在電腦上完成產(chǎn)品的設(shè)計藍圖，按下“打印”鍵，激光就能選擇性地將原材料燒結(jié)成各種物品。各種復(fù)雜的工業(yè)零件、生活中的鍋碗瓢盆……只要有三維數(shù)據(jù)就都有可能“打印”出來。由華中科技大學(xué)研發(fā)的“立體打印機”可以將人們的創(chuàng)意夢想變?yōu)楝F(xiàn)實產(chǎn)品。

       這種基于粉末床的激光燒結(jié)“立體打印”技術(shù)，獲得了2011年國家技術(shù)發(fā)明二等獎，1.2米×1.2米工作面的世界最大“立體打印機”入選兩院院士評選的2011年中國十大科技進展。

    業(yè)界福音：想得到做得到

    “只要你想得到，我們就有可能做出來。”材料學(xué)院副院長、快速制造中心主任史玉升教授如是說。

    快速制造技術(shù)是新型的數(shù)字化添加材料成形技術(shù)。它可以使零件的設(shè)計采用最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，無需顧慮后續(xù)加工問題。該技術(shù)的出現(xiàn)為航空航天、武器裝備、汽車等高端領(lǐng)域結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的快速研制帶來了福音。

    在該中心，記者看到了外觀看起來像柜子，里面卻分布著各種精密儀器的“立體打印機”。快速制造中心青年教師蔡道生介紹說，只要把零件的三維數(shù)據(jù)輸入電腦，按下“打印”鍵。該裝備就會使用金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的粉未材料，自動化進行生產(chǎn)。零件就像植物生長一樣整體成形出來。

    只要在電腦上設(shè)計出物體的三維圖形，無需模具即可整體成形。這也是該裝備被稱為“立體打印機”的由來。在以往，制作復(fù)雜結(jié)構(gòu)的大型制件一般采用分段成形、拼接成整體的方法。不但生產(chǎn)周期長，成本也高，制件連接處的強度也較差。而大型“立體打印機”可以解決上述問題，使生產(chǎn)過程變得簡單。

    2000年，該中心研發(fā)出0.4米×0.4米工作面的基于粉末床的快速制造裝備；2003年，擴大到0.5米×0.5米，超過了當時代表國際先進水平的美國3D系統(tǒng)公司；2005年以后，工作面達到1米×1米以上，遠遠超過國外同類裝備水平。

闖關(guān)秘訣：多學(xué)科齊“上陣”

    上個世紀90年代初，“快速制造”概念由美國科學(xué)家率先提出。時任華中理工大學(xué)校長、機械制造專家黃樹槐敏銳地捕捉到了這一最新動態(tài)，很快在該校成立快速制造中心，研發(fā)基于紙材料的“立體打印機”。1994年，我國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“立體打印機”誕生在該中心。

    4年后，36歲的史玉升來到中心工作，負責研發(fā)基于固態(tài)粉末材料的快速制造技術(shù)與裝備。原材料研發(fā)成為了亟待解決的“攔路虎”。“我以前在中國石油大學(xué)認識的博士后朋友們來自不同學(xué)科。我琢磨著，或許他們中有人知道哪種材料比較容易制成粉末，并可能用于激光成形。”于是，史玉升一個個地給朋友打電話，希望得到線索。幾經(jīng)周折，原材料研究終于有了一定進展。“我們找到了第一種材料——聚苯乙烯，后來用它做了一個鼠標外殼。”當那個只有拳頭大小的鼠標制作完成后，他高興得差點跳了起來。

    雖然研究上取得了進展，但該中心卻面臨著工作人員學(xué)科背景單一的困境，長此以往可能會對研究工作造成影響。很快，在黃樹槐的大力支持下，中心開始引進機械、信息、光學(xué)、計算機、自動控制、力學(xué)、新型材料等領(lǐng)域的人才，開展交叉學(xué)科研究。

    黃樹槐曾提出“不但要個人努力，還要帶領(lǐng)整個團隊一起努力”，史玉升的口頭禪“足球不能僅靠個別球星去踢”，這都表現(xiàn)出對集體合作的重視。20年來，快速制造中心已從最早的不到10人，發(fā)展到100多人，成為目前華中科技大學(xué)最大的研發(fā)團隊之一，人員構(gòu)成涉及多個學(xué)科。“有這么多人一起努力，我覺得工作得挺幸福的。”史玉升說。

