打造华南地区激光与增材制造技术创新与应用示范基地——专访广东省科学院副院长刘敏

文/潘慧

[导语]

激光与增材制造是广东省科学院重点发展的技术领域之一。近年来，广东省科学院着力打造广东激光与增材制造高层次人才集聚高地、产学研合作与科研成果转化应用的组织载体、创新驱动发展的枢纽型高端平台，成为了华南地区激光与增材制造应用基础研究、技术创新和工程化应用的重要示范基地。近日，本刊记者专访广东省科学院副院长刘敏教授，请他介绍广东省科学院在激光与增材制造技术创新与应用等方面的成果、计划及关于进一步推进广东省激光与增材制造产业发展的相关建议。

创新示范 有力支撑

《广东科技》：请您简要介绍广东省激光与增材制造产业发展和技术创新情况。

刘敏：目前，广东省已成为我国最大的激光与增材制造产业集聚区，相关企业数量超过1000家，上市企业27家，产业规模和企业数量均占全国30%以上，位居全国首位，2021年产业规模超过1300亿元。目前，广东省已形成广州、深圳为核心，东莞、佛山、珠海、中山等珠三角城市为重要节点的激光与增材制造产业发展格局。广东省已建立了关键材料、核心器/软件、装备系统、应用与技术服务等各环节协同发展的全流程产业链，在产业链各个环节涌现出大族激光、纳思达、创鑫激光、海目星激光、创想三维、纵维立方、迈普医学等龙头骨干企业。

在技术创新方面，广东省激光与增材制造领域技术创新综合能力位居全国前列，拥有广东省科学院、华南理工大学、华南师范大学、广东工业大学等30余家激光与增材制造技术相关的高水平研发机构，国家级与部级相关研究平台20余个、省级相关研究平台90余个。在广东省重点领域研发计划“激光与增材制造”重大专项支持下，研发了高功率半导体激光器芯片、高端激光器、高性能等离子/激光增减材复合装备、冷喷涂固态增材装备等一批关键核心技术，解决相关“卡脖子”问题。2021年，广东省激光与增材制造领域专利公开量和SCI 论文发表量分别累计达到14542件（全国占比17.22%）和2405篇（全国占比13.87%），分别位居国内第一和第三。

《广东科技》：广东省科学院在推动激光与增材制造产业发展方面扮演了怎样的角色，起到了怎样的作用？具体开展了哪些工作？

广东省科学院激光与增材制造团队研发的国内首创增材制造万吨级大持液量一体式3D打印微反应器

刘敏：激光与增材制造是广东省科学院重点发展的学科领域之一，研究方向涵盖材料—工艺—装备—应用的全流程技术链和产业链。在推动激光与增材制造产业发展中，广东省科学院扮演了打造广东激光与增材制造高层次人才集聚高地、产学研合作与科研成果转化应用的组织载体、创新驱动发展的枢纽型高端平台的角色，是华南地区激光与增材制造应用基础研究、技术创新和工程化应用的重要示范基地。

具体工作方面，一是省科学院开展了一系列激光与增材制造产业发展的关键应用技术研究和重大技术应用的基础研究，在增材制造专用粉末、激光与增材制造装备、激光与增材制造技术在生物医疗、航空航天、模具、汽车等领域应用等方面取得了一系列代表性技术成果，为广东省激光与增材制造产业发展输送了一批新技术、新材料和新产品。二是省科学院是广东省激光与增材制造战略性新兴产业集群咨询支撑机构和服务工作专班成员之一。2021年，联合省科技厅组织召开了“光耀世界 增创未来”为主题的2021年第一期“湾区创新论坛”，共同发布了广东省二十大产业集群第一本蓝皮书《2020年广东省激光与增材制造产业发展报告》；并编制了《广东省激光与增材制造产业集群季报》2021年第1至3期，印发至省政协、省制造强国领导小组办公室、省直单位、21个地市政府参阅，为激光与增材制造产业集群发展决策提供有力支撑。

自主研发 成果卓著

《广东科技》：您的团队在激光与增材制造技术及应用研究方面取得了哪些成果？未来的计划是什么？

刘敏：经过多年发展，我们省科学院激光与增材制造团队在增材制造专用粉体制备技术、大功率激光焊接及复合焊接技术、增材制造技术创新应用等方面取得了一系列代表性成果。

广东省科学院激光与增材制造团队研发的国内首台可量产的丝材等离子体雾化制粉装备

广东省科学院激光与增材制造团队研发的国际一流的冷喷涂固态增材制造装备

一是开发了多路径的增材制造专用粉体制备技术。我们团队掌握了真空气雾化、射频等离子体球化等多路径制备高品质金属粉末关键核心技术，自主研发国内首台可量产的丝材等离子体雾化制粉装备。开发钴铬、不锈/模具钢、高温合金、难熔金属等增材制造专用材料20余种，材料性能已达到国际同类水平。研制的球形钽粉性能指标全面满足我国医药行业标准要求，被用于国内首例结合增材制造技术的钽金属全髋关节置换手术。主持制定增材制造粉末材料国家标准4项。

