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沈真:3D打印的產(chǎn)業(yè)化之路——碳纖維的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程

3D打印動(dòng)態(tài)
2018
08/10
16:55
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評(píng)論
2018增材制造全球創(chuàng)新大賽發(fā)布會(huì)8月8日在北京汽車博物館新聞發(fā)布廳舉行,主辦方希望通過此次大賽的發(fā)布,傳遞并展示3D打印增材制造這項(xiàng)具有前沿突破性技術(shù)的發(fā)展以及為行業(yè)帶來的改變與變革,并且以此為契機(jī),邀請(qǐng)行業(yè)的專家來解碼這項(xiàng)技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用以及所帶來的改變和更長遠(yuǎn)的影響,并由此激發(fā)不斷的對(duì)話與融合。

來到現(xiàn)場的多位專家都是在推動(dòng)創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展方面的領(lǐng)軍人物。

沈真先生
沈真先生曾在英國帝國理工學(xué)院德國宇航研究院、意大利都靈工業(yè)大學(xué)等國外知名院所從事復(fù)合材料力學(xué)研究工作,在40多年的科研工作當(dāng)中曾擔(dān)任國防重點(diǎn)預(yù)研課題的負(fù)責(zé)人,參與了迄今為止幾乎所有的飛機(jī)復(fù)合材料的研制;

鄭誠功先生
鄭誠功先生北京航空航天大學(xué)教授,曾任臺(tái)灣(楊林)大學(xué)人工關(guān)節(jié)研發(fā)中心主任、楊林大學(xué)研究發(fā)展處研發(fā)長,擔(dān)任臺(tái)灣骨科研究學(xué)會(huì)理事長、世界生物力學(xué)學(xué)會(huì)理事長、世界華人生物工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事等職,在骨科、生物力學(xué)、骨科植入領(lǐng)域有著近30多年的研究經(jīng)歷,其研究成果具有開創(chuàng)性和奠基性,在國際上具有極大的影響力。

蔡波先生
蔡波先生現(xiàn)負(fù)責(zé)西門子工業(yè)軟件開發(fā),在此之前,他在CAD、CAM、PL行業(yè)從業(yè)近24年,在不斷的專業(yè)深耕當(dāng)中積累了大量制造業(yè)的技能和經(jīng)驗(yàn),為制造業(yè)今天的數(shù)字化轉(zhuǎn)型付出了辛勤的努力。))

在發(fā)布會(huì)上,三位專家也都從不同的方面代表了今天我們所說的3D打印增材制造這個(gè)技術(shù)的要素構(gòu)成,包括了材料、應(yīng)用以及軟件和設(shè)計(jì),接下來他們將從各自所致力和研究的領(lǐng)域出發(fā),就這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展趨勢、應(yīng)用前景、前沿研究和成果以及為各個(gè)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型升級(jí)所帶來的創(chuàng)新動(dòng)力做主題發(fā)言。



中國復(fù)合材料學(xué)會(huì)榮譽(yù)理事、SAMPE北京分會(huì)副主席、江蘇恒神股份有限公司高級(jí)顧問沈真先生,他將從碳纖維的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程來講述3D打印的產(chǎn)業(yè)化之路。

下面是沈真先生的演講速記:

我對(duì)3D打印僅僅是個(gè)旁觀者,沒有從事過,對(duì)3D打印只是感覺到它很有前途,但是我確實(shí)不是這方面的專家,我可以在碳纖維應(yīng)用方面懂一點(diǎn),只能從碳纖維的應(yīng)用發(fā)展來談?wù)勼w會(huì),對(duì)3D打印這樣一個(gè)新技術(shù)在將來的發(fā)展看看能不能有點(diǎn)啟發(fā),談?wù)勛约旱母邢搿?br />
因?yàn)?D打印現(xiàn)在大家都很關(guān)心,發(fā)展的也很快,但是也有很大的問題是,大家都覺得3D打印很貴很貴,給人這樣一個(gè)感覺,是不是能夠大量的應(yīng)用?當(dāng)然有很多我不一定很清楚,但是在航空航天應(yīng)用的我聽說過一些,他們說航空航天能應(yīng)用,特別是軍機(jī)的研發(fā)能接受但是非常貴,所以能不能變成一個(gè)對(duì)國家整個(gè)工業(yè)發(fā)展起很大推動(dòng)作用的這樣一個(gè)技術(shù),我覺得可能還有很長一段路要走。今天讓我來做這個(gè)報(bào)告,我只能談?wù)勌祭w維整個(gè)產(chǎn)業(yè)化的過程,來看看3D打印將來會(huì)怎么走。


