5月11日9時許，一場視頻會議在佛山國家高新區(qū)三水園舉行。三水區(qū)委常委、樂平鎮(zhèn)委書記何小玲遠程連線中國工程院院士盧秉恒和西安交通大學(xué)機械學(xué)院教授李滌塵、田小永。在國內(nèi)首次太空3D打印成功后，佛山國家高新區(qū)三水園與盧秉恒院士團隊商榷合作再加碼。
5月5日18時整，長征五號B運載火箭成功將搭載的新一代載人飛船試驗船送入預(yù)定軌道，飛船上還搭載了一件完全由西安交大科研團隊與航天科技五院529廠自主研發(fā)的新型裝備——“連續(xù)纖維增強復(fù)合材料太空3D打印裝備”，順利完成我國首次實驗，這也是國際上第一次在太空中開展連續(xù)纖維復(fù)合材料的3D打印實驗。
在盧秉恒院士的支持下，李滌塵教授和田小永教授在2014年就創(chuàng)新性地提出了基于連續(xù)纖維增強復(fù)合材料的3D打印技術(shù)，是國內(nèi)最早從事連續(xù)纖維增強復(fù)合材料3D打印技術(shù)的研發(fā)團隊。視頻會議上，何小玲首先向上述三位科研工作者請教了太空3D打印的技術(shù)特點和民用前景，隨后雙方深入探討了3D打印技術(shù)與佛山制造業(yè)深度融合的實現(xiàn)路徑。
何小玲與盧秉恒院士的友誼始于2018年。在雙方的積極推動下，國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心作為國家增材制造創(chuàng)新中心全國首批分中心，在2019年7月1日正式落戶佛山國家高新區(qū)三水園。過去大半年，國家增材制造創(chuàng)新中心依托佛山分中心，已經(jīng)把增減材復(fù)合制造、電解質(zhì)等離子拋光以及陶瓷3D打印等首批技術(shù)過渡到佛山。
“今后將會有更多技術(shù)成果通過佛山分中心，在佛山乃至粵港澳大灣區(qū)推廣應(yīng)用，促進地方經(jīng)濟發(fā)展?！北R秉恒說，他在2016年提出“太空制造”的概念，此后西安交大的科研團隊也一直往這一目標努力探索，他希望未來能夠依托國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心，在粵港澳大灣區(qū)充分開展太空3D打印等主題的國際交流，并以建設(shè)國家實驗室為目標開展相關(guān)工作。
目前樂平鎮(zhèn)、佛山國家高新區(qū)三水園正在高標準打造佛高區(qū)萬畝核心園，其中約2000畝地計劃專門用于發(fā)展高端裝備制造。增材制造技術(shù)可以與制造業(yè)深度融合，促進高端裝備制造業(yè)的發(fā)展，這為佛山國家高新區(qū)三水園與國家增材制造創(chuàng)新中心進行更深層次合作提供了新空間。
何小玲表示，目前國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心已引入多個高水平項目團隊，中心建設(shè)初步取得成效，接下來，樂平鎮(zhèn)、佛山國家高新區(qū)三水園將會全力支持國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心進行科研成果轉(zhuǎn)化，攜手向打造國家重點實驗室的目標邁進。
■對話
制造業(yè)“上天”不再是一個夢想
5月11日，三水區(qū)委常委、樂平鎮(zhèn)委書記何小玲遠程連線中國工程院院士盧秉恒和西安交通大學(xué)機械學(xué)院教授李滌塵、田小永，以下為四人對話：
3年科研攻關(guān)換來3D打印一朝上天
何小玲：通過“連續(xù)纖維增強復(fù)合材料太空3D打印裝備”，我國完成了首次實驗，請問這項技術(shù)的意義是什么？
盧秉恒：3D打印也叫增材制造，是近年發(fā)展起來的先進制造技術(shù)，它主要應(yīng)用于產(chǎn)品快速開發(fā)和復(fù)雜產(chǎn)品的小批量制造。3D打印技術(shù)對推動制造業(yè)創(chuàng)新發(fā)展有非常大的促進作用，甚至可以帶來某些顛覆性的變化，在航空航天高端裝備研制等方面有特殊重要意義。
此次實驗可以說是非常成功。我們通過觀看設(shè)備工作狀態(tài)錄像，看到這臺3D打印機成功打印出了兩個對象：一個是蜂窩結(jié)構(gòu)（代表航天器輕量化結(jié)構(gòu)），另外一個是CASC（中國航天科技集團有限公司）標志。