二是研发了大功率激光焊接及复合焊接技术。我们引进了乌克兰巴顿焊接研究所创新团队，研发了大功率激光焊接及复合焊接系统，提出复合焊接过程中激光与电弧模式匹配、参数匹配的方法，解决复合焊接工艺稳定性问题，形成高效复合焊接技术，为国内航天、汽车、船舶制造企业提供技术支持。研发了高反射率材料大功率激光焊接技术，解决了高反材料焊接稳定性问题，实现了铜合金大功率激光焊接，应用于新能源汽车电机的制造。针对轻质合金，首次开发了激光等离子同轴复合焊接装备与技术，应用于国内航天部件的制造。

三是开发了多款高效智能化增材制造设备。我们团队针对大型构件增材制造技术领域的尺寸精度、控形、控性、成形效率等问题，取得了双机器人/双工位增减材复合制造、超高速激光熔覆等关键技术的突破，成功研发了具有自主知识产权的大型智能化激光辅助增减材复合制造装备，可实现最大尺寸2.5米构件的增材与减材复合制造。自主研发了超高速激光熔覆技术，实现了熔覆线速度150米/分钟及熔覆层厚50微米～150微米可调，该技术未来可以替代电镀，用于耐磨、耐腐蚀防护。自主开发了电弧增材和搅拌摩擦加工复合的龙门式增材制造装备，加工行程达到1500mm×1000mm×400mm，实现大尺寸铝合金构件的高性能高质量增材制造。吸收优化世界最先进PCS 高压冷喷涂设备，完成冷喷涂设备关键部件的国产化，达到世界一流水平。

四是开创了一系列激光与增材制造应用先河。在民用领域，国内首创增材制造万吨级大持液量一体式3D 打印微反应装备，并在国内率先实现其在生物制药领域的应用，为企业新增年均产值2000万元以上；开发多款增材制造新型骨修复产品，创新地将增材制造3D 打印植入体系统推向商业临床领域。

未来，我们团队将重点针对激光与增材制造全产业链关键技术开展研究，着力突破高转速等离子旋转电极雾化、高品质增材制造粉末丝材等离子雾化等高品质增材制造专用粉末材料制备核心技术；开展装备、材料、工艺一体化研究，研发蓝光激光制造、冷喷涂固态增材制造、大功率激光-电弧复合增减材、长寿命冷阴极电子束增材制造等装备与技术；突破激光与增材制造技术在航空航天、汽车、新一代电子信息、高端装备制造等领域应用的共性关键技术，助力国家战略、国防和国家重大工程以及广东省二十大战略性产业集群的发展。

应对挑战 突破难题

《广东科技》：您对广东进一步推进激光与增材制造产业发展有何好的建议？

刘敏：广东省激光与增材制造产业发展已位居全国首位，但仍面临着高端产品及技术被“卡脖子”、技术创新及推广应用和创新平台建设有待加强等挑战。为应对这些挑战，提出以下建议：一是加强前沿技术跟踪和统筹规划，及时跟踪全球激光与增材制造前沿技术及产业发展情况，定期组织专业机构编制增材制造行业发展现状蓝皮书，进而制定符合广东省实情的激光与增材制造产业化中长期发展战略和行动计划。二是加大研发投入力度，突破关键核心技术瓶颈，积极开展蓝光激光制造、生物3D 打印等激光与增材制造相关前沿原创性技术研发，突破高品质原材料、扫描振镜、激光加工头、超短脉冲/超高功率/超大能量激光器、高效高精度激光与增材制造装备等关键技术瓶颈。三是建立强有力的激励制度，鼓励国产化发展，鼓励激光与增材制造材料、软件、元器件及装备的国产化，实现高端产品的价格下降。四是加强人才培养与引进，引进或培育一批具有国际竞争力的领军人才，支持中高职院校培养一批具有职业资格的技能型人才。五是完善共性技术研发体系与平台，建立省级激光与增材制造科技创新中心，建立以企业为主体、市场为导向、技术分享机制为纽带的“政产学研用”协同激光与增材制造创新体系，建设省级激光与增材制造创新中心，推进增材制造领域前瞻性、共性技术研究及科技成果转化。六是加强应用推广示范，助力产业全面发展，积极建设一批重大产业应用示范项目，大力推进高功率激光切割、高速激光熔覆、激光清洗、激光微加工、激光诊疗、增材制造等技术在汽车、电子信息、生物医疗、航空航天、海工装备、化工等领域的应用示范。