數字裡的新質生產力｜如何一口氣“打印”出16平方米零件？

新華社北京9月24日電 《經濟參考報》9月24日刊發記者袁小康採寫的文章《數字裡的新質生產力｜如何做到一口氣“打印”出16平方米飛機零件？》。文章稱，在無氧密閉腔內，四根噴頭噴出金屬粉末，經高溫激光作用瞬間熔化，在噴頭的數控移動下，金屬層層堆積生長，只需要數十個小時，一個面積達16平方米的複雜形狀大型鈦合金構件就能高效成型。

這是發生在北京航空航天大學大型金屬構件增材製造國家工程實驗室成果產業化基地——北京煜鼎增材製造研究院股份有限公司（以下簡稱“煜鼎增材”）車間裡的真實一幕。“金屬3D打印技術僅用一臺高性能計算機、一組高精度激光頭、一個大型金屬構件增材製造數控機械平臺，就能完成飛機、發動機、燃氣輪機等重大工業裝備大型複雜關鍵承力結構的快速生產。”煜鼎增材相關負責人告訴記者。

金屬激光增材製造技術（俗稱金屬3D打印技術）的核心在於，通過計算機控制激光逐層掃描，熔化同步輸送的合金粉末或絲材，層層堆積生長出三維複雜構件，從而製造出形狀各異的高質量金屬零部件。基於金屬3D打印高溫熔化和結晶過程智能控制，“傳統鑄造鍛造技術難以突破加工尺寸上的限制”“成分複雜的金屬材料大型構件難以保證成分質地均勻”等問題有了新的解決之路。

“以大型飛機機身鈦合金大型承力框爲例，最大零件外廓面積往往超過10平方米。採用傳統的冶金鑄鍛技術，哪怕是壓力達到8萬噸級的超大鍛造機也沒辦法直接加工，只能分成多個小型部分，加工完再拼接。而金屬3D打印則可以直接增材成型，讓零件數量大幅減少，結構重量顯著減輕，強度尤其是韌性大幅提升，材料消耗和加工時間減少80%。”上述負責人表示。

實際上，金屬3D打印技術的出現，不僅僅是製造工藝的一次革新，更是對傳統制造理念的一次顛覆。

中國工程院院士、北京航空航天大學教授、大型金屬構件增材製造國家工程實驗室主任王華明表示，通過精確控制激光熔化金屬粉末的每一層，金屬3D打印技術實現了對材料微觀結構和化學成分的精確調控。這一技術不僅可以在應用上實現更高效更具性價比的製造工藝，同時，通過對粉末直接熔化加工，還能夠克服傳統上新型合金冶煉時成分難以均勻分佈的問題。這樣不僅能保證大型金屬構件獲得晶粒細小、組織緻密、成分均勻的內部品質，性能得到質的提升，而且還能利用激光熔化過程中極高的溫度和結晶條件研發出化學成分全新的金屬結構新材料。

“如果說傳統冶金是一鍋各種成分混雜而不均勻的‘亂燉’，那麼3D打印就像‘超高速精細磨漿機’，可以獲得成分完全均勻、質地非常緻密的‘均質漿體’。對於逐漸面臨工藝極限但性能要求卻越來越高的金屬材料製備，3D打印有望帶來新的突破。”王華明說。

金屬3D打印技術的成功應用，不僅提升了我國在高端製造領域的自主創新能力，也展示了我國在新材料、新工藝研發上的實力。

“通過‘產學研’緊密結合和長期努力，我國在國際上率先突破了航空航天重大裝備高性能大型關鍵構件金屬3D打印及工程化應用等核心關鍵技術。更重要的是，3D打印爲重大裝備金屬結構新材料和高性能大型構件的高效綠色低成本生產製造開闢了新途徑，是真正意義上的新質生產力。”王華明說。

展望未來，3D打印技術還有更廣的增長空間。根據前瞻產業研究院發佈的《2024年中國3D打印行業全景圖譜》顯示，隨着3D打印產品在已有場景中的應用規模進一步擴張，以及新場景、新應用的不斷開拓，預計未來六年中國3D打印產業規模將持續高速增長。預計2029年中國3D打印設備的市場規模將超1200億元，2024年至2029年複合年均增長率約爲19.5%。

“中國在3D打印技術領域的領先並不是巧合。”國投創合基金管理有限公司副總經理、首席投資官董川在談到對3D打印賽道以及煜鼎增材的投資背景時表示，正是中國深厚的製造業基礎爲3D打印的應用迭代提供了充足的發揮空間，新技術才得以成功從實驗室走向產業。這項技術不僅能夠提升產品的製造效率和性能，還能助推製造業的轉型升級，爲國家的高端裝備製造業提供強有力的支撐。（完）