這項工作的意義，一是顯示出我們?nèi)祟惤窈笥心芰υ谔者M行制造，未來一旦有太空設(shè)備出現(xiàn)故障損壞，如果能夠現(xiàn)場維修處理是最優(yōu)選擇，3D打印是實現(xiàn)這一目標的最好技術(shù)，因為它的工序流程非常簡單，一臺設(shè)備就能完成零件的更換；二是未來人類進入遠太空，航天器需要考慮在月球乃至其他星球上發(fā)射，運用3D打印技術(shù)進行太空制造，可以降低未來航天器的制造和發(fā)射成本。
此次太空3D打印主要針對纖維復(fù)合材料制造，纖維復(fù)合材料對于航空航天、軌道交通等高速運轉(zhuǎn)設(shè)備有非常大的提升作用，能夠極大減輕設(shè)備重量，提高設(shè)備有效載重。此次實驗也有望進一步推動纖維復(fù)合材料增材制造在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。
何小玲：請問我國這項技術(shù)在國際上處于什么水平？
盧秉恒：在太空中實現(xiàn)連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印，我國是全世界首個取得如此突破的國家。纖維復(fù)合材料在增材制造的發(fā)展中是一個熱點和潮流。
何小玲：連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印如何突破極端環(huán)境限制？
李滌塵：連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印是一項通用技術(shù)，太空、航空、船舶都可以應(yīng)用該技術(shù)，這項技術(shù)在2014年已經(jīng)申請國家發(fā)明專利。
此次連續(xù)纖維增強復(fù)合材料項目實際上是航天五院找到我們一起合作。最初我們對實際的研究應(yīng)用情況并不了解，于是我們就向航天五院的科學(xué)家們請教，太空到底是怎樣的情況，后來發(fā)現(xiàn)能源約束條件極其嚴苛，溫度范圍變化也比較大，另外還有一個因素是失重。
根據(jù)上述條件變量，我們與航天五院進行了多種方案論證，最后選用連續(xù)纖維增強復(fù)合材料進行3D打印，這一材料可以克服設(shè)備顫動、溫度波動范圍大等惡劣環(huán)境。而為了應(yīng)對低重力環(huán)境，田小永教授進行了多方位的3D打印對比實驗，最終驗證重力對連續(xù)纖維增強復(fù)合材料3D打印的影響會比較小。
實際上，我們一共用了3年左右的時間完成以上的基礎(chǔ)研究，研究結(jié)果提供給航天五院作為參考。航天五院在這個基礎(chǔ)上制造出工程樣機，再加載到太空環(huán)境下進行實驗驗證。今天看到的成功只是表面的一瞬間，其實需要大量積累，包括工作原理、工藝選擇、裝備穩(wěn)定性、材料穩(wěn)定性等各方面都要進行細致研究?？茖W(xué)技術(shù)的進步并不是一蹴而就，需要深入持久耐心研究，最重要是結(jié)合工程實際的挑戰(zhàn)去研究。
何小玲：連續(xù)纖維復(fù)合材料3D打印技術(shù)經(jīng)歷了怎樣的發(fā)展歷程？
田小永：在2013底2014年初的時候，我們開始有初步的想法。當時3D打印只能打印普通的樹脂，但樹脂材料性能不佳。傳統(tǒng)的復(fù)合材料性能很好，但因為涉及一系列的模具和設(shè)備，它的成型難度較大，成本也非常高。我們當時就想，能不能把復(fù)合材料的成型和制備集成在一起。也就是通過3D打印，制造出具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高性能復(fù)合材料產(chǎn)品。
很有幸，后來做了一些探索，先后得到了一些項目支持，尤其是能夠參與到我們國家航天載人項目當中?？吹轿覀冄邪l(fā)的技術(shù)用到重大工程當中，并且和國家航天部門的主力軍組成研發(fā)團隊，對提升我們的研究水平是很大的促進作用。希望未來與國家航空航天部門繼續(xù)進行深入合作，提升研究水平，為國家重大工程提供服務(wù)。
立足粵港澳大灣區(qū)探索”太空制造“
