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重型金屬3D打（dǎ）印技術產業化應用取得突破

2015-7-2 來（lái）源：作（zuò）者：

從風（fēng）扇產（chǎn）業到核電風機領（lǐng）域（yù），南方風機股（gǔ）份已經成為國內核電（diàn）通風設備的龍頭企業，如（rú）今又向“工業級（jí）3D打印”領域嚐試二次創業。日前，民生證券（quàn）調研南風股份後發布（bù）報告稱，南（nán）方增材（南風股份子公司）與上海核工程研究設計院的合同產品—核電主蒸汽管道（dào）貫穿件樣品已經完成。

如果樣品（pǐn）檢驗合格，該技術將大大提高核電站安全性能，並縮短（duǎn）建設周（zhōu）期（qī）。若加（jiā）上核電站核島核心部件，市場價值可達數百億元。這一技（jì）術也是佛山重工業發（fā）展史上的一（yī）次重大突破，對佛（fó）山實現萬億裝備製造業（yè）的產業目標（biāo）具有積極意義。

一．聯手（shǒu）領軍人才二次創業（yè）

  南（nán）風股份相關負責人介紹，在國內核電風機設備領（lǐng）域，南風股份的設備市場占有率已超過70%，但主營風機業（yè）務受到（dào）國家核電（diàn）發展的環境影（yǐng）響，企業處於一種（zhǒng）被動式跟隨（suí）狀態。

  由於國內核電風機（jī）設備領域的市場空間存在（zài）“天花板”，再（zài）加上風機的製造方麵已經很難有大的突破，企業決定（dìng）尋求新的突破。

  處於核電裝備領域的南風股份發現，在國內核電站建設（shè）過程中，目前核（hé）心部件的製造技術仍掌握在國外企業手中，核電站設備部分部件高度依賴進口。以核電站的大（dà）型鑄鍛件為例，其核心技術主要集中在日韓和歐洲，中國企業與其有差距，部分大型、複雜鑄鍛件（jiàn）尚未攻關成功（gōng），隻能依靠進口，關鍵時候還受到其對中國出口（kǒu）的（de）限製，一定程（chéng）度上影響了項目的建（jiàn）設進（jìn）程。

  “打造一個大型鍛件（jiàn）要（yào）幾百噸（dūn）鋼材（cái）和三年的（de）時（shí）間，做完後（hòu）隻要檢驗不合格，幾千萬元就打（dǎ）水漂了。”南方增（zēng）材總經理朱誌宇說，傳統的鍛造工藝要求（qiú）高，流程複雜（zá），生產周期長，需要多套（tào）設備配套完成，導致（zhì）核電（diàn）成本居高不下（xià）。

  高端技（jì）術人才資（zī）源是企業創新的第一資源。2009年底，南風股份的技術團隊（duì）在北京遇到了北京航（háng）空航天大學教授王華明。王華明是航空材（cái）料（liào）與結（jié）構研究部（bù）首席科學家、國內激光製造的（de）學（xué）術帶頭人。此前，飛機大型結構件的生產采用傳統的鍛造和機械加工等（děng）方法，光大型模具的加工就要用一年以上的時間。模具加工（gōng）出來後，再用它鍛造出一個大型結構件的毛坯，然後繼續加工各部位的細節，等到最後成形，幾乎90%的材料都被切削、浪費。

  王華（huá）明創新了一條截然不同的道路，通過計算機控（kòng）製，用激光將合金粉末（mò）熔化，一層層堆積起來，高效率地“生長”出一個（gè）合金部件。

  南風股份與王華明在開發金屬3D打印技術上進（jìn）行合（hé）作。兩者合（hé）資成立南方增材公司，成立了“重型金屬構件電熔精密成型技術項目”，麵（miàn）向民用領域，王華明團隊持有31%股份。“王華明教授（shòu）帶（dài）領公司（sī）技術團隊，自主研發（fā）了重金屬3D打印技術，是高端重大工業裝備中（zhōng）大（dà）型、特大型關鍵構件製造（zào）方式的一項變革性技術（shù）。”朱誌（zhì）宇說。

二．填補重型金屬3D打印空白

  王華明核（hé）心技術團隊經過上百次實驗（yàn）後，在關鍵技術上取得了突破性進展，並在實驗室成功做出了物理、化（huà）學性（xìng）能皆優（yōu）於鍛件的核電重（chóng）型裝備的金屬（shǔ）構件縮比件。

