【3D打印高端演讲】颜永年：计算机集成激光三维打印增材制造

【导读】在6月下旬，世界3d打印大会在青岛举行。南极熊3D打印网也到了现场进行了大量的报道，详情请看南极熊报道 http://www.dddyin.com/forum-103-1.html 。南极熊作为一个3d打印的专业媒体平台，一直致力于推动中国3D打印行业的发展。希望下面的一些内容对大家有所启发。

颜永年：各位领导，尊敬的各位专家学者，今天很荣幸让我来做这个汇报。今天我碰到了很多20年前搞3D打印的老朋友，之所以中国能够搞起来，就在于这些先行者、开拓者，大家凭着一股追求科学、追求真理的劲头开创了我们中国3D的先例。经过了几十年的发展，现在已经到了一个比较成熟的阶段。但是我们在应用的水平，我们做出关键的高端的结构件的应用水平，我觉得跟美国跟西方还有距离，但是这个距离不是很长了，很快就要赶上去共同的发展。我们很愿意跟国内外知名厂商、学者专家能够合作。

我的题目是计算机集成激光三维打印增才制造。我是颜永年，我们还有中华清学老科技协会的代表，来了五位同志来参加我们的会议。

我要报告的题目有六个方面，第一个什么是我们所谓的平台，L-SS平台什么意思，就是它的定义。我们知道激光加工有Laser Work的先例，很多的加工设备焊接切割，在一个网络下工作，这是德国斯图加特的。我们也看到这个有六台激光器，还有更多的激光加工设备，我们能不能把这个概念移植到3D正在成型的方面上来，这就是我的初衷。我们为什么要选这三种工艺？为什么叫L-SS？L就是（激光金属熔覆沉积、选择性金属激光荣华、选择性激光非金属烧结）。这三种工艺涵盖了基础3D打印或者工业级3D打印最核心的内容，我们想给它一个定义，也就是它的优点。将拥有LCD-SLM-SLS多种工艺的多台3D打印设备的信息资源和异构的数据，包括CAD模型、分层与路径规划、工业参数和激光使用系统的相关信息和数据，采用CIMS的技术原理和系统集成方法，实现在计算机管控下的优化配置，以大大提高信息共享度、资源利用率和揭晓节能，因为激光利用率还不是很高的，我们要节能。通过激光金属增材制造平台，这是它的定义。这里面有很多LCD、SLM的认识，这些不需要我们完全的开发，而是在全世界范围内优选中国和世界的一流品牌，我们主要做修复和制造兼顾，特别是修复方面。

下面我把这两个工艺简单说一说，因为只有15分钟。LCD在美国并不叫LCD，有好多名字。最早是Keicher，它在国家实验室发明了LENS，后来它到了Optomec屋 Design公司，进行了开发。我们国家2013年特种加工委员会，它的标准化委员会把这个LENS技术定为LCD-Laser Claddding Deposition，希望国际上了解我们LCD什么意思。

LCD有很多优点，无偏析，我们做出来的件精度够不够，内部有没有缺陷，但是成分是均匀的，这个搞3D打印的一定要明确。很多人只注意柔性不注意偏析。现在我们高合金的结构件就是偏析问题不过关。3D打印恰恰在这方面能起非常关键的作用，我们要重视它。LCD可以自由沉积在任意形状结构表面，它做的结构件没有什么限制。很容易跟机器人不同形式的配合形成新的设备。还有其他很多优点，我都来不及说。

LCD的技术指标，目前我们希望采购的，或者我们自己也能达到的，它比较高的沉积速率，这个可能不见得很高。光束直径不一定很小，可以到6毫米，层后是0.1到0.6毫米。

LCD除了材料对激光有很低的反射率，高的反射率就不能用。其他都能用，应该很宽泛。这是它的原理图。这个就是同轴送粉和偏轴龙粉，我们比较偏爱的是同轴送粉。因为时间关系，只放这么一个录像，请放一下。

（VCR播放）这个录像可以看出来，激光下来，粉末材料束流，它很形象地。但是它不是堆焊，它的工业密度非常高，堆焊是达不到的。这个是喷粉聚焦的情况，这也是录像，我们来不及看，不看了。喷头是一个核心，我们自己也做喷头，我们也引进喷头。这是我们公司引进德国通快公司的，从我们感觉到它很皮实。这也是通快公司的喷头。这是一个平面扫描，我们没有时间看了。这是全面扫描，这个看一下吧。当然我们现在做的平台底下也是有二维旋转的能力，加上上面三维的运动，所以这个叶片包括我们像水轮机叶片能不能用它来修复？

这是我们平台里面常用的，通快公司的。二极管这种碟片式的我们认为比较适合，功率比较高。这是我们光纤的情况。

这个是烧结的情况，原理图。我想根据我们使用的体会，就是说它非常复杂的结构自然而然用粉末来支撑，这一点大家应该不是特别体会。实际上这点保证了它做空心的、镂空的、镶嵌的复杂结构没有限制。

