說起3D，普通民眾的體驗更多來源于影院，戴上3D眼鏡，觀看電影，眼前的立體畫面使人身臨其境。這是現(xiàn)代科技賦予電影的神奇與魔變。

3D打印技術(shù)，將設(shè)計人員在電腦上設(shè)計圖樣數(shù)據(jù)傳遞的“命令”，通過特制的3D打印機把傳統(tǒng)工藝無法加工或很難加工的復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬或非金屬產(chǎn)品立體打印出來，實現(xiàn)了產(chǎn)品的直接制造，被英國《經(jīng)濟學(xué)人》雜志稱為“第三次工業(yè)革命的重要標(biāo)志”。這是現(xiàn)代科技賦予制造業(yè)的神奇與魔變。

3D電影的“魔變”，3D打印技術(shù)的“魔變”，讓人們感受到來自科技革命神奇的“魔變”。近日，在中國航天科技集團(tuán)公司第六研究院西安航天發(fā)動機廠，記者專訪了航天科技集團(tuán)公司增材制造技術(shù)帶頭人、國防科技工業(yè)航天特種構(gòu)件增材制造創(chuàng)新中心主任楊歡慶研究員。1970年出生的他已主持和組織完成了10多項裝備發(fā)展部、國防科工局以及集團(tuán)公司級重大項目和課題。通過他的講述，我們了解了3D打印技術(shù)的前世今生，了解了以航天六院為代表的航天人在3D打印技術(shù)上的探索和實踐。

動力之鄉(xiāng)赫赫名

坐落于西安城南少陵塬上的中國航天科技集團(tuán)公司第六研究院，是我國航天液體推進(jìn)技術(shù)的專業(yè)研究院，提供了從火箭、衛(wèi)星到載人飛船上幾乎所有的液體火箭發(fā)動機，被譽為中國航天的“動力之鄉(xiāng)”。所屬西安航天發(fā)動機廠是我國唯一的大型液體火箭發(fā)動機專業(yè)研制生產(chǎn)廠，承擔(dān)著我國常規(guī)液體火箭發(fā)動機和新一代液氧/煤油高壓補燃發(fā)動機等一系列液體火箭發(fā)動機的研制生產(chǎn)，先后完成了以探月工程、載人航天、北斗導(dǎo)航等為代表的各項宇航發(fā)射任務(wù)，取得了舉世矚目的驕人戰(zhàn)績。工廠突破了以液氧煤油發(fā)動機為代表的尖端航天動力技術(shù)，成功研制出新一代無毒無污染火箭發(fā)動機，使我國成為世界上第二個掌握液氧煤油高壓補燃發(fā)動機技術(shù)的國家，為我國新一代運載火箭的研制奠定了堅實基礎(chǔ)。

西安航天發(fā)動機廠以航天報國為己任，以科技進(jìn)步為依托，先后獲得100余項國家和省部級科技成果獎，多項產(chǎn)品榮獲國家金獎和全國科學(xué)大獎。技術(shù)的進(jìn)步來源于不斷的創(chuàng)新，工廠緊密跟蹤先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展，運用3D打印的“魔變”之力，在科技革命的浪潮中示范引領(lǐng)前行，實現(xiàn)了制造技術(shù)的持續(xù)更新迭代，推進(jìn)了液體動力技術(shù)革新的跨越，助力中國航天由“大”到“強”的嬗變。

小小蠟?zāi)Ｕf3D

采訪那天是星期六，細(xì)雨紛飛。辦理好登記手續(xù)，記者進(jìn)入到西安航天發(fā)動機廠采訪。雨后的廠區(qū)道路整潔，花草翠綠，空氣清新。

楊歡慶和他帶領(lǐng)的年輕技術(shù)團(tuán)隊接受了記者的采訪。這個平均年齡不到35歲的團(tuán)隊雖然年輕，卻蘊藏著很強的實力，是一只能打硬仗，敢打硬仗的科研團(tuán)隊。親和、健談的楊歡慶主任，說起3D打印技術(shù)來，他的話匣一下打開了，沒有一絲領(lǐng)導(dǎo)的架子，給我們的采訪賦予了“嫦娥奔月”般的新奇與好奇。

