带来"第三次工业革命"的数字化增材制造技术

 2012年08月03日  来源： 科技日报

工业化的LSF-V大型激光立体成形装备

　　所谓数字化增材制造技术就是一种三维实体快速自由成形制造新技术，它综合了计算机的图形处理、数字化信息和控制、激光技术、机电技术和材料技术等多项高技术的优势，目前学者们对其有多种描述。西北工业大学凝固技术国家重点实验室的黄卫东教授称这种新技术为“数字化增材制造”，中国机械工程学会宋天虎秘书长称其为“增量化制造”，其实它就是不久前引起社会广泛关注的“三维打印”技术的一种。西方媒体把这种实体自由成形制造技术誉为将带来“第三次工业革命”的新技术。

　　这种为现代社会带来强大冲击和震撼的新技术起源于1988年诞生的“快速原型制造”技术。

　　1988年，美国3D System 公司推出的SLA-250液态光敏树脂选择性固化成形机，标志着快速原型技术的诞生。它采用一种立体光刻工艺，基于液态光敏树脂的光聚合原理工作。通过一束紫外激光束在偏转镜作用下扫描照射树脂使其固化，逐层制造得到一个三维实体模型。

　　快速原型技术采用了一种全新的无模具自由成形原理来制造三维实体零件，这种新型成形技术改变了传统的制造技术路线。

　　我们知道，现有的材料成形方法采用的是减材成形等三种技术路线。以机械加工为例，加工一个所需的零部件，人们通过不断去除材料来获得所需要的零件形状；热加工的锻造成形则是采用变形原理来成形金属零件，也即使金属材料在强大的机械压力下改变形状来获得所需的零件；而铸造、粉末冶金等方法采用的是“赋形+固化”的成形原理，也即先通过模具赋予液态或粉末状的金属材料以形状，再通过冷却凝固或高温烧结的方法使材料固化来获得具有所需形状和强度的金属零件。快速原型技术的成形原理与这些传统方法截然不同，它采用逐渐增加材料的方法成形零件。因为这种成形方法不需要模具，因而又被称为实体自由成形技术或快速成形技术。这里，“自由”和“快速”都是指不需要模具来成形，省去了十分冗长的制造模具过程和昂贵的模具制造成本。

　　立体光刻技术产生后即风靡世界，很快就产生了许多不同技术类型的快速原型技术，如分层实体制造、选区激光烧结、三维打印、熔融沉积造型等。2008年全球领先的6家快速制造公司销售收入已达6.96亿美元，占该行业总收入近60%。沃勒斯报告（2012）预计3D打印和增材制造领域的2015年销售收入可达37亿美元，2019年可达65亿美元。

　　我国学者迅速地跟进了这一世界新技术的热潮，西安交通大学的卢秉恒院士、清华大学的颜永年教授、华中科技大学的王树槐教授等是我国快速原型技术研究的先行者，并且都取得了卓著的成就。而黄卫东在国内首先创造性地发展的激光立体成形技术，把快速成形技术从制造“原型”发展到直接制造具有极高力学性能的致密金属零件。