重型金屬3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用有了突破

寂靜天花板

從風(fēng)扇產(chǎn)業(yè)到核電風(fēng)機(jī)領(lǐng)域,，南方風(fēng)機(jī)股份已經(jīng)成為國內(nèi)核電通風(fēng)設(shè)備的龍頭企業(yè)，如今又向“工業(yè)級3D打印”領(lǐng)域嘗試二次創(chuàng)業(yè),。日前，民生證券調(diào)研南風(fēng)股份后發(fā)布報告稱,，南方增材（南風(fēng)股份子公司）與上海核工程研究設(shè)計院的合同產(chǎn)品—核電主蒸汽管道貫穿件樣品已經(jīng)完成,。如果樣品檢驗(yàn)合格，該技術(shù)將大大提高核電站安全性能,，并縮短建設(shè)周期,。若加上核電站核島核心部件，市場價值可達(dá)數(shù)百億元,。這一技術(shù)也是佛山重工業(yè)發(fā)展史上的一次重大突破,，對佛山實(shí)現(xiàn)萬億裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)具有積極意義。
一．聯(lián)手領(lǐng)軍人才二次創(chuàng)業(yè)
南風(fēng)股份相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹,，在國內(nèi)核電風(fēng)機(jī)設(shè)備領(lǐng)域,，南風(fēng)股份的設(shè)備市場占有率已超過70%，但主營風(fēng)機(jī)業(yè)務(wù)受到國家核電發(fā)展的環(huán)境影響，企業(yè)處于一種被動式跟隨狀態(tài),。
由于國內(nèi)核電風(fēng)機(jī)設(shè)備領(lǐng)域的市場空間存在“天花板”,，再加上風(fēng)機(jī)的制造方面已經(jīng)很難有大的突破，企業(yè)決定尋求新的突破,。
處于核電裝備領(lǐng)域的南風(fēng)股份發(fā)現(xiàn),，在國內(nèi)核電站建設(shè)過程中，目前核心部件的制造技術(shù)仍掌握在國外企業(yè)手中,，核電站設(shè)備部分部件高度依賴進(jìn)口,。以核電站的大型鑄鍛件為例，其核心技術(shù)主要集中在日韓和歐洲,，中國企業(yè)與其有差距,，部分大型、復(fù)雜鑄鍛件尚未攻關(guān)成功,，只能依靠進(jìn)口,，關(guān)鍵時候還受到其對中國出口的限制，一定程度上影響了項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)程,。
“打造一個大型鍛件要幾百噸鋼材和三年的時間,，做完后只要檢驗(yàn)不合格，幾千萬元就打水漂了,�,！蹦戏皆霾目偨�(jīng)理朱志宇說，傳統(tǒng)的鍛造工藝要求高,，流程復(fù)雜,，生產(chǎn)周期長，需要多套設(shè)備配套完成,，導(dǎo)致核電成本居高不下,。
高端技術(shù)人才資源是企業(yè)創(chuàng)新的第一資源。2009年底,，南風(fēng)股份的技術(shù)團(tuán)隊(duì)在北京遇到了北京航空航天大學(xué)教授王華明,。王華明是航空材料與結(jié)構(gòu)研究部首席科學(xué)家、國內(nèi)激光制造的學(xué)術(shù)帶頭人,。此前,，飛機(jī)大型結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)采用傳統(tǒng)的鍛造和機(jī)械加工等方法，光大型模具的加工就要用一年以上的時間,。模具加工出來后,，再用它鍛造出一個大型結(jié)構(gòu)件的毛坯，然后繼續(xù)加工各部位的細(xì)節(jié),，等到最后成形,，幾乎90%的材料都被切削、浪費(fèi)。
王華明創(chuàng)新了一條截然不同的道路,，通過計算機(jī)控制,，用激光將合金粉末熔化，一層層堆積起來,，高效率地“生長”出一個合金部件。
南風(fēng)股份與王華明在開發(fā)金屬3D打印技術(shù)上進(jìn)行合作,。兩者合資成立南方增材公司,，成立了“重型金屬構(gòu)件電熔精密成型技術(shù)項(xiàng)目”，面向民用領(lǐng)域,，王華明團(tuán)隊(duì)持有31%股份,。“王華明教授帶領(lǐng)公司技術(shù)團(tuán)隊(duì),，自主研發(fā)了重金屬3D打印技術(shù),，是高端重大工業(yè)裝備中大型、特大型關(guān)鍵構(gòu)件制造方式的一項(xiàng)變革性技術(shù),�,！敝熘居钫f。
二．填補(bǔ)重型金屬3D打印空白
王華明核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過上百次實(shí)驗(yàn)后,，在關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破性進(jìn)展,，并在實(shí)驗(yàn)室成功做出了物理、化學(xué)性能皆優(yōu)于鍛件的核電重型裝備的金屬構(gòu)件縮比件,。