他說，從全世界范圍來講，3D打印技術(shù)應(yīng)該是從上世紀(jì)80年代開始興起，受限于當(dāng)時計算機技術(shù)的限制，發(fā)展比較緩慢，進(jìn)入21世紀(jì)后技術(shù)進(jìn)步為其帶來了迅猛的發(fā)展。3D打印技術(shù)種類很多，從使用原材料上說，分為金屬3D打印和非金屬3D打印。金屬3D打印主要包括激光選區(qū)熔化成形、激光熔化沉積、電子束熔化成形等，非金屬3D打印則包括選擇性激光燒結(jié)、光固化成形、熔融擠壓成形等，且種類還在不斷增加。

西安航天發(fā)動機廠是國內(nèi)較早將3D打印技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品研制的企業(yè)。早在2000年前后就采用選擇性激光燒結(jié)成形技術(shù)制造出了復(fù)雜精密鑄件蠟?zāi)＃瑸槲覈乱淮貉趺河桶l(fā)動機的順利研制提供了技術(shù)保障。由于液體火箭發(fā)動機鑄件結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，多為空間三維異型曲面，采用傳統(tǒng)手段難以快速制備蠟?zāi)＃?D打印技術(shù)將“三維”轉(zhuǎn)化為“二維”成形，通過逐層疊加的方式得到了復(fù)雜精密鑄件蠟?zāi)Ｔ?，從而實現(xiàn)了發(fā)動機零部件的快速、批量生產(chǎn)。

楊歡慶說，3D打印技術(shù)應(yīng)該可以說是從蠟?zāi)Ｔ脱堇[而來的。不管金屬的還是非金屬的都需要模具的直接成形。3D打印技術(shù)的優(yōu)勢在于數(shù)字化，可以實現(xiàn)設(shè)計輸入的即時響應(yīng)、修改和成形，避免了過去模具的固定化弊端和實體模具的浪費。

十余年選擇性激光燒結(jié)復(fù)雜鑄件蠟?zāi)９に嚨慕?jīng)驗及積累使西安航天發(fā)動機廠在源頭就奠定了航天3D打印技術(shù)應(yīng)用研究的先發(fā)優(yōu)勢，這也是現(xiàn)在工廠能夠在軍工企業(yè)單位中起到示范引領(lǐng)作用的主要原因。

3D“魔變”助航天

采訪中，楊歡慶介紹了目前西安航天發(fā)動機廠3D打印技術(shù)的研究與應(yīng)用進(jìn)展。他講到，中國的金屬3D打印技術(shù)在2012年前后才由高校開始研究引入，然后逐漸進(jìn)入企業(yè)。我們在2013年就進(jìn)入了金屬3D打印行業(yè)，并與一些優(yōu)勢高校開展了深層次的技術(shù)交流與探討。通過調(diào)研交流，感受到這一技術(shù)的發(fā)展必將能解決當(dāng)前精密復(fù)雜構(gòu)件，尤其是許多“急、難、險、重、新”類型的構(gòu)件成形難題，讓許多不可能在金屬3D打印技術(shù)“魔變”中變成了可能。

記者參觀了西安航天發(fā)動機廠增材制造中心。剛進(jìn)入現(xiàn)場，“道道激光掃描精確軌跡，層層顆粒凝結(jié)完美品質(zhì)”20個大字即映入眼簾，生動詮釋了3D打印技術(shù)的內(nèi)涵，也傳遞出航天人對完美品質(zhì)堅持不懈的追求?，F(xiàn)場看到的那些神奇的3D打印產(chǎn)品，讓我們感受到了3D打印技術(shù)“魔變”的神力。數(shù)字化傳輸3D打印技術(shù)的出現(xiàn)讓傳統(tǒng)工藝很難或者不能解決的問題成為現(xiàn)實。