何小玲：2019年7月1日，國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心在佛山市三水區(qū)樂平鎮(zhèn)、佛山國家高新區(qū)三水園正式成立，該中心成立不到一年就有多項合作成果。請問3D打印技術(shù)是否能與佛山制造業(yè)特別是高端制造業(yè)有更多深入的融合？
盧秉恒：感謝佛山各級黨委和政府的大力支持，國家增材制造創(chuàng)新中心在佛山成功設(shè)立廣東唯一一個分中心。過去大半年來，我們調(diào)研了佛山乃至廣東制造業(yè)的現(xiàn)狀和優(yōu)勢，并根據(jù)增材技術(shù)的需求來開展研究，主要開展了以下三方面工作：一是推動精密零部件增減材復(fù)合制造裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化探索；二是結(jié)合佛山的傳統(tǒng)優(yōu)勢陶瓷產(chǎn)業(yè)，重點與三水的陶瓷衛(wèi)浴企業(yè)合作，將光固化樹脂和陶瓷粉結(jié)合在一起，開發(fā)了陶瓷3D打印的設(shè)備，能夠應(yīng)用在陶瓷衛(wèi)浴產(chǎn)品快速開發(fā)的場景中；三是引入了一項增材制造后處理技術(shù)——金屬表面電解質(zhì)等離子拋光項目，可以將3D打印產(chǎn)品的粗糙度減少到原來的十分之一，這項技術(shù)與佛山制造業(yè)有很高的契合度。
何小玲：目前樂平鎮(zhèn)、佛山國家高新區(qū)三水園正在打造佛高區(qū)萬畝核心園，其中有約2000畝地計劃用于發(fā)展高端裝備制造業(yè)。請問國家增材制造創(chuàng)新中心的工作怎樣與佛高區(qū)萬畝核心園的建設(shè)以及高端裝備制造業(yè)在園區(qū)的發(fā)展更好地融合？
盧秉恒：我在中國工程院負責我國高端裝備制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的論證咨詢工作，目前已連續(xù)做了四期，今年將開展第五期論證咨詢工作，我們將高端裝備制造業(yè)劃分成三大方面：第一類是空天海戰(zhàn)略裝備，第二類是智能裝備，第三類是民生裝備。未來佛山的高端裝備制造業(yè)發(fā)展規(guī)劃可以中國工程院的相關(guān)工作作為參考。
廣東是我國制造業(yè)發(fā)達地區(qū)，近年廣東也在大力推動高端裝備制造業(yè)的發(fā)展。增材制造是發(fā)展高端裝備制造的一個技術(shù)途徑，是一個非常好的工具。同時，增材制造裝備本身就屬于高端裝備，像剛才我提到增減材一體化裝備，目前國外已經(jīng)充分認識到它的重要性。山崎馬扎克公司（MAZAK）是一家全球知名的機床生產(chǎn)制造商，這家企業(yè)曾預(yù)計，到2030年后，增減材一體化設(shè)備的裝機量將占到機床裝備總裝機量的40%，這是一個非常大的量。
與此同時，未來廣東可能會在航空航天航海等領(lǐng)域?qū)ρb備制造業(yè)有新的發(fā)展規(guī)劃，增材制造可以在這些領(lǐng)域進行大量應(yīng)用實踐。廣東的核電產(chǎn)業(yè)也非常有名，由于核電裝備會使用到很多高性能材料，一般模具成型、切削加工等生產(chǎn)工藝越來越難以滿足這些設(shè)備的制造要求，增材制造是很好的替代性生產(chǎn)方法。
總體來說，我相信增材制造在廣東省大有用武之地，這也是國家增材制造創(chuàng)新中心在廣東設(shè)立分中心的出發(fā)點。
經(jīng)過3年建設(shè)，國家增材制造創(chuàng)新中心形成了一批創(chuàng)新成果，研發(fā)出一批創(chuàng)新裝備。依托佛山分中心，國家增材制造創(chuàng)新中心將會推動更多項目團隊和科研成果在佛山落地，包括李滌塵、田小永兩位教授目前正在從事的纖維復(fù)合材料增材制造技術(shù)。正如我在前面所說的，纖維復(fù)合材料3D打印是增材制造技術(shù)中最新的、也是最重要的一個發(fā)展方向。
另外，我們也愿意參與到樂平鎮(zhèn)、佛山國家高新區(qū)三水園2000畝高端裝備產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃中去，看看哪些產(chǎn)業(yè)能夠促進我們的技術(shù)進一步發(fā)展。
何小玲：對于未來“太空制造”有怎樣的設(shè)想？
