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從車床工起步,他用增減材一體化造了個世界第一金屬件

就在上個月,我國將三名中國宇航員送入太空中屬於中國自己的空間站,這是航天史上里程碑式的大事件!很多國家都對中國航天事業取得的巨大成功讚歎不已。

在今年航空工程中,還有一項重大突破值得關注:國家增材製造創新中心、西安交通大學盧秉恆院士團隊利用電弧熔絲增減材一體化製造技術,製造完成了世界上首件10m級高強鋁合金重型運載火箭連線環樣件,在整體制造的工藝穩定性、精度控制及變形與應力調控等方面均實現重大技術突破。

10m級高強鋁合金重型運載火箭連線環實現一體化製造

10米級超大型鋁合金環件是連線重型運載火箭貯箱的筒段、前後底與火箭的箱間段之間的關鍵結構件。該樣件重約1t,創新採用多絲協同工藝裝備,製造工藝大為簡化、成本大幅降低,製造週期縮短至1個月。目前,採用增減材一體化製造技術成功完成超大型環件屬國際首例。

今天特斯哥想帶大家瞭解的,便是引領這項成就,有著中國3D列印“教父”之稱的盧秉恆。

盧秉恆老師(右二)

➢個人簡介:

盧秉恆,機械工程專家。安徽省亳州市人。我國3D列印技術開拓者之一。1967年畢業於合肥工業大學機械製造工藝與裝置專業,1986年獲西安交通大學機械製造與自動化專業博士學位。現任西安交通大學機械工程學院院長、教授、博士生導師,北京大學工學院兼職教授。

盧秉恆院士長期致力於先進製造技術的研究,主要開展了增材製造等方面的科研和教學工作。開發了國際首創的紫外光快速成型機及具有國際先進水平的機、光、電一體化快速製造裝置和一系列快速模具製造技術。

先後主持“九•五”、“十•五”國家重點科技攻關專案及國家自然科學基金、973課題等重大重點專案20餘項,發表論文300餘篇,獲發明專利30餘項,實用新型專利3項。

上下滑動檢視

從一線工人到工程院院士,中國3D列印技術領軍人盧秉恆一路開啟他的“破壁”人生。。。

「我覺得我這一生都受益於在工廠工作的十一年,它沒有白過。」

1967年,大學畢業後的盧秉恆被分配到一間工廠裡做車床工人,這一干就是五年有餘。隨後他迎來了第一次被提拔:到家屬工廠主管技術。“管理的一百多個家屬工,有三分之一都不識字。”“但是我學習的東西在這裡逐漸得到了應用,我學習製造工藝,設計了卡具,包括開動機床都可以教他們,最後形成很好的效益。”

改革開放之初,盧秉恆已是兩個孩子的父親,他頂著生活的壓力,考取了西安交通大學研究生,師從顧崇銜教授,直到博士畢業。

“我覺得我這一生受益於工廠的11年經歷,我覺得沒有白過。”盧秉恆說,在工廠的經歷幫助他更有底氣地參與研究工作。在他準備碩士論文實踐時,200多個實驗裝置工件,最初聯絡的工廠一個多月都無人問津。他便決定自己開車床,只用2個夜班的時間便完成所需的工件,最終順利完成論文。

盧秉恆在人民網《百年科技強國夢》演講

「這項技術將會給中國產業發展帶來深刻的影響!」

1992年,盧秉恆前往美國密歇根大學做高階訪問學者及合作研究,在美國做汽車兩毫米工程控制,學習如何提升汽車製造質量。在一次參觀美國汽車模具企業時,發現對方採用了一種新型的模具製造技術裝置,即CAD(計算機輔助設計),模型輸進去就可以把原型做出來。快捷而且節約成本,這種技術被稱為快速成型。

*快速成型技術開發始於八十年代末期,1987年美國做出了第一臺樣機,並將其應用於汽車零部件開發,隨後日本也掌握了這項技術。

盧秉恆意識到,這項技術將會引發一場科技發展的革命,給中國的產業發展帶來深刻的影響。然而此時的盧秉恆已經48歲,無論是放棄以往多年的知識和經驗積累的優勢,轉向一個陌生的研究領域,還是國外的技術壁壘制約,以及研究資金的缺乏,都讓他的3D列印之路困難重重。

摘自《科技名家風采錄》

困難重重,那就從頭開始

盧秉恆沒有退縮。在自信缺乏的情況下,他決定先進行軟體開發,再進行樣機的製造。在製造的過程,鐳射器作為核心部件,需要3萬美元,這在當時無疑是一筆天文數字。買不起國外已有裝置和材料,怎麼辦?

窮則思變,買不起3萬美元的鐳射器,盧秉恆帶領科研組試著造出一臺紫外光鐳射器,只花了3萬元人民幣;買不起2000元人民幣1公斤的樹脂材料,盧秉恆就找到了化工學院的兩個教授,共同開發出光敏樹脂,每公斤成本只要100元。

盧秉恆從原理開始驗證,把紙剪成一個圓形,模擬每一次CAD破面,用紫外光來照射,使下面的光密樹脂固化。一步步地嘗試、驗證,最終研製出國際首創的紫外線燈快速成型機。

「我們有信心,提前10年實現增材製造目標」

自1993年以來,盧院士在國內率先開拓“光固化快速成型製造系統”研究,開發出了具有國際先進水平的機光電一體化快速製造裝置及專用材料,形成了一套國內領先的“產品快速開發系統”。

其中5種裝置、3類材料已經形成產業化生產,國產化率由0%提高到80%-90%,且有些技術及引數與國外相比,具有突破性。目前我國自主研發的3D列印裝置與技術,多應用於航空航天、醫療等行業,如航空發動機的機匣、飛機發動機的一部分零件、火箭的推進器的燃料儲箱等。盧秉恆院士團隊將投入下一代火箭,9米多的運載火箭連線環的研發。

相比國外,我國3D列印研究起步並不晚,在航空航天和醫療領域的3D列印技術應用上,我國還走在世界前列。但產業發展太慢、企業規模不足,和國外相比仍然有不小的差距。盧秉恆說,“我們有信心在‘中國製造2025’計劃中,提前10年實現以3D列印為代表的增材製造目標,與美國並駕齊驅”!

盧秉恆在《開講啦》

*文章內容整理自中國工程院百科、人民網《百年科技強國夢》、開講啦、科技名家風采錄