王华明院士报告丨高性能大型关键金属构件增材制造技术及其对高端装备制造业的影响
王华明院士表示，3D打印是在计算机技术发展起来以后的一种数字制造技术，把三维的事情当成二维来做，一层一层的做。3D打印技术带来的最大的颠覆首先是改变结构，就是原来我们设计出来的结构，可以有非常好的结构，但是我们受传统的制造技术的制做不出来，现在它是一层一层的往上去做，真正改变的是结构，设计师们应该更多的了解这个技术。这样一系列带来的变化，可能是原来一架飞机需要3万个零件，现在可能变成300个零件，原来一架飞机如果说它的载重量是60吨，有可能有一天载重量还是60吨，这个飞机的自重就变成50吨了。这是带来结构的变革。
第二，它会变革材料。也就是说在3D打印过程当中，我们可能会合成制备出一些传统方法制备出来的材料，尤其是金属材料，可能也是这样。
第三，它对制造技术带来的一个变化，材料、结构和制造自身。3D打印，如果说按照材料来分，相对比较简单，一类就是打印是非金属的，一类是打印金属的。当然还有一种就是所谓生物3D打印，在他看来生物3D打印跟增材制造没有关系，它只是为培养生物组织提供了一种手段，这种生物组织就是靠培养出来的，是靠细胞的分裂生长出来的，并不是打印出来的，所以本身它是属于生命科学范畴的事儿。3D打印一个是打印金属，一个是打印非金属。
第二，材料。现在大家都误解，认为是粉末，认为是丝材，那个东西是原料，真正是打印过程通过已经重新出来的零件，这个东西才是材料。这个材料在打印过程当中如何控制让它不产生缺陷，如何控制它的结晶，让它的形态能够受控制。如果这个过程得不到控制，最终出来的性能是不行的。也就是说，如果性能不行，至少用做关键的受力的组成构件是不可以的，这个过程毫无疑问不是传统的凝固，它是在激光快速的加热，快速的冷却，不均匀条件下的凝固，固态相变，这个过程毫无疑问，这是必须要有的过程。刚才讲的如何在打印过程当中控制热应力，工艺过程的控制，发展出大型的装备，使这个技术能够走向工程应用，建立相应的标准体系。没有这些东西一个新的技术不可能走向应用，在他看来是这个技术要发展，要面临的问题。
2010年也做过一件事情，严格意义上说，其实这是世界上第一次在民用飞机里面大型关键的构件用上了3D打印。3D打印出来的大概也就136公斤，会节省大量的材料，节省大量的加工，而且加工变形会很小。当然费用还低，性能还高。重量减轻70%。这么复杂的构件，传统的方法没有任何一种方法能够做出这样的零件，现在3D打印就成为它的唯一的方案，这个方案带来的效果一架飞机减重250公斤，高强的钛合金，它的强度高，密度还大，还贵，还特别硬，特别难加工。现在我们发展出自己全新的3D打印钛合金的材料，减少30%以上的加工时间，飞机上这些材料都被这种新材料取代掉。飞机的起落架组成的构件非常大，使用的材料为超高强度钢，这类应用体现了3D打印的优势。3D打印技术毫无疑问对航空发展是非常重要的。
这种技术对重大装备制造业会带来什么影响？他认为会带来变革性的影响，是变革材料的引进，可以做到对整个零件不同的部位逐点可控，可设计，零件是500毫米厚，还是700毫米厚，可以做到性能和组织结构一样，3D打印可以做到，某种意义上就摆脱了传统的引进对材料制备，包括材料的设计和构件成型原理性的制约，这将是颠覆。航空发动机最重要的零部件就是涡轮叶片，定向凝固技术，业态金属冷却，温度梯度可以做到每厘米200度，这种情况做出来无论叶片是什么样的，就是这样的，疏松严重，偏析严重，枝晶粗大。这是没有办法解决的。现在3D打印可能就会带来变革。这是1989年做的激光增材制造，微细定向柱晶。这种零件用传统的任何方法是出不来的，这就是变革材料。
例如钛合金的整体叶盘，可以做到柱状晶、等轴晶，现在为止全世界谁也不能做到让钛合金定向凝固，如果把它称之为钢筋混凝土，有的钛合金是柱状晶，有的钛合金是等轴晶。我们可以控制这个钢筋间距和它的大小，就是它可以变成很多用传统方法做不出来的材料。
这种变革制造技术，举一些例子，未来装备要么是极大，要么是极小，我们是瞄着极大，未来装备肯定都是越来越大，性能越来越高，这些对3D打印来说是很好的事情。举一个小例子，像大发动机的风扇，如果要变成一个整体的风扇叶盘，用传统的方法锻造一个直径超过3.5米的钛合金，再加工成这么一个零件，代价会很高，用3D打印这会变得很容易的一件事情。这是材料、影响、结构、制造，另外也会带来制造模式的变革，以后的工厂不是现在的工厂。
不是像现在新闻媒体去炒作，现在一些公司去通过融资，就是去做一个题材作为炒作，我认为任重道远，现在更多的不是做3D打印在炒作，实际上是没有核心技术的。不做材料，不做工艺，不做长期的研究，不考量，偷一点技术，挖两个人，挖两个工人，玩两天，三天以后就没戏了。3D打印不是说所有的材料做大型构件，不是所有的材料都适合，也不是所有的构件它都适合。可能这些材料越贵，像钛合金，材料越贵，材料越难加工，而且材料还要有可塑性，用这些材料去做什么构件呢？如果做这么小一个构件，这么简单的构件，传统方法 会比你便宜得多，也会比你好得多，没有必要。去做什么构件呢？尺寸非常大，结构非常复杂，性能要求非常高的这些东西，节省的材料、节省的周期、节省的成本、性能在提升，这些东西放在一块，我认为这是它最大的优势。不管你做出来再好，如果没有性能的优势，没有价格的优势，不可能有应用价值。
王院士表示只要金属还在，这就是永恒的主题和永恒的方向，也许不会再用激光了，也许也不会再用电子束，但是总归这是一个基本的手段，这是一个永恒的主题，这突破了传统金属材料的瓶颈学制约，3D打印仅仅是他们一个方向，在新材料、表面工程，也是做的非常努力的一个方向。
