可使材料達(dá)到1000多攝氏度高溫的激光束，瞬間熔化金屬粉末并使其快速凝固。在計算機驅(qū)動程序控制下，這一熔化凝固的過程以令人目眩的速度快速重復(fù)——一個精確的人工骨骼植入體就這樣逐步成型。
在國內(nèi)首家國家級3D打印孵化基地——廣州3D打印產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，來自華南理工大學(xué)的楊永強教授目不轉(zhuǎn)睛地觀測著工作車間中一臺金屬3D打印機的調(diào)試過程。
在以他為首的技術(shù)骨干人員不懈努力下，首批18臺金屬3D打印機已經(jīng)生產(chǎn)出來，正進(jìn)行調(diào)試。不分平日和周末，只要一有空，楊永強就會來到3D產(chǎn)業(yè)園，與企業(yè)骨干探討如何將金屬3D打印機工藝進(jìn)一步提高。作為國內(nèi)金屬3D打印領(lǐng)軍人物，他希望將金屬3D打印盡早產(chǎn)業(yè)化，而這條路對于他來說，已經(jīng)走了十年。
奮斗者：楊永強
華南理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。1982年、1987年、1993年先后在天津大學(xué)機械系獲學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。現(xiàn)任中國機械工程學(xué)會增材制造分會常務(wù)理事兼設(shè)計專委會主任、中國3D打印技術(shù)聯(lián)盟副理事長、廣東省增材制造（3D打?。﹨f(xié)會會長、廣東省3D打印標(biāo)準(zhǔn)化委員會主任、廣東省激光行業(yè)協(xié)會監(jiān)事長、美國激光協(xié)會（LIA）高級會員等。
楊永強教授在增材制造（3D打?。⒓す獠牧霞庸?、焊接裝備與工藝等方面做了大量的研究工作，成功研制出國內(nèi)第一臺激光選區(qū)熔化（SLM）快速成型機，實現(xiàn)了金屬零件的直接快速成型制造，并將數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、個性化、定制化為特點的金屬3D打印技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中。
2013年以來承擔(dān)包括科技部國際合作項目、國家自然基金、廣東省重大專項等項目30多項。發(fā)表有關(guān)學(xué)術(shù)論文260余篇，SCI索引150余篇。授權(quán)中國、美國、德國發(fā)明專利44件，實用新型專利100余件。
金屬3D打印團隊
技術(shù)處于國內(nèi)領(lǐng)先地位
在楊永強的眼前，一臺金屬3D打印機正在飛快工作著。3立方厘米大小的模型被機器電腦虛擬“分切”成1000層。
利用金屬3d打印機打印出來的金屬物件
“我們的打印精度非常高，只需2小時就可打印完。”這個數(shù)據(jù)讓楊永強很自豪。他告訴記者，這臺機器的工作精準(zhǔn)度是以微米（千分之一毫米）來計算：能以最小20微米的精準(zhǔn)度，由點到線、由線到面和由面到型塑造各種復(fù)雜零件。
“從金屬牙冠、固定橋、植入體到珠寶首飾、異形零部件、航空航天配件……通通都可以通過這種金屬3D打印機制造出來。”楊永強告訴記者，目前華南理工大學(xué)研發(fā)團隊已經(jīng)為多家臨床醫(yī)院提供3D打印制造的醫(yī)療設(shè)備，包括外科手術(shù)導(dǎo)板、髖骨接骨板等植入體，已經(jīng)成功完成了幾十例臨床試用，取得了突破性的成功，減少了手術(shù)量，加快了病患的痊愈。
“3D打印正在快速改變我們的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式和生活方式，3D打印技術(shù)作為一項將要改變世界的技術(shù)，帶動新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)革命。國內(nèi)外企業(yè)和研究機構(gòu)利用3D打印技術(shù)不僅打印出了飛機、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、載人飛船的零部件，還打印出了發(fā)動機、無人機、微型衛(wèi)星整機。”楊永強教授告訴記者。
如果說3D打印是“一項將要改變世界的技術(shù)”，那么激光選區(qū)熔化金屬3D打印就是位列3D打印產(chǎn)業(yè)“塔尖”的最尖端技術(shù)。華南理工大學(xué)是國內(nèi)最早系統(tǒng)研究激光選區(qū)熔化金屬3D打印裝備、工藝和應(yīng)用技術(shù)的科研機構(gòu)，被譽為金屬3D打印的“黃埔軍校”。其學(xué)術(shù)帶頭人楊永強教授率領(lǐng)團隊研發(fā)出了國內(nèi)第一臺激光選區(qū)熔化金屬3D打印機、全球首款3D打印直接制造正畸舌側(cè)托槽產(chǎn)品，把金屬3D打印技術(shù)輸送到全國，孵化出多家有市場競爭力的3D打印設(shè)備和應(yīng)用企業(yè)。