重型金屬3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的突破,，在國內(nèi)屬于空白。在3D打印的應(yīng)用領(lǐng)域,，核電又是一塊處女地,。南方增材相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，重型金屬3D打印技術(shù)是一種國際首創(chuàng)的重型金屬構(gòu)件短流程,、綠色,、精密、數(shù)字化的增材制造新技術(shù),，可廣泛應(yīng)用于百萬千瓦核電裝備,、百萬千瓦超臨界和超超臨界火電機(jī)組，以及水電,、石化,、冶金、船舶等現(xiàn)代重大工業(yè)裝備合金鋼等重型金屬構(gòu)件的制造,。
“我們在材料,、設(shè)備、工藝研發(fā)設(shè)計上，整套流程都擁有自主知識產(chǎn)權(quán),。我們通過國家專利局檢索了這個領(lǐng)域的所有相關(guān)信息,，國內(nèi)外沒有發(fā)現(xiàn)與我們技術(shù)相似的�,！敝熘居畋硎�,。
相比起傳統(tǒng)鑄造工藝，增材制造技術(shù)的優(yōu)勢在于“輕裝備”,，只要一臺3D打印機(jī),，一道高溫電熔的“打印”工序即可見成品。而在傳統(tǒng)鍛造工藝中,，如果要制作一件50噸的核電部件,，至少需要180噸的鋼錠材料，放入200噸以上的電弧爐進(jìn)行冶煉澆注,，還要經(jīng)過萬噸以上機(jī)器的鍛造和熱處理,，多達(dá)十幾道工序需要耗時6個月以上。
目前,，核電站的建設(shè)周期是60個月,。引入增材制造技術(shù)制造重型金屬構(gòu)件，整個周期可以壓縮到50個月,。
朱志宇認(rèn)為,，以前發(fā)展核電站的瓶頸是造價高，因而電價也高,，現(xiàn)在壓縮周期后電價會比火力發(fā)電低,；另外，南方增材瞄準(zhǔn)的是核電裝備,，涉及傳統(tǒng)重工業(yè)行業(yè)這個新技術(shù)的應(yīng)用,，提升了產(chǎn)品的性能，也提高了安全等級,。
三．推動3D打印在制造中應(yīng)用
經(jīng)過30多年的快速發(fā)展,，珠江西岸已發(fā)展成為廣東省重要的裝備制造業(yè)生產(chǎn)基地，初步形成了產(chǎn)業(yè)特色鮮明,、具有一定規(guī)模和技術(shù)水平的裝備制造業(yè)體系,，為發(fā)展先進(jìn)裝備制造業(yè)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)�,！斗鹕绞写蛟烊f億規(guī)模先進(jìn)裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)基地工作方案》要求加快工業(yè)機(jī)器人,、3D打印等先進(jìn)制造技術(shù)在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用。
今年年初,，南方風(fēng)機(jī)股份控股子公司南方增材與上海核工程研究設(shè)計院簽訂了《核電主蒸汽管道貫穿件模擬件增材制造技術(shù)支持與服務(wù)合同》,。在合作的基礎(chǔ)上,，2015年，企業(yè)將完成模擬件的驗(yàn)證,，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模擬件可取代傳統(tǒng)冶煉,、鍛造工藝制造的產(chǎn)品，在力學(xué),、性能等指標(biāo)上達(dá)到核工業(yè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn),。
“核電代表工業(yè)最高領(lǐng)域，如果順利達(dá)到了各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn),，這樣一項(xiàng)全新工藝就可以在其他裝備領(lǐng)域的生產(chǎn)制造中運(yùn)用,。”朱志宇稱,。
增材制造技術(shù)在核電部件制造上得到突破后，壓力容器,、蒸汽發(fā)生器,、穩(wěn)壓器等大量核反應(yīng)堆中的核心部件都能通過增材制造進(jìn)行生產(chǎn)。以核心部件蒸汽發(fā)生器的管板為例,，朱志宇稱,，這一項(xiàng)的市場價值就超過20億美金，再加上核電站核島核心部件,，市場價值可達(dá)數(shù)百億元,。
“通過3D打印，我們可以根據(jù)客戶需要,，完成不同構(gòu)件的個性化定制,，特別是裝備業(yè)中一些關(guān)鍵的金屬異形件，也可嘗試進(jìn)行突破,�,！蹦戏皆霾目偨�(jīng)理助理李春華說道。
近年來,，增材制造,、新材料、大數(shù)據(jù)等技術(shù)突破和廣泛應(yīng)用,，正推動制造業(yè)生產(chǎn)方式的深刻變革,。李春華表示，不遠(yuǎn)的將來,，金屬增材制造將是佛山重工業(yè)發(fā)展的一次重大突破,，對佛山打造萬億裝備制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)具有積極意義。

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   傳統(tǒng)工藝?yán)镨T件的機(jī)械性能和鍛件的機(jī)械性能相差多少,？
   3D打印零件的機(jī)械性能現(xiàn)階段恐怕跟傳統(tǒng)的一次性鑄造成零件的機(jī)械性能最好也就是差不多吧,。