盧秉恒：我在2016年西安交大110周年校慶之際提出“太空制造”。把制造業(yè)搬到太空中去，能在太空制造出方便人類生產(chǎn)、生活的各種裝備和產(chǎn)品，然后把它們降落到地球上來。這樣就能把地球上很多土地面積騰出來，留給人們生活所用，也避免了大量污染，同時太空的太陽能也是無窮無盡的。
提出這個設(shè)想之后，西安交大一直在向這方面努力，也做了很多工作。去年12月，我們在東莞召開了研討會討論太空3D打印等議題。此前的2019年10月，我們還在德國柏林召開了第二屆太空3D打印中德研討會。未來，我希望利用粵港澳大灣區(qū)這個區(qū)域平臺，充分開展國際交流，在太空3D打印方面做出更多有益的探索。如果有可能，我愿意奔著國家實驗室的目標去做，也希望得到地方政府的支持。
有很多地方政府對我們的技術(shù)非常感興趣，但覺得太空3D打印離生活太遠，那都是國家的目標，不是地方政府的目標，實際上不是這回事。比如連續(xù)纖維復(fù)合材料的3D打印技術(shù)，相信以后不但在飛機上能用，在火箭上能用，在高鐵上也能用，在汽車上也有非常多的用途。領(lǐng)先的太空研究，能對制造技術(shù)的發(fā)展起到非常好的帶動作用。同時，太空制造也會創(chuàng)造非常大的GDP。在去年的研討會上，有航天專家提出，太空制造可能會在未來10年內(nèi)形成幾十萬億元產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。這是我的暢想，要靠年輕人去實現(xiàn)。
何小玲：我代表樂平鎮(zhèn)委、鎮(zhèn)政府，愿意盡我們所能支持這個項目，并且攜手向打造國家重點實驗室的目標邁進。
■縱深探營國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心
引領(lǐng)“佛山制造”與
3D打印技術(shù)融合發(fā)展
5月11日，在國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心一樓展廳，工作人員一邊向記者展示一個航空發(fā)動機機匣，一邊介紹：“這個航發(fā)機匣先通過3D打印29.5小時，然后進行切削加工65小時成型，整個制造周期相對傳統(tǒng)工序縮短60%以上。”
自2019年7月1日成立以來，國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心已先后引入增減材復(fù)合制造、電解質(zhì)等離子拋光、陶瓷3D打印等5個項目團隊。隨著這些項目加快落地轉(zhuǎn)化，“佛山制造”+3D打印技術(shù)有望擦出更耀眼的火花，帶來一系列“創(chuàng)新裂變”。
5個優(yōu)質(zhì)3D打印項目已落戶
在國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心一樓展廳，一個看似平平無奇的航空發(fā)動機機匣，凝聚了增減材復(fù)合制造創(chuàng)業(yè)團隊的智慧與心血。這是國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心成立大半年來，引進最重磅的項目團隊。
傳統(tǒng)的等材加工和減材加工在大批量生產(chǎn)上具有優(yōu)勢，但不適合小批量、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工制造；相反，增材制造在表面粗糙度和尺寸精度等一些技術(shù)指標上不如傳統(tǒng)加工，但可加工任意復(fù)雜零部件。增減材復(fù)合制造創(chuàng)業(yè)團隊通過整合增材制造和減材制造各自的技術(shù)優(yōu)勢，走上了一條精密零部件增減材復(fù)合制造裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化探索之路。
“此前，我們在佛山調(diào)研了廣東省壓鑄行業(yè)協(xié)會、佛山市模具行業(yè)協(xié)會、科龍模具、文燦壓鑄、中南機械等十多家單位的需求，選擇了在佛山有廣闊市場前景的模具及大型工件修復(fù)與再制造、復(fù)雜精密難加工零部件生產(chǎn)領(lǐng)域進行技術(shù)成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化?！痹鰷p材復(fù)合制造創(chuàng)業(yè)團隊有關(guān)負責人說。