碳纖維的優(yōu)勢不用說了,因?yàn)榇蠹叶贾,而?D打印,現(xiàn)在實(shí)際上碳纖維復(fù)合材料也是3D打印所用的材料之一,但是對(duì)于短纖維的有點(diǎn)進(jìn)步了,但是(連續(xù)纖維),連續(xù)纖維3D打印到底應(yīng)用怎么樣,在我的想象中很難,但是我也看到了一些報(bào)道,碳纖維的復(fù)合材料的優(yōu)勢,不用多說了,因?yàn)檫@是一個(gè)戰(zhàn)略性的新材料,而且現(xiàn)在芯片問題是比較重視的,第二個(gè)問題我就介紹碳纖維的應(yīng)用,因?yàn)樘祭w維將來也會(huì)是卡脖子的環(huán)節(jié),國產(chǎn)發(fā)展的道路很艱辛,從六七十年代開始做,但是到20世紀(jì)初,軍用飛機(jī)想用碳纖維還沒有,這十幾年我們才引起了重視,開使用了,但是碳纖維大家也可以看到報(bào)道,碳纖維的應(yīng)用將來肯定是,特別是在軌道交通和汽車領(lǐng)域?qū)頃?huì)大量應(yīng)用。


如果國產(chǎn)碳纖維不能解決,目前來說跟芯片一樣,開始階段我們是差不多的,搞了幾十年以后,國外碳纖維已經(jīng)大量用了,而且用的非常多,國內(nèi)買不到國外的,國內(nèi)碳纖維一直沒有發(fā)展起來,好在本世紀(jì)初的時(shí)候已經(jīng)給了我們一點(diǎn)兒教訓(xùn)了,軍用飛機(jī)用的碳纖維買不著了,我們國內(nèi)著急了就開始發(fā)展,現(xiàn)在國內(nèi)可以做到軍用飛機(jī)的碳纖維自給自足了,但是將來像在軌道交通和汽車大量用的時(shí)候,因?yàn)檫@是從國外可以買到的,不去搞國內(nèi)的話,將來到了一定的程度,要大量用的時(shí)候,都從國外買,什么時(shí)候卡你一下,就成了中興的芯片之痛,再來第二遍。所以國產(chǎn)碳纖維怎么樣變的產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用,現(xiàn)在在這方面探討比較多。


它的優(yōu)勢不用說了,一個(gè)是抵抗度高,輕量化的首選材料,材料設(shè)計(jì),抗疲勞抗腐蝕非常好。優(yōu)勢不用說了。但是這樣一個(gè)材料,國外特別是在民用飛機(jī)上應(yīng)用也經(jīng)過了很多的過程,因?yàn)樵谲娪蔑w機(jī)上不講成本,開始是可以的,軍用飛機(jī)用的很快,比如整個(gè)飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)占50%都用了碳纖維,軍用飛機(jī)可以做到,因?yàn)椴恢v成本,但是民用飛機(jī)要用碳纖維必須要講成本,講成本這個(gè)路就比較長了,所以在很長一段時(shí)間里,從70年開使用,一直到30年,只用了10%,用到50%太難了,機(jī)翼、機(jī)身用碳纖維最大的問題是太貴了,就不可以用。這個(gè)過程經(jīng)過了美國國家搞了或多計(jì)劃,他們把這一個(gè)階段一個(gè)階段的,用到機(jī)翼機(jī)身走了40年,怎么樣把它低成本化這段路走了很長的一段路。美國是每十年一個(gè)計(jì)劃有好幾個(gè),這些計(jì)劃有三層,信心、技術(shù)、成本。這個(gè)計(jì)劃的核心都是用買得起的復(fù)合材料,Affordability,這個(gè)詞貫穿了碳纖維的核心。我講這個(gè),增材3D打印能不能產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,我和鄭教授探討了一下,對(duì)3D打印的產(chǎn)業(yè)化還是這三個(gè)詞。


2009年12月15號(hào),波音-787飛機(jī),突出的一點(diǎn)是基本看得到的地方全是碳纖維,結(jié)構(gòu)重量的50%是碳纖維復(fù)合材料,當(dāng)然里面的起落架是金屬的,但是看得到的部分基本上都是碳纖維,做到這一步經(jīng)過了40年,我在78年到英國去看的時(shí)候,英國的軍用飛機(jī)整個(gè)機(jī)身都是碳纖維的,它可以用。但是如果到民用飛機(jī)上就不行,經(jīng)過了40年,這個(gè)優(yōu)勢成本就不說了。


