金屬研究院的3D打印機
3D打印技術被譽為“第三次科技革命的工具”，對傳統制造的打印技術和方式帶來革命性的改變和必要補充。3D打印技術的發展前景遠大，應用非常廣泛。這種技術可以和很多領域結合起來，比如生物、醫療、建築、珠寶、鞋類、工業設計、航空航天等。
近年來，為加快3D打印技術應用和產業化，青白江區的成都先進金屬材料產業技術研究院（簡稱“材料院”），組建了一支專業化3D打印項目團隊，開展3D打印全產業鏈技術研發以及產品應用產業化開發工作。
看3D打印技術優勢
近日，筆者來到材料院增材製造（3D打印）實驗室，實驗室擺放了兩臺3D打印機，一臺白色外形的是用於激光束選區熔化成形的3D打印機，另外一臺黑色外形是用於電子束選區熔化成形的3D打印機。
工程師劉芯宇介紹，3D打印作為一種“增材製造”技術，它與傳統“等材”和“減材”加工技術相比有較大優勢，一是無需專用的模具或夾具，增加了成形的效率和柔性，不僅節省了工裝和專用工具成本，還能大幅度縮短新產品開發週期；二是3D打印製件的晶粒細小、組織均勻、力學性能優良，在製造個性化、小批量、複雜結構、難熔難加工件材料和零件時，具有明顯優勢。3D打印作為一種新興製造技術，與鑄造、機加工等傳統加工技術形成了很好的配合，在製造業轉型升級的過程中發揮了巨大作用，成為迅速提升我國航空航天、核電重大工程項目研發進度、縮短型號研發週期的重要支撐。
電子束選區熔化成形3D打印機是材料院剛剛引進的，也是四川省首臺EBSM金屬3D打印設備，目前正在開展設備安裝調試和技術人員培訓工作。
激光束選區熔化成形3D打印機，正在打印一批尺寸為132mmX12mmX4mm的脛骨用接骨板。筆者看到，打印機里正在一層一層按照尺寸進行打印。脛骨用接骨板用於人體脛骨的骨折堅強內固定，劉芯宇說：“此接骨板利用CT建模後，由於採用3D打印製造，相比傳統方式是更加優良的人體工學設計。”
那麼，激光束選區熔化成形3D打印和電子束選區熔化成形3D打印兩者有什麼區別呢？“簡單地說，前者精密度更高，後者建造速度更快，使小批量製造成本更低。兩者各有優勢、劣勢，都具有非常廣闊的應用前景。”劉芯宇表示，激光束3D打印系統可以打印鈦合金、鋁合金、模具鋼、特種不鏽鋼、超級合金等多種金屬材料，可穩定快速、高精度、高品質的實現從CAD數據直接生產金屬零件。電子束3D打印系統在高真空環境下通過逐層熔化金屬粉末的方式製造實體部件，具有產品緻密度高、氧含量少、熱應力低、不易變形開裂、打印效率高等特點，主要用於純鈦、鈦合金、鈦鋁金屬間化合物、鎳基合金、鈷鉻合金、鎢合金等材料結構構件的快速製造。
看3D打印原材料優勢
材料院主要圍繞攀西地區豐富的釩鈦鐵礦產資源，經提煉精製出多種金屬球形粉末，採用工業級3D打印機制備出終端產品，形成“粉末—打印—檢測—應用”全流程體系。
“我們採用的是球形鈦及鈦合金粉末進行工業零件的3D打印。”鈦作為一種國家戰略金屬，在航空航天、海工、醫療、軍工等領域具有重要應用前景，而攀西地區的鈦資源儲量在國內達到驚人的90%以上。攀鋼在鈦產品開發方面，鈦的板管棒線卷、大鍛件等產品已經形成了批量生產能力，為了進一步擴展鈦產線，開拓了鈦粉末產品生產線。
