3D打印技術(shù)的迅速白熱化，炒紅了國(guó)內(nèi)外股市，也突然間讓一向默默無(wú)聞的大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授姚山及其團(tuán)隊(duì)備受關(guān)注。因?yàn)?ldquo;世界最大幅面的3D激光打印機(jī)”，就誕生在他的實(shí)驗(yàn)室里。

　　這臺(tái)目前“世界最大的3D激光打印機(jī)”，主體高達(dá)4米，長(zhǎng)約10米，寬約3米，可以打出4米直徑輪胎花紋模具的鑄型、復(fù)雜曲面葉片鑄型等，讓人們?cè)?D打印的工業(yè)化應(yīng)用之路上看到更多的可能。

　　然而，姚山卻表示，3D打印技術(shù)應(yīng)該理性“降溫”，因?yàn)?ldquo;技術(shù)上無(wú)法生成高精度的工業(yè)制件，就不可能完全擺脫傳統(tǒng)的制作方法”。這又是怎么一回事呢？

　　“大”是因?yàn)?ldquo;快”

　　3D打印技術(shù)被很多人視作第三次技術(shù)革命的前奏，可是誰(shuí)也無(wú)法掩蓋激光3D打印機(jī)的弊端—“慢”。指甲蓋大小的微型茶壺需要打印1個(gè)多小時(shí)，打印一個(gè)鋼鐵俠頭盔需要一個(gè)星期。如此計(jì)算，打印大件的機(jī)翼、螺旋槳恐怕要以月計(jì)。

　　然而，如今這一弊端在姚山的團(tuán)隊(duì)有所突破。這源自姚山的兩個(gè)專利—基于覆膜粉末材料輪廓線掃描的激光快速成型方法和復(fù)雜形狀幾何體的覆膜粉體激光選區(qū)失效整體成型方法，保守估計(jì)輪廓失效法比傳統(tǒng)的SLS法提高5~15倍的速度，制造成本降低了40%。

　　據(jù)姚山介紹，3D打印都是通過(guò)疊層鋪粉的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，鋪粉之前要對(duì)3D建模的斷面進(jìn)行逐層掃描。普通的3D打印機(jī)逐層掃描橫截面上的每個(gè)點(diǎn)，而他所開(kāi)發(fā)的技術(shù)只掃描橫截面上的輪廓線及幾個(gè)分隔線。“我們用最慢的速度做到五六層時(shí)，一般的3D打印機(jī)才做完第一層。”

　　這臺(tái)世界最大幅面3D激光打印機(jī)的誕生有一定的偶然性，它是姚山應(yīng)合作方的要求，為生產(chǎn)直徑4米的工程輪胎花紋模具開(kāi)發(fā)而制作的。“機(jī)器大的前提是打印速度要快，否則它就失去了大的價(jià)值。如果耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，用傳統(tǒng)的工業(yè)方法也能做出來(lái)，成本優(yōu)勢(shì)不見(jiàn)得存在，市場(chǎng)應(yīng)用也會(huì)受到限制。”

　　直接用于工業(yè)制件尚缺火候

　　既然速度提高了，未來(lái)能否應(yīng)用在工業(yè)批量生產(chǎn)上？富士康郭臺(tái)銘曾批駁3D打印技術(shù)引領(lǐng)第三次技術(shù)革命的言論，甚至放言說(shuō)“如果真的是（第三次技術(shù)革命的引領(lǐng)），"郭"字就倒過(guò)來(lái)寫(xiě)”。

　　姚山告訴記者， 3D打印每層粉體的厚度在0.2~0.3毫米，如不做特殊處理，不可避免會(huì)有臺(tái)階效應(yīng)，并導(dǎo)致物件有0.1~0.2毫米的誤差。“這樣的物件，作為不求表面尺度和粗糙度的結(jié)構(gòu)件是可以的，但是直接用于工業(yè)多半是不合格品，因?yàn)楣I(yè)制件通常有嚴(yán)格的尺寸精度和粗糙度要求。”

　　正如人們所知道的，如今3D打印技術(shù)尚無(wú)法突破設(shè)備、材料造價(jià)等方面的瓶頸，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)尚待時(shí)日。姚山團(tuán)隊(duì)走的是一個(gè)“中間路線”，用3D打印技術(shù)制作砂型（芯）。在他的實(shí)驗(yàn)室里，有3D打印出來(lái)的輪胎花紋砂型、螺旋槳砂型、汽車沖壓模具砂型及其水道砂芯、動(dòng)物雕像等等，只不過(guò)它們都是清一色的“沙色”，他笑著把它們稱作“丑姑娘”。

　　“姑娘”雖“丑”，但卻能派上用場(chǎng)。經(jīng)3D打印生成的砂型結(jié)合傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)就可以獲得金屬的樣件或毛坯，比起傳統(tǒng)的鑄造方法，這種基于數(shù)字化技術(shù)的鑄件在精度及其穩(wěn)定性上有了很大的提高，可以直接用于數(shù)控精加工制得金屬模具。用于鑄型（芯）3D打印的材料是鑄造用的覆膜砂，成本每噸只有1000~2000元。

　　下一步，反變形

　　3D打印技術(shù)白熱化的當(dāng)下，國(guó)內(nèi)大部分研究關(guān)注3D打印制件本身，而姚山的注意力已經(jīng)轉(zhuǎn)向研究制件的變形問(wèn)題。

　　姚山團(tuán)隊(duì)的研發(fā)目標(biāo)是用3D技術(shù)制作模具，其中變形及其控制技術(shù)是攻關(guān)的要點(diǎn)。

　　他表示，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制后，在材料單一的環(huán)境下，可以通過(guò)數(shù)學(xué)建模和實(shí)驗(yàn)來(lái)掌握變形規(guī)律并制定反變形的規(guī)則，根據(jù)反變形規(guī)則預(yù)先計(jì)算出產(chǎn)品的反變形量并修正制件的尺寸，最終使得目標(biāo)制件在尺寸上符合設(shè)計(jì)要求。

　　在姚山的實(shí)驗(yàn)室里，有一組學(xué)生專門(mén)對(duì)3D制件進(jìn)行三維掃描，把3D打印出來(lái)的模型和3D設(shè)計(jì)模型進(jìn)行比對(duì)。

　　學(xué)生楊通表示，在三維結(jié)構(gòu)中，制件不同部位的壁厚有厚薄之分，加工過(guò)程中的溫度變化會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品變形，但這種變形是有規(guī)律可循的。通過(guò)掃描三維點(diǎn)云，用軟件比對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與原設(shè)計(jì)件的差值，再結(jié)合數(shù)學(xué)建模和數(shù)值分析就能逐步找到結(jié)構(gòu)和熱過(guò)程對(duì)變形的影響，總結(jié)規(guī)律。

　　“把3D打印和最基礎(chǔ)的鑄造技術(shù)結(jié)合起來(lái)，是我們的核心目標(biāo)。”為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，姚山“先想了10年，又做了10年”，他期待不遠(yuǎn)的將來(lái)，能夠基于3D技術(shù)生產(chǎn)出最好的鑄件和金屬模具。