發(fā)展之路：到工廠“寫論文”

    近來，快速制造中心主攻生物制造的博士生張升十分忙碌。多家醫(yī)院希望與他展開合作，利用相關(guān)技術(shù)來制作牙齒。這不但可以降低傳統(tǒng)造牙的成本，還可以一對一地訂制假牙齒。浙江某飾品公司的負責人也專程前往該中心，希望能得到技術(shù)支持。然而，就在幾年前，史玉升在山東濟南市宣傳該中心的“立體打印機”技術(shù)時，卻還被認為是在忽悠。當時，盡管他賣力“吆喝”，聲稱“不需要模具即能直接制作出蠟?zāi)?rdquo;，可企業(yè)就是不買賬。

    2007年，一手建起快速制造中心的黃樹槐不幸辭世。在生命的最后日子里，他依然惦記著中心的發(fā)展，并把中心托付給了史玉升。搞科研，史玉升并不陌生。可是作為學(xué)術(shù)帶頭人，他還得肩負起帶領(lǐng)整個團隊發(fā)展和將研究成果推向市場的重擔。

    “研發(fā)新型工藝與裝備需要較大的經(jīng)費支持，周期也長。光靠國家的經(jīng)費支持是遠遠不夠的。這使許多科研團隊難以堅持下去。”說起曾經(jīng)的困難，史玉升不勝感慨。雖然多次出現(xiàn)科研經(jīng)費短缺，甚至?xí)簳r也沒有成果和論文的情況，但他們還是咬牙堅持了下來。

    為了團隊能更好地發(fā)展，史玉升下定決心，“要走自己的創(chuàng)業(yè)之路，走與企業(yè)合作之路，走國際合作之路。”這三條路都是為了盡快提高學(xué)術(shù)水平、搞好學(xué)科建設(shè)、將科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。在他看來，使企業(yè)技術(shù)水平提高的同時，也可以促進研發(fā)團隊的良性發(fā)展。生產(chǎn)一代、研發(fā)一代、預(yù)研一代、探索一代，是他們要堅持的產(chǎn)學(xué)研合作之路。

    與其守株待兔，不如主動出擊。為了快速制造團隊的可持續(xù)發(fā)展，他們主動與相關(guān)企業(yè)聯(lián)系合作，并把工作人員派到企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場，與企業(yè)的技術(shù)人員、工人一起攻關(guān)。這樣一來，他們的研究成果漸漸被企業(yè)認可。

    汽車發(fā)動機企業(yè)應(yīng)用該中心的快速制造技術(shù)，將發(fā)動機的缸蓋砂芯研制周期由傳統(tǒng)方法的5個月左右縮短至一周左右，取得了良好的經(jīng)濟效益；歐洲空客公司和我國的航空材料研究院等單位選中該技術(shù)也，聯(lián)合承擔歐盟框架七項目，輔助航空航天大型鈦合金整體結(jié)構(gòu)件的快速制造……現(xiàn)在，使用該研究成果的企業(yè)已多達200多家。

    歷史的車輪緩緩駛過，2011年過去了。這一年里，英國南安普頓大學(xué)利用立體打印技術(shù)，制造了一架飛機。該飛機除了電控系統(tǒng)外，其余部件均為“立體打印”。還是在這一年，歐洲航空防務(wù)與航天集團的科學(xué)家“立體打印”出了自行車，它比普通自行車更輕便、更堅固，生產(chǎn)過程便捷、環(huán)保。這些在快速制作領(lǐng)域內(nèi)不斷發(fā)生的新鮮事，讓我們浮想聯(lián)翩。近日，美國更將快速制造列為世界未來三大引領(lǐng)技術(shù)之一。#p#分頁標題#e#

    世界最大“立體打印機”已經(jīng)誕生了。下一步，史玉升和他的團隊還將帶來怎樣的驚喜？夢想將如何被一一“打印”？我們相信，我們期待……