一带，及南京市、江阴、镇江、徐州、扬州等地也有一定力量。江苏省的精密冲压模具在全国占有很重要的地位，注塑模具、铸造模具和汽车覆盖件模具在国内也占重要的地位。苏州、无锡等地电子信息产业迅猛发展，形成了手机、照相机、笔记本电脑、液晶电视机等IT业模具产业，集成电路引线框架模具，以及集成电路塑封模具等精密复杂模具产业。南京长江、无锡的国盛、微研、昆山的鸿准、华富等企业生产的电子元件产品的精密级进模，苏州兰佩铸造、远轻模具等企业主要生产汽车发动机及轮毂等部件压铸模和铸造模，常州华威亚克企业生产的家电精密注塑模，南京南汽模具、江阴万奇企业、苏州汇众生产的汽车覆盖件模具，沙家浜的玻璃模具闻名遐迩，武进轮胎模具众多，昆山的大型模架，镇江船山精密模具标准件远销全国各地。目前江苏省有各类模具企业2000余家，模具年产值100多亿元，2007年出口模具1.92亿美元比亿美元增加了45.5%，模具产业成为该省的新兴工业之一。日本、韩国、新加坡、法国、荷兰、美国及我国台湾、香港地区的独资、合资企业很多，民营模具企业也不少。模具城的出现和发展，也是江浙两省模具工业发展的特征。余姚率先建设模具城，现开发面积达到1.2km2，总投资10.8亿元，500余家企业进驻。2007年销售额已达到20亿元。模具城内享有一些优惠政策，并搭建了检测中心、信息中心、交易中心、培训中心等配套平台，适应小批量、多样化的市场需求，加上配套的物流支持及明显的价格优势，具有较大的竞争力。江苏省模具实验区于1998年在昆山建成，现进驻企业500余家，年产值40多亿元，已建成集模具制造、模具标准件、材料、设备、教育培训、配套服务等比较完善的产业体系，形成了模具技术研究开发、成果转换、产业化为一体的高新技术示范基地。在昆山还有仕泰隆机械模具城，她将是一个以机械模具为核心的配套产业的交易平台。还有一个昆山国际模具城，正在建设中。在苏州浒关工业园成立了苏州高新国际模具城，首期开发27.2ha，二期开发106.7ha，规划成立模具材料交易中心，设备演示中心、设计中心、信息中心、检测中心、热处理中心、制造中心和人才培训中心等8大中心。在常州武进高新区成立了江苏长三角模具城，投资2.5亿元，占地面积10ha，重点建设“五大服务中心”。在淮安已在建设仕泰隆模具城，这将在苏北大地形成一个新的模具生产基地。上海模具6大特点：1、民营和三资企业成为上海模具工业的主力军。上海模具工业有深厚的基础，现有一定规模以上的模具企业3000余家，从业人员10万余人，2007年产值已超过180亿元，企业性质结构大致是：国有企业6%、民营企业56%、三资企业38%。2、高新技术软件广泛应用，企业发展战略成熟。由于世界500强公司有90%已在上海设立了全球采购中心或分公司，再加上上海原有的强大经济基础，所以使上海模具工业具有强大的模具设计、制造能力，高新技术得到广泛应用，模具企业的市场竞争力较强。上海模具企业使用着各种代表世界先进水平的计算机模具软件。如Catia、UG、Pro/E、Cimatron、Delcam、Moldflow、AutoCAD等，许多企业也应用了CAD/CAE/CAM一体化技术、三维设计技术、ERP、PDM、MIS及INTERMET平台等信息管理技术以及高速加工、快速成型技术、逆向工程、热流道技术、敏捷制造、仿真和网络技术等高新技术，不少企业提出了“生产专业化、产品品牌化、企业现代化、市场国际化”的企业发展战略。3、各种先进的工业设备，满足上海模具工业发展的需要。由于国际上大批知名的设备供应商齐聚上海，为上海模具工业的腾飞提供高效率、高质量的加工设备，如美国的摩尔座标磨床、辛辛那提的龙门加工中心；德国的DMG公司的各类精密设备；瑞士的阿奇夏米尔公司的电加工机床；瑞典的精密定位基准系统；意大利的蓝苞蒂机床；日本的牧野、森精机、三菱、沙迪克、大隈等公司的精密设备。目前上海已拥有500多台五轴高速铣。4、建立了强大的模具人才培训基地和人才培训机制。上海除10多所高等院校有模具专业，每年可培训出1000多名模具本科、硕士、博士外，还有20多所培训学校或中心，上海在劳动局内还有一个投资8000多万元的现代模具实训室。5、上海汽车模具发展迅猛，走在国内同行前列。现有70余家在国内有影响力的汽车模具企业，生产冲压、塑料、压铸模具，包括覆盖件、仪表盘、内饰件、车灯、发动机缸体、变速箱等汽车零配件。上海还拥有几十条大型冲压流水线，在一般汽车模具企业都有龙门数控铣床、五轴数控铣床、高速数控铣床、龙门三座标测量机、三维五轴激光切割机等高精设备。6、上海率先推行规范、标准，形成了较好的模具市场竞争秩序。如“模具价格表”、“模具行业合同文本”、“上海模具行约行规”、“上海模具行业诚信体系”、“塑料注射模标准模架”、“塑料注射模标准模架附加机构”、“上海模具制造工标准”、“上海模具中级工教材”、“上海模具高级工教材”。现正在制定“上海模具设计师标准”、“上海电切削工标准”、“上海模具技师、高级技师教材”、“压铸模标准模架”、“塑料模、冲压模、压铸模验收标准”。上述一些标准代表了目前国内最高水平模具的一种标准。