發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù) 實現(xiàn)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(jìn)制造技術(shù)、制造系統(tǒng)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(jìn)制造方面的研究30余年，先后創(chuàng)立了利物浦大學(xué)先進(jìn)-敏捷制造研究中心（1996年）、?？巳卮髮W(xué)制造與企業(yè)研究中心（2001年）。所從事過的研究方向有：碳纖維復(fù)合材料航空零部件的自動化制造、增材制造（3D打?。?、制造系統(tǒng)、制造戰(zhàn)略、供應(yīng)鏈等；發(fā)明的NCF碳纖維復(fù)合材料零部件自動化制造技術(shù)（1994年）在英宇航公司和DOWTY航空推進(jìn)器公司成功應(yīng)用，所開創(chuàng)的動態(tài)集成制造系統(tǒng)理論體系和方法得到了國際學(xué)術(shù)界的認(rèn)可和大量引用，并被大型制造企業(yè)如羅·羅公司所借鑒。

2010年回國后，承擔(dān)我國大型高效工業(yè)級3D打印關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和裝備的開發(fā)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(yīng)用”，旨在開發(fā)出世界上最大最高效的SLM設(shè)備，臺面尺寸達(dá)2000mm×2000mm，目前，該課題的研究已申請和授權(quán)多項發(fā)明專利，研制的750mm×750mm臺面的大型SLM驗證機已投入生產(chǎn)。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(fā)明了基于SLM技術(shù)的高效熱管和熱交換裝置的設(shè)計方法。

：作為“千人計劃”引進(jìn)的制造技術(shù)專家，適逢國家推出“中國制造2025”戰(zhàn)略機遇，您認(rèn)為智能制造技術(shù)會有哪幾個方向的發(fā)展？

張正文：金融危機以來，全球制造業(yè)產(chǎn)業(yè)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(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的逐步形成與發(fā)展來看，制造業(yè)全球化的趨勢勢不可擋；另一方面，西方發(fā)達(dá)國家自金融危機以來日益意識到以制造業(yè)為基礎(chǔ)的實體經(jīng)濟(jì)的重要性，正在極力鼓勵高端制造業(yè)向發(fā)達(dá)國家回流，美國的能源革命也確實使其成本優(yōu)勢有所增強。

中國作為新興制造國家，在技術(shù)和創(chuàng)新能力方面正在追趕西方發(fā)達(dá)國家，其尚擁有但正在逐漸失去勞動力成本等方面的后發(fā)優(yōu)勢，關(guān)注的是如何加快產(chǎn)業(yè)升級，在盡力維持中低端制造業(yè)競爭力的基礎(chǔ)上發(fā)展高端高附加值制造和創(chuàng)新驅(qū)動的新興制造業(yè)，并用創(chuàng)新推動傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。未來的發(fā)展戰(zhàn)略需要兼顧以下3個方面：一是緊抓制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新驅(qū)動的新興制造產(chǎn)業(yè)；二是鼓勵中低端產(chǎn)業(yè)向西部內(nèi)陸地區(qū)轉(zhuǎn)移；三是鼓勵企業(yè)積極參與第三世界的發(fā)展與全球產(chǎn)業(yè)鏈的布局分工，使我國成為全球產(chǎn)業(yè)鏈和物流的樞紐。

當(dāng)前的制造業(yè)正在發(fā)生3個革命：一是制造材料的革命，以新材料和可持續(xù)材料替代傳統(tǒng)材料，如碳纖維復(fù)合材料在航空航天、汽車、船舶、風(fēng)電、能源等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用；二是制造方法的革命，新的數(shù)字化、智能化制造方法的產(chǎn)生，如3D打印，特別是金屬和復(fù)合材料的3D打印技術(shù)，正在使制造業(yè)模式發(fā)生變化；三是制造系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)鏈集成手段的革命，以智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的手段提高制造系統(tǒng)和供應(yīng)鏈的效率和響應(yīng)速度以及制造與服務(wù)的集成正在形成新的核心競爭要素，如工業(yè)4.0、物聯(lián)網(wǎng)、下一代互聯(lián)網(wǎng)、智能機器人、智能機床、大數(shù)據(jù)以及智能化的生產(chǎn)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(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的執(zhí)行、實現(xiàn)跳躍式發(fā)展的關(guān)鍵，因此，“中國制造2025”的推出正當(dāng)其時。