楊歡慶說道，3D打印沿著按照零件切片輪廓移動的激光光束軌跡，通過高能量輸入的快速熔化，實現(xiàn)從點到線到面的快速成形，可以有效解決鑄造與焊接時凝固過程中存在的各種缺陷，極大地提高了產(chǎn)品的可靠性。很多傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)的技術(shù)難題都被3D打印技術(shù)化解了，目前發(fā)動機上的很多部件，包括像葉輪這樣的轉(zhuǎn)動件，都可以通過3D打印技術(shù)直接成形。

因為3D打印技術(shù)在解決許多傳統(tǒng)工藝技術(shù)難題上顯示出來的巨大發(fā)展?jié)摿?，西安航天發(fā)動機廠于2014年成立了激光增材制造技術(shù)中心，并在今年3月份獲批作為主依托單位組建國防科技工業(yè)航天特種構(gòu)件增材制造技術(shù)創(chuàng)新中心，成為科工局在企業(yè)中掛牌的唯一一個3D打印技術(shù)創(chuàng)新中心。這是對西安航天發(fā)動機廠3D打印技術(shù)發(fā)展的肯定，也是中國3D打印技術(shù)從研究發(fā)展逐步走向?qū)嵺`應(yīng)用的見證。

推廣應(yīng)用促發(fā)展

針對3D打印技術(shù)的應(yīng)用推廣現(xiàn)狀，楊歡慶說，現(xiàn)階段，誰能把3D打印技術(shù)推得快、推得廣，誰就能盡快把技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

他介紹說，現(xiàn)在西安航天發(fā)動機廠3D打印技術(shù)的工程化應(yīng)用工作已經(jīng)取得了一定的成績，形成了“四大類七種材料”從制粉、成形工藝，包括控形控性后處理以及質(zhì)量檢測評價的全流程技術(shù)體系。現(xiàn)在已經(jīng)有幾種鑄造材料被3D打印賦予了新的生命，強度可以提高80%以上，綜合性能達(dá)到與鍛件相當(dāng)?shù)乃?，制件?nèi)部質(zhì)量致密，具有很高的可靠性。

他說，3D打印是一項新技術(shù)，所有人都要去重新認(rèn)知和探索，這也是西安航天發(fā)動機廠組織專業(yè)團(tuán)隊去開展基礎(chǔ)研究及實踐的原因。目前，西安航天發(fā)動機廠3D打印技術(shù)的工程化應(yīng)用工作已走在了國內(nèi)前列，完成了50多種產(chǎn)品的3D打印成形，其中17種產(chǎn)品通過熱試車考核，4種產(chǎn)品實現(xiàn)了飛行應(yīng)用，6種產(chǎn)品開始小批量生產(chǎn)，而且現(xiàn)在每個月都會有新研發(fā)的3D打印產(chǎn)品。

西安航天發(fā)動機廠“四大類七種材料”50多種產(chǎn)品已經(jīng)起到了初步的推廣作用。楊歡慶說，對于3D打印技術(shù)，高校的重點是課題研究與基礎(chǔ)研究，企業(yè)的工程項目重點是“我要用”，就是要使用各種手段去探索，破解“急、難、險、重、新”的應(yīng)用難題。為了獲得滿意的性能，7103廠對3D打印某牌號高溫合金的性能調(diào)控技術(shù)就花費了近一年時間研究，正是這一步步的努力才有如今的成績。目前，西安航天發(fā)動機廠在3D打印金屬材料研究方面已經(jīng)全面涉足有色合金領(lǐng)域，這是一個很有潛力的發(fā)展方向。他說，鋁合金性能調(diào)控好了，比強度并不輸于鈦合金。對這些金屬材料的深入研究將更好地推廣3D打印技術(shù)的應(yīng)用。

