发展先进制造技术 实现崭新跨越——访国家“千人计划”专家，金属增材制造重庆市重点实验室主任张正文教授

：您一直从事先进制造技术、制造系统方面的研究，近年来做了哪些具体研究，取得了怎样的成果？

张正文：1989年赴英，从事先进制造方面的研究30余年，先后创立了利物浦大学先进-敏捷制造研究中心（1996年）、埃克塞特大学制造与企业研究中心（2001年）。所从事过的研究方向有：碳纤维复合材料航空零部件的自动化制造、增材制造（3D打印）、制造系统、制造战略、供应链等；发明的NCF碳纤维复合材料零部件自动化制造技术（1994年）在英宇航公司和DOWTY航空推进器公司成功应用，所开创的动态集成制造系统理论体系和方法得到了国际学术界的认可和大量引用，并被大型制造企业如罗·罗公司所借鉴。

2010年回国后，承担我国大型高效工业级3D打印关键技术攻关和装备的开发工作，主持了863课题“高效高精度大型选择性激光熔化成形装备研制及其在航天中的应用”，旨在开发出世界上最大最高效的SLM设备，台面尺寸达2000mm×2000mm，目前，该课题的研究已申请和授权多项发明专利，研制的750mm×750mm台面的大型SLM验证机已投入生产。我们也在世界上首次研制成功了镁合金、钒合金SLM零部件的成形工艺，发明了基于SLM技术的高效热管和热交换装置的设计方法。

：作为“千人计划”引进的制造技术专家，适逢国家推出“中国制造2025”战略机遇，您认为智能制造技术会有哪几个方向的发展？

张正文：金融危机以来，全球制造业产业链正在面临新一轮的布局和劳动再分工。一方面，特别是从东南亚、南亚、非洲等国家制造业产业链的逐步形成与发展来看，制造业全球化的趋势势不可挡；另一方面，西方发达国家自金融危机以来日益意识到以制造业为基础的实体经济的重要性，正在极力鼓励高端制造业向发达国家回流，美国的能源革命也确实使其成本优势有所增强。

中国作为新兴制造国家，在技术和创新能力方面正在追赶西方发达国家，其尚拥有但正在逐渐失去劳动力成本等方面的后发优势，关注的是如何加快产业升级，在尽力维持中低端制造业竞争力的基础上发展高端高附加值制造和创新驱动的新兴制造业，并用创新推动传统制造业的转型升级。未来的发展战略需要兼顾以下3个方面：一是紧抓制造业转型升级和创新驱动的新兴制造产业；二是鼓励中低端产业向西部内陆地区转移；三是鼓励企业积极参与第三世界的发展与全球产业链的布局分工，使我国成为全球产业链和物流的枢纽。

当前的制造业正在发生3个革命：一是制造材料的革命，以新材料和可持续材料替代传统材料，如碳纤维复合材料在航空航天、汽车、船舶、风电、能源等领域的广泛应用；二是制造方法的革命，新的数字化、智能化制造方法的产生，如3D打印，特别是金属和复合材料的3D打印技术，正在使制造业模式发生变化；三是制造系统和产业链集成手段的革命，以智能化、数字化、网络化的手段提高制造系统和供应链的效率和响应速度以及制造与服务的集成正在形成新的核心竞争要素，如工业4.0、物联网、下一代互联网、智能机器人、智能机床、大数据以及智能化的生产与物流管理控制方法。

紧紧抓住这3个革命带来的机遇，是推动我国制造业发展战略的执行、实现跳跃式发展的关键，因此，“中国制造2025”的推出正当其时。

：2015年 863计划在先进制造领域共批准立项了19个主题项目，作为“3D打印关键技术与装备研制”项目的首席专家，您准备采取怎样的措施推动该项目的进展？该项目的实施有望攻克哪些难题？具有怎样的意义？

张正文：该项目由重庆大学牵头，由5个课题组成，分别由重庆大学、西安交通大学、大连理工大学、天津大学和武汉滨湖机电科技有限公司承担，参研单位共有16家，包括航空航天、汽车、船舶等领域大型企业和研究院所。

为推动该项目进展，我们采取项目、课题、子课题、子任务4级调度系统，综合自上而下和自下而上方案编制了详细的调度计划图，包括各任务调度时间节点、最早完成时间节点和最晚完成时间节点。同时，我们通过课题间和课题内充分协商，制定了详细的项目级和课题级管理办法，通过定期的项目和课题协调会，检查工作进度，推动项目下各课题及任务按进度执行。我们也将充分发挥863专家组和项目责任专家的作用，为项目进展和关键技术发展提供支持。

该项目的实施将攻克3D打印设备大型重载工作台精密控制、多光束并行扫描和加工区域拼接、激光变焦复合轮廓扫描、工作舱气氛和温度控制、高效供料及溢粉回收、基于加热和测量反馈的闭环自整定温度控制（成形环境的温度控制）、等温凝固的界面连接技术等一系列难题，大幅提高现有工业级3D打印设备的成形尺寸和效率，使我国3D打印技术水平居于世界前列。

随着材料科学与成形工艺的快速发展，以激光选区熔化（SLM，又称选择性激光熔化）、激光选区烧结（SLS）工艺及其他先进连接技术为代表的增材制造工艺正在推动3D打印技术由原型制造快速成长为一种可以直接制造功能零部件的新型制造手段，并在航空航天、汽车、船舶、模具、医疗等领域中实现具有一体化复杂结构的高附加值零部件的单件小批量快速制造。相比传统制造手段，3D打印技术根据零件三维模型的分层切片数据逐层累积成形最终零部件，具有材料利用率高、生产周期短、成形过程与零件形状无关性、无需工装模具等独特优势，是实现单件小批量高附加值创新产品低成本快速制造的有效手段，也是未来实现多材料整体制造、功能梯度材料制造、彩色实体及宏微观一体化制造的有效手段。然而，受限于材料及工艺、装备成形尺寸及效率、软件、后处理手段等关键技术，3D打印技术产业链尚处于形成阶段，且在工业产品制造中的市场渗透率不足10%。

我国正处于由“中国制造”向“中国创造”战略转型的关键时期，亟需在继续发展和巩固传统比较优势的基础上尽快培育新的竞争优势，以促进我国制造业全面升级与快速转型。因此，需要抓住机遇，大力发展面向工业应用的3D打印技术，并加强与传统加工方法的集成，形成具有自主知识产权的成形工艺、装备、软件及后处理手段等关键技术与装备，为3D打印在工业领域中的大规模推广应用提供成套解决方案，以加快我国在高附加值产品领域的创新速度、降低创新成本。