综上所述，长三角地区与其他区域相比，拥有三大优势：1、长三角拥有先进的模具研发、设计、工艺、制造能力。2、长三角拥有良好的配套环境和巨大的模具市场。3、长三角拥有强大的模具人才培育机构。二、长三角地区模具制造业发展趋势近年来，中国经济持续高速增长，机械、建材、家电、办公设备、电子通讯、仪器仪表等行业发展很快，特别是汽车工业和电子信息产业的高速增长，另一方面，伴随着工业发达国家模具制造业向中国转移的加强，客观上带动了中国模具市场容量的迅速扩大，基于此，国际模协秘书长罗百辉预测长三角地区模具工业未来发展速度将高于全国的平均水平，预计达到年均20%以上的速度。十二五期间，珠三角地区是中国模具市场发展较快的地区，但现在各方面显示，长三角地区发展已经快于珠三角地区，这种势头将贯穿于十二五期间或更长时间。据有关资料报道，长三角是我国综合实力最强的区域，经济规模占全国经济的22%左右，而珠三角则为10%。国务院常务会议上也提出，要加快长三角一体化，意在通过空间结构的调整，带动产业结构的调整，江浙沪3省目前都尚处经济转型期，仅凭一省之力、一地之力无法解决所面临的各种挑战，必须充分利用长三角区域经济合作的优势，充分利用三地之间客观存在的资源结构的互补性，形成产业分工，加快长三角经济的融合。中央的决策、市场的需求，都给长三角地区模具发展又一次提供了巨大的空间。为了提高装备水平和发展能力，各种模具加工设备及软件等在长三角模具市场上将继续旺销，其中模具CAD/CAE/CAM和CAPP、PDM、ERP等软件，以及其一体化、智能化的信息集成生产技术，包括高速铣削在内的快速制模技术及设备，高性能电加工技术及设备，精密测量技术及设备，先进的模具型腔表面处理技术及设备，深孔加工和试模设备，热流道技术及其元件和系统，高质量的模具材料及模具标准件等都将成为众多模具企业竞相购买的对象，市场容量很大，其他为模具服务的产品市场也同样有很大容量。长三角模具出口前景很好，目前占全国出口的40%，每年还在快速地扩大，保持着强劲的上升势头。预计进出口模具的逆差将会大幅度减少。长三角模具在高速发展中将对一切不适应市场经济发展的不足之处，通过国内外各种交流和合作，在国际国内两个市场的相互融通中逐步得到改善。但随着国际经济大环境的变化，世界金融危机、能源危机、粮食危机产生全球经济危机必将波及我国。其中汽车销量减少，肯定要影响汽车模具的发展。面对现况，长三角模具界已着手调研、商讨对策，在这新形势下，正是模具界资源重组、优势互补、分工合作、自主创新，提升核心竞争力的大好时机。展望未来，长三角模具企业将越来越多的采用高新技术和先进适用技术，模具水平和技术含量将进一步提高，模具专业化生产和模具城将继续发展，模具出口市场将进一步活跃，模具工业将在一个较长时间内持续快速发展报料电话：0
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黄岩模具数字化转型 设计制造全环节数字化率已达80%
浙江在线11月29日讯
( 浙江日报记者/杨军雄 区委报道组/周薇薇 ) 经济形势错综复杂，黄岩模具却逆势上扬。今年前10个月，该产业产值增幅超过16%。&从2009年以来，黄岩模具就长期保持着两位数增长。&黄岩区经济和信息化局副局长方崇辉说。
　　&中国模具之乡&黄岩正有越来越多企业迈向数字化。62家规上模具企业每年投入研发经费达10多亿元，区政府专门设立了黄岩模具产业转型升级发展资金。目前，当地模具业设计、制造全环节数字化率达80%。
　　犹如宾馆一样干净、整洁的车间，寥寥几个工人管理着一排排机器&&位于黄岩的浙江德玛克机械有限公司，颠覆了人们原来对模具制造企业的看法。这家企业凭借装备和技术升级，实现了数字化和智能化转变，产品成功跻身由世界巨头掌控的高精度食品瓶胚模具制造领域，每年产值增幅超过50%。
　　多色灯具一次成型的高光无痕技术应用，是世界注塑模具业的一项难题。如今，该难题被位于黄岩的浙江赛豪实业有限公司成功解决。&研发出这项技术，背后是企业的全程数字化、自动化改造。&赛豪公司董事长虞伟炳告诉记者，&依托计算机网络、快速模具成型、自主开发数据库等技术，公司在设计、制造和管理过程中均采用精确的数字技术，大幅提升了设计制造能力和效率。&
　　随着模具数字化设计制造及企业信息化管理技术应用，中瑞电子有限公司的模具制造日益精密。其制造模具并生产的&苹果&USB接口，误差小于0.02毫米，在国内屈指可数。
　　作为我省首批省级工业设计基地之一的黄岩区模塑工业设计基地，正加快模具及塑料制品的设计数字化升级。该基地目前已入驻工业设计企业16家、公共服务平台9家，包括我省唯一的模具检测中心和塑料制品检测中心。基地服务范围包括模具设计、产品设计开发、检测、快速成型、数据库和多媒体等。到目前，入驻的工业设计单位共服务区域中小企业300多家，有力推动黄岩模塑产业由传统的加工制造向数字化设计端延伸。
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