这个是它一个核心的件，PFO，这个是它的功率、效能，还有保护。我们现在用的是通快，我们也可以换其他的公司来比较。这是国家同等级美国GSI的，我们都欢迎来用它。

这是我们在做的机器的工作原理图。这个是它的加热，非常重要。

技术参数可以看出来它的功率一般要达到4000瓦以内。SLS大概30瓦到60瓦，我们愿意跟国内的公司合作，把他们的技术集成到我们的平台上来。还有其他的很多参数，15分钟来不及讲那么多。说明它是一个技术比较密集的一个设备，它的优点就是复杂性。我自己感觉，所有的工艺里面就是SLM/S能够做最复杂的东西。

这是我们给四川常虹集团做的插件，就是拿SLM/S烧结的。

下面进入我们的主题，我想着重介绍4000瓦II平台，这个简单的介绍。我们一共做过昆山的第一个平台4000瓦的，在绵阳是1万瓦。另外现在还有几个公司在谈判，做的是第三、第四个平台。这个平台里面有5个3D单元，有一个激光单元，还有一个CIMS控制单元，七个小房间拼成一个大结构。

我们目前主推的是II型，4000万L-SSII型平台。一个激光器可以分功率同时满足这三个的使用。一个就是直接成型，一个盘类修复，一个轴类修复。如果我们能把它装到车上开到现场把轴类进行修复，这是盘类的修复，这是机器人喷头。通过光导纤维传到各个单元。这是LCD我们希望做到三四米这么高的，这个是我们主推的平台。这个是400瓦的轴类、盘类。红的就是光纤，不同的角度我们都可以看出来。它实际上是无人化工厂的一个雏形，我们希望把它装到车上、船上，它可以移动到工地上去修复。从不同角度可以看出来，它里面有大量的机器人，实际上有三个机器人，这是CIMS。我们国家CIMS的发展，获得了世界大学领先奖，我们应该把这个技术发扬光大，结合起来。我们提出一种想法，核电主管我们做了很长时间的分析，实际上像这种结构如果去挤压很难挤，但是我们用LCD它没有偏析，初步成型。我们再去挤压一下，这种一个件1500万，做一套模具也不是很贵，但是我们现在的模具应该是比较通用的模具。

这是我们现在的SLS，这是大型的轴类件，两米乘四米，这是轴类修复单元。这是在我们昆山的实验室里面机器人盘类修复单元，下部分做完了以后更高，这是盘类和轴类合并在一起的单元，这是我们CIMS控制中心，这是它的控图。这是第一个。

第二个，我们现在跟它差别就是我们用了一个多功能设备，这台设备能焊接能切割，是不是对用户更方便一些？其他都一样，这个是多功能的设备。这个是它布置起来，红的就是它的光导纤维。这个平台是在昆山，我们10月份正式运行了，现在有一部分已经运行起来了，欢迎大家去参观，这是昆山的情况。第二个就是我很荣幸被四川绵阳做的1万瓦，

红的是一期，蓝的是二期，得到了绵阳式政府的支持。如果一个地区搞这么一个平台，对3D技术的应用具有很好的推广作用，它在人才的培养、公司的成长，很快突破一些难点。有了这个平台它能积累经验，能有一定的学习功能。

这就是多功能，这是1万瓦的激光器，这是轴类，这是盘类。

下面这个是继承管理系统原理图。它的功能很多，就这些。这是它的三级系统，这个是它的结构图功能，控制系统、数据库、可视化，这是数据中心系统。

因为时间关系，我不能影响大家。这是轴类的修复，这是一个视频我来不及放了。

这个我们叫巨无霸，很长的轴。现在我们做了4米，这个机器快完了，将来有可能会做到12米。这是表面的毛化。这是挤压模，挤压模在我们中国非常的需要，我们的包头挤一个钢管模具就要修，所以挤压模的修复是一个大事，如果用焊接的办法去修复，它热处理的问题很厉害，还需要加工热处理。如果是用激光修复，没有什么问题。所以挤压模的修复是一个很大的产业。

这是曲轴锻模，这是羊角。这是表面的熔覆。

我们大叶片10分钟一个，能不能里面不用那么高级的不锈钢？所以这个是很有前途的。还有多种材料，这个是在模具上面，导热很好的。这是手机模具，不同的材料中间有一个缓冲材料。一般来说可以提高它的寿命。

这是原来的流道，这是我们现在的流道，冷却速度快、均匀。这是我们做的箱块，表面处理一下，打磨一下装上去就能用了。提高50%，还有潜力可以挖。所以我们3D打印SM金属用到模具上面大大促进了行业的生产效率。