楊永強所在的廣州雷佳核心團隊和技術(shù)來自華南理工大學(xué)，在LaserAdd系列工業(yè)級金屬3D打印機有多年的技術(shù)積累，已開發(fā)出世界先進(jìn)水平的高精度金屬3D打印機。落戶產(chǎn)業(yè)園僅一年半，雷佳增材就開發(fā)了6個型號的機器，預(yù)計2018年銷售額過千萬元，其發(fā)展速度被視為業(yè)內(nèi)一個神話。
“華工的金屬3D打印技術(shù)團隊在國內(nèi)領(lǐng)先。”楊永強告訴記者，清華大學(xué)、西安交通大學(xué)和華中科技大學(xué)是我國FDM、SLA和SLS等3D打印技術(shù)的源頭，為我國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)作出了卓越的貢獻(xiàn)。記者了解到，楊永強教授以其超前眼光和不懈努力成為我國最早和系統(tǒng)開展SLM金屬3D打印設(shè)備、工藝和應(yīng)用技術(shù)研究的第四支技術(shù)團隊。
以楊永強為首研發(fā)的3D打印舌側(cè)托槽制造方法，獲得了德國和美國的發(fā)明專利，處于世界領(lǐng)先地位，并獲得了中國、美國、歐盟和俄羅斯的醫(yī)療許可，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。
3D打印出來的金屬件以及相關(guān)的證書。
技術(shù)推廣一度碰壁
十年冷板凳終迎突破成果
創(chuàng)新從來不會一蹴而就，從技術(shù)成型到產(chǎn)業(yè)化絕不會一帆風(fēng)順。楊永強告訴記者，他曾經(jīng)為研發(fā)、改善技術(shù)坐過十年冷板凳。
31年前，楊永強在碩士研究生畢業(yè)后，敏銳地選擇了激光加工技術(shù)作為研究工作的內(nèi)容和方向，“當(dāng)時激光屬于前沿技術(shù)，中國的激光加工技術(shù)水平還比較落后，國家存在人才斷層。我非?？春眠@一技術(shù)發(fā)展，研究工作一做就是十幾年。”
“從2002年開始，得益于多年激光熔覆表面改性技術(shù)研究的經(jīng)驗積累，我萌生了把單層熔覆制造涂層的技術(shù)拓展到多層堆積成型的想法，于是我開始了鋪粉激光選區(qū)熔化技術(shù)的探索。”
他表示，金屬3D打印產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、取得的成績離不開政府、高校的支持。
在荔灣區(qū)的3d打印產(chǎn)業(yè)園
懷揣著制造強國的夢想，2002年9月，楊永強開始為激光選區(qū)熔化快速成型技術(shù)研究做準(zhǔn)備，卻因為缺乏經(jīng)費一籌莫展。
當(dāng)時金屬3D打印機被國外巨頭壟斷，一臺機器500萬元。在他為此困擾的時候，政府、學(xué)校的科研經(jīng)費幫了楊永強大忙。在籌措經(jīng)費的時候，廣東省科技廳給了他20萬元科技攻關(guān)專項資金，華南理工大學(xué)則給了20萬元苗子工程資金。這40萬元就成為了楊永強研發(fā)金屬3D打印機的啟動資金。
不久之后，楊永強找到了北京一家企業(yè)，希望與這家企業(yè)合作，通過共享技術(shù)加上40萬元啟動資金，讓該企業(yè)幫助他將設(shè)計好的金屬3D打印設(shè)備組裝出來。該企業(yè)拿出一臺報廢的舊設(shè)備進(jìn)行改造，楊永強拿出40萬元科研經(jīng)費用來購置關(guān)鍵的核心部件。2004年4月，國內(nèi)第一臺激光選區(qū)熔化快速成型機終于誕生了。
有了第一臺金屬3D打印機，楊永強開始了產(chǎn)業(yè)化之路。
2004年8月，楊永強來到了東莞長安，逐個對當(dāng)?shù)氐哪＞邔I(yè)鎮(zhèn)進(jìn)行3D打印的推廣。但現(xiàn)實給他澆了一盆冷水。
“當(dāng)時我們的技術(shù)有限，軟件、硬件都不成熟，模具行業(yè)廠家都不認(rèn)可，他們將數(shù)控機床的優(yōu)勢與金屬3D打印的劣勢進(jìn)行對比：尺寸精度不夠、表面高精度不高，甚至打印的金屬零件致密度和強度也不夠高。”但是楊永強卻沒有放棄，依然潛心研究金屬3D打印在其他行業(yè)的應(yīng)用：“即使是冷板凳，也要坐下去。我不怕再多坐幾年，沒想到一坐就是十年。”