對于推廣應(yīng)用中的軍民融合和服務(wù)于“一帶一路”倡議，楊歡慶說，3D打印應(yīng)該是軍領(lǐng)先之后才能民用。西安航天發(fā)動機廠是材料的使用者也是民用企業(yè)的拉動者。發(fā)動機、火箭和衛(wèi)星，都需要材料重量輕、性能好，輕了靈活，燃料損耗少、振動小，這需要材料制造商加強技術(shù)攻關(guān)與工藝提升。軍用需要民用研發(fā)配合，民用需要軍用實踐支持。而推廣應(yīng)用中不管是民用還是軍用都需要探索、起草、修訂標(biāo)準(zhǔn)才能推廣應(yīng)用。目前，西安航天發(fā)動機廠正在參與國家增材制造標(biāo)準(zhǔn)委員會增材技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)起草的討論。

認(rèn)清差距畫藍(lán)圖

對比國內(nèi)與國外3D打印技術(shù)水平，楊歡慶說，3D打印在很多方面優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，重在對復(fù)雜工藝的研究與解讀，靠的是腦子的智慧來實踐甚至賺錢。工藝技術(shù)方面，設(shè)計參數(shù)方面，建立各基礎(chǔ)工藝模塊單元，數(shù)據(jù)傳輸都是全新的“模具”革命，在急、難、險、重、新等領(lǐng)域傳統(tǒng)技術(shù)制造中的難題3D打印可以輕松破解。明白了工藝先進(jìn)性與技術(shù)獨特性再去與國外技術(shù)對比，才能在差距中看到差距，在追趕中縮小差距。

他說，中國3D打印技術(shù)與國外相比稍有差距。在耐高溫、結(jié)構(gòu)功能件、抗振動等方面上有差距。材料上也有差距。但這幾年經(jīng)過高校與企業(yè)的合作研究與實踐，差距已經(jīng)越來越小，某些方面還實現(xiàn)了超越。

他說，國內(nèi)3D打印技術(shù)需要學(xué)習(xí)國外的設(shè)計理念。國內(nèi)總體停留在傳統(tǒng)工藝的設(shè)計理念上，創(chuàng)新上明顯存在差異。國內(nèi)3D打印在輕量化、仿生等多個領(lǐng)域要有自己的設(shè)計理念，不能只停留在解決傳統(tǒng)工藝問題上，要把優(yōu)勢發(fā)揮到極致，把創(chuàng)新應(yīng)用到理念上。我們從事3D打印技術(shù)的研究者、實踐者、應(yīng)用者要通過自己的大腦在創(chuàng)新發(fā)展中賦予3D打印技術(shù)新的生命。

針對3D打印在可靠性、合格率、輕量化和節(jié)約燃料的綜合成本優(yōu)勢，楊歡慶說，國內(nèi)3D打印技術(shù)要有緊迫感，要有彎道超車意識，高校、企業(yè)攜手并行才能進(jìn)一步縮小并超越國外，從而讓3D打印技術(shù)推動社會的發(fā)展與進(jìn)步。

采訪結(jié)束離開時，記者看到了辦公樓墻體上“以國為重，以人為本，以質(zhì)取勝，以新圖強”16個震撼人心的大字。正是這16個字激發(fā)了西安航天發(fā)動廠一代代航天人的愛國情懷，正是以新圖強讓西安航天發(fā)動機廠在3D打印技術(shù)方面又走在了科技時代的最前沿，起到了示范引領(lǐng)的作用，為助力中國航天事業(yè)上九天攬月作出了貢獻(xiàn)！

某型號發(fā)動機試車取得成功，發(fā)動機上的起動器出口管和燃?xì)獍l(fā)生器出口管采用了3D打印技術(shù)。這是航天六院西安航天發(fā)動機廠3D打印的航天產(chǎn)品首次參加整機熱試車。試車的成功具有里程碑的意義，驗證了3D打印技術(shù)在航天液體動力領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)可行性，對該技術(shù)在液體火箭發(fā)動機成形中的推廣應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)，為3D打印技術(shù)的研究拓展應(yīng)用創(chuàng)造了條件，提供了支撐。

“雄關(guān)漫道真如鐵，而今邁步從頭越”。3D打印技術(shù)的“魔變”神力，必將助力中國航天技術(shù)的進(jìn)一步騰飛，必將讓中國航天事業(yè)以立體的姿態(tài)在世界的眼光里綻放。