實(shí)際上這里面很關(guān)鍵的,當(dāng)時(shí)美國兩院專門組織了專家討論,實(shí)際上碳纖維的市場銷量增長緩慢,因?yàn)檫@個(gè)問題我們國內(nèi)現(xiàn)在碰到這個(gè)問題了,國外當(dāng)初也是碰到這個(gè)問題,往往歸因?yàn)樵牧系母叱杀,因(yàn)樘祭w維太貴,我想3D打印也有這個(gè)問題,3D打印好不好?太貴,可能能用,但是用不用它?材料成本實(shí)際上僅占復(fù)合材料構(gòu)件總成本的8%-10%,事實(shí)上工藝制造成本是總成本中最高的單項(xiàng)成本,過去性能因素推動(dòng)著復(fù)合材料在航空航天中的應(yīng)用研究,但近年來成本則起到更大的作用,這樣開發(fā)下一代民用運(yùn)輸機(jī)工藝的一個(gè)基本準(zhǔn)則是低成本制造的可能性。委員會(huì)相信,在可預(yù)見的將來,發(fā)展趨勢是不斷開發(fā)低成本的制造工藝。剛才那個(gè)成本分析里面顯示出了百分之七八十是制造工藝成本不是材料成本。


當(dāng)然目前主要集中在航空航天應(yīng)用,下游往工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用,工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的擴(kuò)大趨勢是隨著成本下降才能越來越多的應(yīng)用,所以現(xiàn)在航空航天基本上已經(jīng)應(yīng)用了,但是下面的軌道交通,豐臺(tái)產(chǎn)業(yè)園軌道交通也是一個(gè)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè),我這幾年也在做軌道交通,我們做了一個(gè)地鐵車箱,19米長的地鐵車箱是用碳纖維做的,當(dāng)然這個(gè)成本現(xiàn)在高一點(diǎn),但是已經(jīng)可以做出來了。信心可以解決了,第二技術(shù)也有了,當(dāng)然還不夠。第三個(gè)成本現(xiàn)在還需要努力。當(dāng)然成本增加了,地鐵每節(jié)車廂用百八十斤的碳纖維這個(gè)前景是沒有問題的。汽車到百分之百可能不會(huì),但是一輛汽車上有幾十公斤的碳纖維,這個(gè)前景隨著成本降低是可以實(shí)現(xiàn)的,到那個(gè)時(shí)候,碳纖維目前全世界產(chǎn)量也就幾萬噸,到那時(shí)候幾十萬噸碳纖維不一定夠用,這個(gè)前景隨著它的成本降低是可以實(shí)現(xiàn)的。


所以談到這個(gè)問題,3D打印的產(chǎn)業(yè)化之路同樣還是這個(gè)問題,剛才跟鄭教授也談了,我聽說做飛機(jī)上用的鈦合金是3D打印的,3D打印以后強(qiáng)度沒有問題,疲勞性能怎么樣?現(xiàn)在當(dāng)然還存在一些問題,可能能做出來,但是做出來是個(gè)豆腐渣的東西行不行,所以首先需要解決安全性就是信心的問題。第二怎么打出來需要技術(shù);第三這個(gè)技術(shù)有了,怎么樣讓大家能夠接受。當(dāng)然不一定是跟碳纖維一樣大批量應(yīng)用,3D打印可能都是個(gè)性化的比較多,個(gè)性化的應(yīng)用也必須跟其他的,比如做一顆牙在生物上應(yīng)用—人工一個(gè)個(gè)做了,起碼得比人工便宜,不一定要大批量生產(chǎn),但是個(gè)性化也要便宜,只有這樣才能真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。


另外連續(xù)碳纖維復(fù)合材料的3D打印,碳纖維到現(xiàn)在能夠批量應(yīng)用能否產(chǎn)業(yè)化很大程度上取決于工藝成本降低,連續(xù)纖維碳纖維,碳纖維包括纖維材料成本包括模具,碳纖維我們做了很多東西,很大一部分都在模具上,3D打印能不能解決這個(gè)問題,能否能為國產(chǎn)碳纖維的產(chǎn)業(yè)化走出一條新路?


我就談到這里,謝謝!

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