這十年里，楊永強對金屬3D打印技術(shù)研究的步伐從未停止。2005年后，國外開始將光纖激光應(yīng)用到了3D打印設(shè)備上，與此同時，楊永強也獲得了廣州市科信局（科創(chuàng)委）的粵港招標(biāo)項目支持，購買了當(dāng)時售價40多萬元的200W光纖激光器，開發(fā)出了以光纖激光為光源的金屬3D打印設(shè)備Dimetal-280。2007年，他考慮把產(chǎn)業(yè)化與醫(yī)學(xué)、珠寶等產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，推出了Dimatal系列金屬3D打印機。2012年開始與北京大學(xué)第三醫(yī)院合作進(jìn)行個性化膝關(guān)節(jié)假體的3D打印技術(shù)研究，取得了突破性成果，授權(quán)了20多項專利，預(yù)計未來1~2年取得三類醫(yī)療器械許可證，在北醫(yī)三院等醫(yī)院進(jìn)行推廣應(yīng)用。
2012年，3D打印產(chǎn)業(yè)終于迎來了產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展期。“發(fā)展特別迅速，尤其是2015年-2016年，3D打印企業(yè)遍地開花，金屬3D打印規(guī)模隨著工業(yè)和口腔醫(yī)學(xué)應(yīng)用的落地開始快速發(fā)展，年增速在20%~30%。”
據(jù)美國專門從事3D打印行業(yè)調(diào)研的Wholers Report發(fā)布的年度報告顯示，2017年全球金屬3D打印機銷量僅1700多臺。買方主要集中在高校、科研機構(gòu)、醫(yī)療機構(gòu)等。“3D打印起步僅30年，尤其在金屬3D打印領(lǐng)域，未來10年將處于快速上升期。目前我們與世界巨頭處于同一起跑線上，可以與巨頭并跑甚至領(lǐng)跑。”楊永強表示。
【弘揚民族精神、奮斗精神】
對于取得的成就，他喜歡談“團隊”
雖然身為金屬3D打印界的翹楚，楊永強卻很少談自己，他一直說：“我們是一個團隊，這是團隊集體力量的結(jié)晶。”華南理工大學(xué)金屬3D打印團隊在過去十六年間，申請了超過260項專利，授權(quán)的發(fā)明專利40件、實用新型專利99件、多項軟件版權(quán)和外觀專利，是國內(nèi)金屬3D打印領(lǐng)域中知識產(chǎn)權(quán)最多、布局最完整的團隊。“大家都說華工算得上中國金屬3D打印界‘黃埔軍校’，國內(nèi)很多家領(lǐng)先企業(yè)的技術(shù)源頭都來自這里。”楊永強說。
【奮斗底色】
廣東大力支持3D打印發(fā)展
推動本土醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)升級
據(jù)美國專門從事3D打印行業(yè)調(diào)研的Wholers Report發(fā)布的年度報告顯示，到2018年,全球3D打印市場規(guī)模將達(dá)到125億美元，比2014年翻4倍。
展望未來，隨著技術(shù)體系的逐步完善、應(yīng)用領(lǐng)域的加速拓展以及產(chǎn)業(yè)鏈的不斷形成，全球3D打印市場可能進(jìn)一步迎來爆發(fā)式增長。
2017年11月30日，工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、教育部、公安部、財政部、商務(wù)部、文化部、國家衛(wèi)生計生委、國資委、海關(guān)總署、質(zhì)檢總局、知識產(chǎn)權(quán)局等十二部門發(fā)布關(guān)于印發(fā)《增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2017-2020年）》的通知，按照計劃，到2020年，增材制造產(chǎn)業(yè)年銷售收入將超過200億元，年均增速在30%以上。
廣東處于改革開放的前沿，廣東省、廣州市對于3D打印產(chǎn)業(yè)支持力度在國內(nèi)居于前列，助推金屬3D打印的發(fā)展。據(jù)介紹，在廣州，創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍團隊最高可以獲得3000萬元的支持。
根據(jù)《加快廣東省3D打印技術(shù)和應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展實施方案》，廣東省2014-2016年已連續(xù)三年投入廣東省重大專項——3D打印專項1.5億元以上，2017-2018年繼續(xù)保持支持力度。目前我國正通過成本優(yōu)勢和技術(shù)提升，推動本土醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)逐步向價值鏈上游高端醫(yī)療器械領(lǐng)域轉(zhuǎn)移。廣東省在醫(yī)療器械領(lǐng)域的發(fā)展水平在國內(nèi)一直占據(jù)前列，未來在3D打印醫(yī)療市場方面，特別是骨科植入體方面有較大的發(fā)展空間。
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