  重型金屬3D打印技術產業化應用的突破，在國內（nèi）屬於空白。在3D打（dǎ）印的應用（yòng）領域，核電又是一塊處女地。南方增材相關負責人表示，重型金屬3D打印技術是一種國際首創（chuàng）的重型金屬（shǔ）構件短流程（chéng）、綠色、精密、數字化（huà）的增材製造新技術，可廣（guǎng）泛應用於百萬千瓦核電裝備、百（bǎi）萬千瓦超臨界和超超臨界火電機組，以及（jí）水電、石化、冶金（jīn）、船舶（bó）等現代重大工業裝備合（hé）金鋼等重型金屬構件的製造。

  “我們（men）在材料、設備、工藝研發設計上，整套流程都擁有自主（zhǔ）知識（shí）產權。我們通過國家專利（lì）局檢索了這個領域的所（suǒ）有相關信息，國內（nèi）外沒有發現與我們技術相（xiàng）似的。”朱誌宇表示。

  相比起傳統鑄（zhù）造工藝，增材（cái）製造（zào）技術的（de）優勢在於（yú）“輕裝備”，隻（zhī）要一台3D打印機，一道高（gāo）溫電熔的“打印”工序即可見成品。而（ér）在傳統鍛（duàn）造工藝中，如果（guǒ）要製作一件50噸的核電（diàn）部件，至少（shǎo）需要180噸的鋼錠（dìng）材料，放入200噸以上的電弧爐進行冶煉澆注，還要經過萬噸以上機器的鍛造和熱處理，多達十幾道工序需要耗時6個月以上。

  目（mù）前，核電站的建設周期是60個月。引入增材製造技術製造（zào）重（chóng）型金屬構件，整個周期可以壓縮到50個月。

  朱誌宇認為，以前發展核電站的（de）瓶頸是造價高（gāo），因而電價（jià）也高（gāo），現在壓（yā）縮周期後（hòu）電（diàn）價會比（bǐ）火力發電低；另外，南（nán）方增材瞄準的是核電裝備，涉及傳統重工業行業這（zhè）個新技術的應用（yòng），提升了產品的性能（néng），也提高了安全等級。

三．推動3D打印在製造中應用

  經過30多年的快速（sù）發展，珠江西岸已發展成為廣東省重要的裝（zhuāng）備製造業生產基地，初步形成了產業特色鮮明、具有一定規模（mó）和技術水（shuǐ）平的裝備製造業體係，為發展先（xiān）進裝備製造業奠定了堅實的基礎。《佛（fó）山市打造萬億規模先進裝備製造（zào）業（yè）產（chǎn）業基地工作方（fāng）案》要求加快工業機器人（rén）、3D打印（yìn）等先（xiān）進製造技術在（zài）生產過程中的應用。

  今年年初，南（nán）方風機股份控股子公司南方增材（cái）與上海核工程研究設計院簽訂了《核電主蒸汽管道貫穿件模擬件增材製造技術支持與服務合同》。在合作的（de）基（jī）礎上，2015年，企業將完成（chéng）模擬件的驗證，通過實（shí）驗數（shù）據驗證模擬件可取代傳（chuán）統冶（yě）煉、鍛造工藝製造的產品，在力學、性能等指（zhǐ）標上達到核工業（yè）領域的標準。

  “核（hé）電代表工（gōng）業最高領域，如果順利達到了各項標（biāo）準，這（zhè）樣一項（xiàng）全新工藝就（jiù）可以在（zài）其他裝（zhuāng）備領域的生產製（zhì）造中（zhōng）運用。”朱誌宇稱。

  增材製造技術（shù）在核電（diàn）部件製造上得到突破後，壓力容器、蒸汽發生器、穩壓器等大量核反應（yīng）堆中的核心部件都能通過增（zēng）材製造進行生（shēng）產。以核心部件蒸（zhēng）汽發生器的管板為例，朱誌宇稱，這一項的市場價值（zhí）就（jiù）超過20億美金（jīn），再（zài）加上核電站核島核心部件，市場價值可達數百億元。

  “通過3D打印，我們（men）可以根據客戶需要，完成不同構件的個（gè）性化定製，特（tè）別是裝備（bèi）業中一些關鍵的金屬異形（xíng）件，也可嚐試（shì）進（jìn）行突破。”南方增材總經理助理李春華說道（dào）。

  近年來（lái），增材製造、新材（cái）料（liào）、大數據（jù）等技術突破和廣泛應用，正推動製造業生產方式的深刻（kè）變革（gé）。李春（chūn）華表示，不遠的將來，金屬（shǔ）增材製造將是佛山重工業發展的一次重大突破，對佛山打造萬億裝備製造業的產業目標具有積極意義。

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