浙工大研發新型3D打印技術 打破金屬零部件增材制造瓶頸

      激光制造技術已成為新一代高端制造技術之一，增材制造(3D打印)，是運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術，是實現高端裝備制造突破的關鍵技術。但同時，工業上無法大面積推廣，卻讓浙江工業大學機械工程學院姚建華教授敏銳地察覺到“這里面一定有文章可做。”

作為浙江省高端激光制造裝備協同創新中心執行主任，姚建華在激光技術領域早有建樹。幾年前，通過引進烏克蘭的單元技術，該中心研發出了通過激光強化汽輪機葉片防水蝕能力，實現了國產化的汽輪機葉片防水蝕能力的重大突破，徹底地打破國外壟斷。而今，在國家自然科學基金-浙江“兩化融合”基金的推動下，姚建華團隊提出了“基于超音速激光沉積的金屬增材制造技術基礎研究”，將目光瞄準了“超音速冷噴涂+激光技術”這種新型的3D打印技術。

姚建華說，高端裝備制造是浙江省和國家未來發展的重要方向，但目前我國存在基礎研究薄弱、先進制造手段缺乏、制造過程能耗大等問題，嚴重制約其發展，而作為實現這一突破的關鍵技術，3D打印由于存在著效率低、成本高及質量難以控制三大難題，成為了現階段實現工業化應用的主要瓶頸。

瞄準三大難題，結合先前經驗，姚建華團隊創新的將3D打印與超音速冷噴涂技術相融合，提出了超音速激光沉積技術，該技術利用了超音速激光沉積技術和激光熔覆技術的各自優勢，具有沉積效率高、溫度低、成本低、性能高等優點，是一種*潛力的新型金屬3D打印技術。

“就以汽輪機葉片為例，這項技術又可以讓它的防水蝕能力實現突破�！敝钢鴮嶒炇依锾芍�的一個葉片，姚建華向記者介紹起來。具備高度防水蝕的汽輪機葉片在國際市場上單價賣到2-3萬歐元，相當于一臺奧迪車的價格，而國內一個百萬發電機組里面就需要用到一千多個不同型號的葉片。隨著使用時間的增加，葉片迎風的部位會出現破損，這勢必要讓發電機組停機后進行維修或者葉片的更換。

但是有了新型金屬增材制造技術后，這一現象就能得到根本的改觀。一方面，對現有葉片的維修成本能夠大大降低，將破損的葉片用強度更高的材料進行金屬3D打印即可修復；另一方面，在全新葉片的制造過程中，除了運用激光表面強化外，在關鍵部位能夠用強度更高的材料進行一體化打印制造，極大地提升葉片的使用壽命，預計用新型增材制造技術，其效率和性能比目前單一的激光3D打印至少增加數倍，而且成本不增反降。

姚建華說，目前課題組是國際上*提出將超音速冷噴涂沉積與激光技術相結合實現金屬3D打印的觀點。在前期基礎研究基礎上，協同創新中心將聯合劍橋大學合作等國內外*團隊，通過對超音速動量場與高能激光束溫度場等多能量場耦合關系、沉積層顆粒和沉積層之間的固態結合機理以及增材制造形成過程中缺陷及應力的產生機制等科學問題的研究，獲得實現增材制造必須的工藝及質量控制方法，打破現有金屬零部件增材制造技術瓶頸，*終利用該技術實現高端裝備關鍵零部件的高效率、高品質、低成本智能化增材制造，為浙江乃至全國制造業轉型升級提供關鍵技術支撐。

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