：2015年 863計劃在先進(jìn)制造領(lǐng)域共批準(zhǔn)立項了19個主題項目，作為“3D打印關(guān)鍵技術(shù)與裝備研制”項目的首席專家，您準(zhǔn)備采取怎樣的措施推動該項目的進(jìn)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(xué)牽頭，由5個課題組成，分別由重慶大學(xué)、西安交通大學(xué)、大連理工大學(xué)、天津大學(xué)和武漢濱湖機電科技有限公司承擔(dān)，參研單位共有16家，包括航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域大型企業(yè)和研究院所。

為推動該項目進(jìn)展，我們采取項目、課題、子課題、子任務(wù)4級調(diào)度系統(tǒng)，綜合自上而下和自下而上方案編制了詳細(xì)的調(diào)度計劃圖，包括各任務(wù)調(diào)度時間節(jié)點、最早完成時間節(jié)點和最晚完成時間節(jié)點。同時，我們通過課題間和課題內(nèi)充分協(xié)商，制定了詳細(xì)的項目級和課題級管理辦法，通過定期的項目和課題協(xié)調(diào)會，檢查工作進(jìn)度，推動項目下各課題及任務(wù)按進(jìn)度執(zhí)行。我們也將充分發(fā)揮863專家組和項目責(zé)任專家的作用，為項目進(jìn)展和關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展提供支持。

該項目的實施將攻克3D打印設(shè)備大型重載工作臺精密控制、多光束并行掃描和加工區(qū)域拼接、激光變焦復(fù)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(huán)自整定溫度控制（成形環(huán)境的溫度控制）、等溫凝固的界面連接技術(shù)等一系列難題，大幅提高現(xiàn)有工業(yè)級3D打印設(shè)備的成形尺寸和效率，使我國3D打印技術(shù)水平居于世界前列。

隨著材料科學(xué)與成形工藝的快速發(fā)展，以激光選區(qū)熔化（SLM，又稱選擇性激光熔化）、激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）工藝及其他先進(jìn)連接技術(shù)為代表的增材制造工藝正在推動3D打印技術(shù)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(yī)療等領(lǐng)域中實現(xiàn)具有一體化復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高附加值零部件的單件小批量快速制造。相比傳統(tǒng)制造手段，3D打印技術(shù)根據(jù)零件三維模型的分層切片數(shù)據(jù)逐層累積成形最終零部件，具有材料利用率高、生產(chǎn)周期短、成形過程與零件形狀無關(guān)性、無需工裝模具等獨特優(yōu)勢，是實現(xiàn)單件小批量高附加值創(chuàng)新產(chǎn)品低成本快速制造的有效手段，也是未來實現(xiàn)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(guān)鍵技術(shù)，3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈尚處于形成階段，且在工業(yè)產(chǎn)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(chuàng)造”戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，亟需在繼續(xù)發(fā)展和鞏固傳統(tǒng)比較優(yōu)勢的基礎(chǔ)上盡快培育新的競爭優(yōu)勢，以促進(jìn)我國制造業(yè)全面升級與快速轉(zhuǎn)型。因此，需要抓住機遇，大力發(fā)展面向工業(yè)應(yīng)用的3D打印技術(shù)，并加強與傳統(tǒng)加工方法的集成，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的成形工藝、裝備、軟件及后處理手段等關(guān)鍵技術(shù)與裝備，為3D打印在工業(yè)領(lǐng)域中的大規(guī)模推廣應(yīng)用提供成套解決方案，以加快我國在高附加值產(chǎn)品領(lǐng)域的創(chuàng)新速度、降低創(chuàng)新成本。