目前，材料院立足於攀西地區釩鈦磁鐵礦產資源，正著力提升釩鈦資源綜合利用水平，創新突破了高爐渣提鈦產業化技術，實現低成本鈦金屬冶煉。目前，公司已建成百噸級鈦合金球形粉末生產線，解決了3D打印原材料供給問題。“鈦合金有很多優勢，抗腐蝕性、生物相容性非常好，所以是非常優秀的醫療器械材料，同時它的機械性能很好，密度低，以鈦合金為原材料製造的部件既堅韌又輕便，也是航空航天材料的首選。”劉芯宇介紹道。
但是由於鈦合金本身導熱性不好，導致鈦合金的加工十分困難，傳統切割技術在切割鈦合金的時候，熱量總在刀尖聚集，會使刀尖軟化，加工成本十分高昂。而使用激光3D打印技術和電子束3D打印技術金來加工鈦合金就十分方便，相對傳統加工技術，既節省加工成本，又節省加工時間，可以說鈦合金和3D金屬打印機是一對“黃金搭檔”。
看3D打印產品應用和規劃
3個小時後，激光打印的一批（20個）脛骨用接骨板打印完成。劉芯宇將其取出，比劃道：“這是我們小腿前側的這個部位。傳統的接骨板，一個很直的結構，在做手術的時候，根據病人骨頭的形狀，再去彎折植入，相比於傳統的方法，3D打印可以通過CT掃描病人的骨骼後，根據病人骨骼形狀、彎曲程度，再用電腦製作一個相應的模型，然後把模型導入3D打印機進行生產，並很快的打印出來。”
雖然定製接骨板的應用前景很好，但是畢竟是醫用骨科植入物，這類醫用品都需要經過長期而周密詳細的反覆測試，才能夠真正應用到人體，而這些測試的第一步，細胞培育測試正在進行中，接下來，劉芯宇將打印一批用於細胞培育測試的部件。“其實3D打印並不複雜，3D打印和一般的打印原理比較類似，打印文字是首先在電腦上寫好文字，然後通過打印機打印出來。3D打印同理，也是首先要設計好一個3D模型，將模型導入3D打印機內，然後再打印出來。就像文字打印機一樣，3D打印機也是將一件模型分為無數個非常薄的切層，一層一層像是‘堆積木’一樣‘堆疊’起來，最終成為一個完全整體的部件。”
目前，材料院主要瞄準航空航天、醫療和汽車製造領域的鈦合金、高溫合金、鋁合金、特鋼零件的一體化、輕量化設計和增材製造及修復技術研究，以及相關產品開發。以產業化為目標，與汽車企業開展增壓渦輪、連接件等零件的3D打印技術開發，正在開展複雜零部件的整體設計和增材製造成套技術研究。與西南交通大學、華西醫大開展人體骨修復體、關節等植入物的3D打印技術開發，正在開展植入物仿生設計、精準製造和生物特性檢測成套技術研究。未來，3D打印開發的複雜零件將在經過驗證後獲得進一步應用，醫用骨科植入物將經過生物檢測、臨床驗證後獲得醫療器械資質奠定基礎。
根據規劃，材料院在3D打印方面將以原料開發+技術應用為主導，逐漸形成惰性氣體霧化、旋轉圓盤、等離子絲霧化制粉等技術的3D打印粉末製備平臺，以及旋鍛、輥模拉拔等技術的3D打印用絲材開發平臺，開展鈦合金、高溫合金及特種合金粉末/絲材的開發與定製；同時形成激光束鋪粉、電子束鋪粉、激光送粉熔覆、電子束熔絲等技術的3D打印加工製造平臺，以開放的心態。聯合業內企業，開展航空航天、醫療、汽車等領域零部件的深加工和應用合作。形成國內知名的集“原料製備—打印加工—檢驗檢測—應用服務”為一體的3D打印行業領軍企業，為青白江區先進材料產業和智慧產業城發展注入強大的生機與活力！
（來源：金融投資報）