包括精密零部件增減材復(fù)合制造裝備研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目在內(nèi)，目前國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心已累計引入5個項目團隊落戶佛山國家高新區(qū)三水園。這意味著，國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心已完成零的突破，有望為“佛山制造”與3D打印技術(shù)融合發(fā)展帶來更大的探索空間。
“我們的指導(dǎo)理念是圍繞3D打印上下游產(chǎn)業(yè)鏈條，瞄準個性化、小批量的制造需求引入項目團隊?！眹以霾闹圃靹?chuàng)新中心佛山分中心有關(guān)負責人說，比如電解質(zhì)等離子拋光項目的引入，就是為了解決3D打印的后處理問題，該技術(shù)可使3D打印產(chǎn)品的光滑度大幅提升，而且拋光技術(shù)成本低，拋光過程中產(chǎn)生的廢水還可直接排放。
從技術(shù)服務(wù)到設(shè)備工藝推廣
不同于一般的創(chuàng)業(yè)孵化器，國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心通過對接國家增材制造創(chuàng)新中心，大部分引進項目均為中國工程院院士盧秉恒的相關(guān)項目團隊，國家增材制造創(chuàng)新中心的自有項目。
盧秉恒是中國工程院首位3D打印領(lǐng)域的院士。國家增材制造創(chuàng)新中心則是16個國家制造業(yè)創(chuàng)新中心之一。2019年，國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心作為國家增材制造創(chuàng)新中心全國首批分中心落戶佛山國家高新區(qū)三水園，盧秉恒正是關(guān)鍵決策者。
盧秉恒說，國家增材制造創(chuàng)新中心的使命是在前沿技術(shù)上進行探索創(chuàng)新，形成技術(shù)成果后交由企業(yè)轉(zhuǎn)化，國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心作為國家增材制造創(chuàng)新中心在廣東設(shè)立的唯一分中心，將致力于把創(chuàng)新與粵港澳大灣區(qū)制造業(yè)的實際需求結(jié)合起來，一是研制出更新的裝備、更有針對性的工藝，二是帶動當?shù)氐闹圃鞓I(yè)發(fā)展，形成更好的效益。
基于以上的發(fā)展思路，國家增材制造創(chuàng)新中心依托佛山分中心，正推動更多項目團隊和科研成果在佛山落地。與此同時，國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心也在探索更多元的成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化模式，釋放3D打印技術(shù)和“佛山制造”更強大的“耦合效應(yīng)”。
“得益于分中心的組織架構(gòu)優(yōu)勢，我們對大部分項目的軟硬件擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，從去年開始面向佛山等地制造業(yè)企業(yè)提供3D打印應(yīng)用服務(wù)和技術(shù)支持?！眹以霾闹圃靹?chuàng)新中心佛山分中心有關(guān)負責人說，今年起，該中心開始瞄準定制化非標機械，開始進行3D打印裝備和工藝推廣。
數(shù)據(jù)顯示，2019年，全球3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模達119.56億美元，同比增長29.9%。上述負責人說，目前國家增材制造創(chuàng)新中心佛山分中心仍處于起步階段，但立足粵港澳大灣區(qū)，背靠廣東制造業(yè)，該中心未來的發(fā)展前景令人期待。
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