發展先進制造技術 實現嶄新跨越
——訪國家“千人計劃”專家，金屬增材制造重慶市重點實驗室主任張正文教授

：您一直從事先進制造技術、制造系統方面的研究，近年來做了哪些具體研究，取得了怎樣的成果？

張正文：1989年赴英，從事先進制造方面的研究30余年，先后創立了利物浦大學先進-敏捷制造研究中心（1996年）、埃克塞特大學制造與企業研究中心（2001年）。所從事過的研究方向有：碳纖維復合材料航空零部件的自動化制造、增材制造（3D打印）、制造系統、制造戰略、供應鏈等；發明的NCF碳纖維復合材料零部件自動化制造技術（1994年）在英宇航公司和DOWTY航空推進器公司成功應用，所開創的動態集成制造系統理論體系和方法得到了國際學術界的認可和大量引用，并被大型制造企業如羅·羅公司所借鑒。

2010年回國后，承擔我國大型高效工業級3D打印關鍵技術攻關和裝備的開發工作，主持了863課題“高效高精度大型選擇性激光熔化成形裝備研制及其在航天中的應用”，旨在開發出世界上最大最高效的SLM設備，臺面尺寸達2000mm×2000mm，目前，該課題的研究已申請和授權多項發明專利，研制的750mm×750mm臺面的大型SLM驗證機已投入生產。我們也在世界上首次研制成功了鎂合金、釩合金SLM零部件的成形工藝，發明了基于SLM技術的高效熱管和熱交換裝置的設計方法。

：作為“千人計劃”引進的制造技術專家，適逢國家推出“中國制造2025”戰略機遇，您認為智能制造技術會有哪幾個方向的發展？

張正文：金融危機以來，全球制造業產業鏈正在面臨新一輪的布局和勞動再分工。一方面，特別是從東南亞、南亞、非洲等國家制造業產業鏈的逐步形成與發展來看，制造業全球化的趨勢勢不可擋；另一方面，西方發達國家自金融危機以來日益意識到以制造業為基礎的實體經濟的重要性，正在極力鼓勵高端制造業向發達國家回流，美國的能源革命也確實使其成本優勢有所增強。

中國作為新興制造國家，在技術和創新能力方面正在追趕西方發達國家，其尚擁有但正在逐漸失去勞動力成本等方面的后發優勢，關注的是如何加快產業升級，在盡力維持中低端制造業競爭力的基礎上發展高端高附加值制造和創新驅動的新興制造業，并用創新推動傳統制造業的轉型升級。未來的發展戰略需要兼顧以下3個方面：一是緊抓制造業轉型升級和創新驅動的新興制造產業；二是鼓勵中低端產業向西部內陸地區轉移；三是鼓勵企業積極參與第三世界的發展與全球產業鏈的布局分工，使我國成為全球產業鏈和物流的樞紐。

當前的制造業正在發生3個革命：一是制造材料的革命，以新材料和可持續材料替代傳統材料，如碳纖維復合材料在航空航天、汽車、船舶、風電、能源等領域的廣泛應用；二是制造方法的革命，新的數字化、智能化制造方法的產生，如3D打印，特別是金屬和復合材料的3D打印技術，正在使制造業模式發生變化；三是制造系統和產業鏈集成手段的革命，以智能化、數字化、網絡化的手段提高制造系統和供應鏈的效率和響應速度以及制造與服務的集成正在形成新的核心競爭要素，如工業4.0、物聯網、下一代互聯網、智能機器人、智能機床、大數據以及智能化的生產與物流管理控制方法。

緊緊抓住這3個革命帶來的機遇，是推動我國制造業發展戰略的執行、實現跳躍式發展的關鍵，因此，“中國制造2025”的推出正當其時。

：2015年 863計劃在先進制造領域共批準立項了19個主題項目，作為“3D打印關鍵技術與裝備研制”項目的首席專家，您準備采取怎樣的措施推動該項目的進展？該項目的實施有望攻克哪些難題？具有怎樣的意義？

張正文：該項目由重慶大學牽頭，由5個課題組成，分別由重慶大學、西安交通大學、大連理工大學、天津大學和武漢濱湖機電科技有限公司承擔，參研單位共有16家，包括航空航天、汽車、船舶等領域大型企業和研究院所。

為推動該項目進展，我們采取項目、課題、子課題、子任務4級調度系統，綜合自上而下和自下而上方案編制了詳細的調度計劃圖，包括各任務調度時間節點、最早完成時間節點和最晚完成時間節點。同時，我們通過課題間和課題內充分協商，制定了詳細的項目級和課題級管理辦法，通過定期的項目和課題協調會，檢查工作進度，推動項目下各課題及任務按進度執行。我們也將充分發揮863專家組和項目責任專家的作用，為項目進展和關鍵技術發展提供支持。

該項目的實施將攻克3D打印設備大型重載工作臺精密控制、多光束并行掃描和加工區域拼接、激光變焦復合輪廓掃描、工作艙氣氛和溫度控制、高效供料及溢粉回收、基于加熱和測量反饋的閉環自整定溫度控制（成形環境的溫度控制）、等溫凝固的界面連接技術等一系列難題，大幅提高現有工業級3D打印設備的成形尺寸和效率，使我國3D打印技術水平居于世界前列。

隨著材料科學與成形工藝的快速發展，以激光選區熔化（SLM，又稱選擇性激光熔化）、激光選區燒結（SLS）工藝及其他先進連接技術為代表的增材制造工藝正在推動3D打印技術由原型制造快速成長為一種可以直接制造功能零部件的新型制造手段，并在航空航天、汽車、船舶、模具、醫療等領域中實現具有一體化復雜結構的高附加值零部件的單件小批量快速制造。相比傳統制造手段，3D打印技術根據零件三維模型的分層切片數據逐層累積成形最終零部件，具有材料利用率高、生產周期短、成形過程與零件形狀無關性、無需工裝模具等獨特優勢，是實現單件小批量高附加值創新產品低成本快速制造的有效手段，也是未來實現多材料整體制造、功能梯度材料制造、彩色實體及宏微觀一體化制造的有效手段。然而，受限于材料及工藝、裝備成形尺寸及效率、軟件、后處理手段等關鍵技術，3D打印技術產業鏈尚處于形成階段，且在工業產品制造中的市場滲透率不足10%。

我國正處于由“中國制造”向“中國創造”戰略轉型的關鍵時期，亟需在繼續發展和鞏固傳統比較優勢的基礎上盡快培育新的競爭優勢，以促進我國制造業全面升級與快速轉型。因此，需要抓住機遇，大力發展面向工業應用的3D打印技術，并加強與傳統加工方法的集成，形成具有自主知識產權的成形工藝、裝備、軟件及后處理手段等關鍵技術與裝備，為3D打印在工業領域中的大規模推廣應用提供成套解決方案，以加快我國在高附加值產品領域的創新速度、降低創新成本。