记者探访市汽车零部件快速制造技术公共服务中心

3D打印，让“快速制造”梦想照进现实

“生产汽车零部件就像做蛋糕一样”

    ■记者 陈丹丹/文 通讯员 管陶/图

    近两米高的大铁箱子里，铺粉辊来回运动，把原料粉末均匀地平铺在金属平台上，从顶部圆形装置上撒下的激光束在薄层粉末上一次次“游走”，旁边的显示屏上，显示出三维结构的制件正一点点地“生长”出来。

 日前，记者在市汽车零部件快速制造技术公共服务中心基地——温州瑞明工业股份有限公司（以下简称瑞明），实地见证了“3D打印”的神奇一幕。

 “3D打印更准确的说法应该叫快速制造技术，是实现模具快速成型的一个重要环节。” 瑞明执行董事韩剑在接受采访时表示，快速制造技术可以大大缩短我市汽车零部件等行业新产品开发周期、降低开发成本、提高开发质量，有望成为汽车产品快速创新的核心技术。 

 11月21日，市汽车零部件快速制造技术公共服务中心将正式启用。该中心落户瑞明，由市科学技术局牵头组建，是面向全市汽车、泵类、机械等制造企业的科技创新公共服务平台。

 那么，到底何为快速制造，这其中又有什么奥秘？记者提前探访了市汽车零部件快速制造技术公共服务中心。

    快速设计

    轻松实现从实物模型到三维图纸

    一个产品问世经历了设计——建模——批量生产的过程。其中，产品设计的好坏直接影响到产品开发过程后期的制造及销售环节。

　　在市汽车零部件快速制造技术公共服务中心快速设计中心、记者看到，一百来号技术人员正在电脑前面忘我“奋战”，敲打键盘、点击鼠标的声音“啪啪”作响。

　　“快速制造的第一个步骤就在这里完成。”韩剑说，无论要打印出什么样的实物模型，首先都要把实物设计成“图纸”，设计上失败，就意味着巨额损失。

　　快速设计到底指的是什么？韩剑给记者进行了一下“科普”：设计分为正向设计和逆向设计。所谓正向设计，就是没有图纸，靠自己动脑，来想象出所设计的产品外形、内部结构等，实现三维立体数据；逆向设计是有产品，无三维立体数据，通过扫描设备来获取点云数据，再通过点云数据来重构三维立体数据。

　　“这里所说的快速设计就是指逆向工程设计技术，这项技术打破了产品设计的固有思维，在产品设计过程中有着举足轻重的地位。”据韩剑介绍，“利用逆向工程设计技术，中心现在可以对实物零件进行仔细地分析，高效率、高精度提取三维数据，从而形成图纸。”也就是说，只需通过扫描实物模型，就可以制图。

　　除了能够轻松实现从实物模型到三维图纸的转化，快速设计的另一项优势是将质量保证注入产品设计环节，从‘源头’把关产品质量。 

　　 “以往，我们的扫描设备为红外线扫描，精度较低，扫描设备升级之后，改用激光扫描，精度提升了10倍，且效率大大提高。”韩剑指着一个发动机缸盖模具产品说道，以往这样一个产品模具的扫描需要两天时间，采用激光扫描后，仅用3个小时，就能快速获得产品实物数据。

　　此外，该项技术还会对产品实物与数模进行比对分析，可以检测铸件、锻件、冲压件、模具、注塑件等产品，查找实物与三维的差异性，把设计成本降到了最低，无疑带来了设计上的“革命”。

    快速制造

    像做蛋糕那样生产汽车零部件

    三维图纸生成后，将数据传输给3D打印机，然后装好打印材料，开动打印机就可实现快速制造。这一步骤在快速模具试制中心进行。

　　紧接着，记者跟随韩剑来到市汽车零部件快速制造技术公共服务中心快速模具试制中心。中心内摆放着一台近两米高、形似立柜的设备，“这是一台采用激光烧结技术的快速成型机，就是我们所说的3D打印机，之所以通俗地称其为‘打印机’是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。” 

　　采访当天，该设备正在试制一个四方块测试件。只见技术人员熟练地将这一测试件的3D立体图输入到设备电脑。然后，往设备右侧一个立方体容器内装入材料粉末。

　　打开设备内腔，技术人员指着顶部的圆形装置说：“这就是激光器，将粉末高温加热烧结成零件就靠它了。”关闭内腔，开动机器。等待预热完成，设备开始自动铺陈第一层粉末。

　　在隆隆作响的打印过程中，透过半透明的罩子，记者清晰地看见机器工作的场景：一层棕色的粉末均匀撒过，一束红色光线慢慢扫过，腔内红光一片，绘出四方块测试件的形状，又是一层棕色的粉末均匀地撒过，红色光线再次扫描，精美的画面再次出现……

