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探讨3D打印行业发展面临的主要问题

文章出处:3D打印行业点击次数:作者:admin
     增材制造产业在国家政策的大力支持下,发展迅速。在3D打印材料及装备、增材制造工艺及装备以及增材制造产业与传统制造相结合协同发展方面,国内均取得了较大的突破。但是与欧美发达国家相比,中国增材制造产业仍处于发展的起步阶段,面临着诸多的问题及挑战。
 
1. 关键原材料依赖进口
     增材制造原料国内虽有一定研究基础,但批次稳定性差,应用有限,大部分尚需依赖进口。目前,增材制造专用原料,特别是军用特种金属或陶瓷原料全部来自进口。以美国为首的西方国家经调查发现我国将这些原料用于军事领域后,马上联合欧洲相关公  司停止了向我国出口高质量的增材制造专用原料。国内自主开发的制粉装备技术落后,价格高昂(上千万元)、交期长(2年以上),不能满足3D打印粉体材料的大规模批产。为了满足我国增材制造在重大领域的研制与生产任务,国内只能以民用的名义进行小批量的采购,采购周期长、途径不稳定,一次采购量受到限制且材料品种单一,未来采购也具有很大隐患,严重影响重大领域的型号攻关任务。据报道,国内某航空配套企业为XX型飞机配套操作杆系统,由于进口粉末受阻导致型号开发延误,因此开发国产自制的球形金属粉末尤为迫切。开展高质量、低成本增材制造专用原料研制才能实现增材制造成形技术关键原料的完全自主保障,打破受制于人的局面。
 
2. 缺乏系统性应用研究
     大量关键异型构件因受传统制造工艺、装配等制约,迫切需要采用增材制造成形技术进行制造。设备方面,国内成熟的工业级激光3D打印装备,一方面成形尺寸小于800mm,很难满足大尺寸零件的制造需求;另一方面还存在成形工艺少、成形效率低、应用成本高等问题;工艺方面,增材制造工艺严格受到国外“闭源”控制,材料与装备采取捆绑式销售的方式;由于增材制造,特别是激光增材制造成形材料及结构的组织、缺陷有其特殊性,常见的气孔、未熔合、裂纹等缺陷的尺寸仅为微米量级,采用常规的方法较难检测;另外,增材制造成形制件的组织特征及缺陷的类型、分布、尺寸等对综合力学性能影响的研究和评价还缺乏系统性应用研究,这些问题严重制约了增材制造成形技术的应用。
 
3. 缺乏匹配的热处理技术及装备
     金属增材制造构件后续热处理被重视程度不高,基础性研究几乎没有。关键构件能否从根本上得到改性,很大程度上取决于热处理技术及装备。国内企业从来都是“重冷轻热”,在传统工艺上对热处理的研究就不够透彻,更不用说针对增材制造构件设计专用的热处理制度。国内增材制造企业迫切需要开展关乎组织性能调控的增材制造后处理制度及设备标准化建设工作,特别是后续热等静压、开模锻造等致密化处理以及后续热处理工艺,从根本上解决增材制造构件“力学性能达到铸件水平,而达不到锻件水平”和“高温持久性能达到锻件要求、而达不到铸件要求”的尴尬局面。
 
4. 尚未形成全面的行业标准
     继2002年美国汽车工程师协会发布钛合金标准《退火Ti-6Al-4V钛合金激光沉积产品》以来,美国已经陆续颁布了几十项增材制造相关标准。这些标准几乎涵盖了粉末、打印工艺以及后处理的增材制造全产业链涉及的范围。反观国内,关于增材制造工艺过程中构件组织形貌的表征、控制和认证的依据和标准仍为空白,构件往往只能通过尺寸精度、致密度、力学性能等宏观因素考察打印效果,缺乏微观组织的验证标准。另外,增材制造构件需要进行后续热处理改善综合性能已是行业共识,而目前所有针对增材制造构件的热处理制度依旧是沿用传统铸件或锻件标准,根本无法完全适用于增材制造工艺,致使该技术的大范围推广应用受到限制,没有体现该技术的产品优势、技术优势和市场优势。
 
5. 创新平台协同发展较弱
     早在五年前,美国政府组织100余家单位、研究机构联合成立了“国家增材制造创新中心”。反观国内,目前尚未建立有效的国家层面的增材制造产业创新平台。大型企业、高等院校和科研院所各自为战,产业链过于集中在中游(打印设备研发),研发主体单打独斗未能形成合力的态势,不利于增材制造产业链的整体发展,亟待整合全国增材制造研发—生产—应用的产业链资源,实现一体化的规模发展。
 
6. 专业人才匮乏
     目前,国内高等院校、职工技校等单位均未设置增材制造专业与相关学科,仅设立了科普性质的“兴趣课”或实习。专业化人才缺乏,科研力量薄弱。人员结构欠合理,综合性人才的缺乏是影响增材制造产业发展的重要因素。中国增材制造领域人才总  量不足,高端人才和专业人才偏少,学历、技术职称层次不高,与发达国家之间存在较大差距。


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