　　韩剑告诉记者，棕色粉末就是制作模具的树脂砂材料，在计算机控制下，激光扫描过的地方树脂砂就会固化，一次次扫描、一次次固化，层与层之间在激光的作用下实现了逐层堆积，无缝连接。

　　可以把这个过程想象成很多张打印纸累加的结果——首先就是分层打印，其中每张纸是一个图层，横切面上的图案依靠打印材料构建出来，并被强力黏合，然后，多张纸的不同图层叠加。如果还是不能理解，那就想象是一次做蛋糕的过程。

　　“剩下的就是时间问题了！” 韩剑说，打印这样一个四方块测试件，只需要几十分钟。记者看到，在展示台上，还摆放着工艺球体等各式各样栩栩如生的模型。

　　大约30分钟之后，将多余的粉末回收，一个四四方方的测试件就被活生生地“打印”出来了。

    快速成型

    为企业研发新产品“加速度”

    实际上，快速制造是快速成型的一个分支，是由快速成型技术发展而来的—类新工艺和新方法。而快速制造和快速成型结合，就可以迅速实现单间及小批量生产，使新产品上市时间大大提前，迅速占领市场。

　　据称，目前支持3D打印的材料很多。树脂、尼龙、石膏、塑料这些都是普遍使用的材料，随着业界研发的不断进步，支持钛、不锈钢或铝、铁金属材料的打印机也已经出现。

　 “但激光器要有足够的能量，且成本很高。”韩剑指出，破解的唯一方法就是，将零部件制造采用激光制模和精密铸造联动，先用3D打印技术做一个铸造模具，然后通过铸造工艺，生产出所需的金属物件。用这种工艺制造的金属零件的强度要比普通铸件强度高，制造成本也比直接打印金属零件要便宜得多。

　　利用快速成型技术，瑞明率先尝到了“甜头”。以发动机缸盖大批量制造为例，可先通过逆向工程设计技术，重构缸盖的三维立体数据，再利用数据在3D打印机中进行模型快速制造，模具成型后，再将之与其他组件进行测试与装配，试制成功后就可以实现批量生产。

　　“采用快速成型技术可以使产品开发周期大大缩短，以前开发一个缸盖需要5个月时间，现在两周就可完成，且费用比传统方法节约得多。”在韩剑看来，快速成型技术对于产品开发有着重要的意义，不仅提高了制造复杂零件的能力，还提高了新产品投产的—次成功率。

　　以机械、汽车装备为代表的制造业作为我市的“当家产业”，其转型升级离不开3D打印技术的支持。然而，如何更好地发挥3D打印技术服务功能，使之与已有产业融合发展、相得益彰？

　　韩剑表示，市汽车零部件快速制造技术公共服务中心成立后，将致力于将最先进的快速成型技术融入各行业新产品快速开发中，建立企业产品数字化快速开发企业服务平台，带动周边企业加速产品研发过程。

　　“快速成型技术将成为—个争订单、抢市场的利器，成为降低产品开发市场风险的有效手段。” 韩剑说。

    快速检测

    “科技武装”提供全方位服务

    记者在采访中发现，目前瑞企应用3D打印技术的动静不大，呈现出单打独斗、分散滞后的状态。不少企业主甚至对3D打印技术一无所知，而在对这项技术有了解的企业中，也因成本高、技术不成熟等原因“望而却步”。

　　在提供设计、制造、成型等技术手段的同时，介于我市中小制造企业大部分缺少精良的检测手段，市汽车零部件快速制造技术公共服务中心还设置了快速检测服务。

　　“模具成型后，接下来一步就是对其精度、强度、硬度等指标的检测。”今年10月底，该中心引进一台价值400多万元的扫描三坐标快速检测仪，可帮助制造企业快速提升坐标计量和产品质量管控能力，实现高效快捷的质量检测和过程控制。

　　韩剑介绍道，这套快速检测系统设备具有极高的精度，打个比方，以检测一个圆柱形零件为例，老式检测仪检测的方式是在圆形平面上打16个点，再进行测算，而三坐标快速检测仪的做法是实现自动编程及自动化检测，意味着在柱形零件选取无数个点再进行测算。

　　据了解，该检测系统是全球第一家使用CAD引擎，开创了离线编程和无纸化检测的先河，可直接调用原始数模，测量结果不仅精度高，而且具有三维测头系统。

　　不仅如此，通过该检测设备获取的点云数据，还可以与传统的关节臂测量机以及三坐标测量机的打点数据进行无缝衔接，多种测量设备协作运用，检测时间大幅缩短。

　　此外，该检测设备也适合工件建模、模具制造调整，生产过程中故障诊断和处理以及事故分析。技术人员告诉记者：“各种类型的扫描特性和功能能够满足工件表面的多种扫描模式，只需快速点击CAD图形，便可获取扫描参数和信息进行扫描。”

　　韩剑表示，提出应用快速检测，在我市尚属首例，中心将以此作为产品提升突破重点，提高我市当地企业产品制造水平和保障产品质量，以质扬威。