佛山企业用3D打印术造300吨核工业部件(2)

　　增材制造技术在核电部件制造上得到突破后，像压力容器、蒸汽发生器、稳压器等大量核反应堆中的核心部件都能通过增材制造进行生产。以核心部件蒸汽发生器的管板为例，朱志宇称这一项的市场价值就超过20亿美元，再加上核电站核岛核心部件，市场价值可达数百亿元。

　　随着增材制造技术在核电领域的成功应用，将为南方增材打开更多全新的市场。火电机组、水电船舶等行业重型金属构件的制造，都可能成南方增材的增材制造项目瞄准新领域。

　　朱志宇表示，在现代工业中，核电产品要求最为严格，如果在核电行业能够获得承认，那么，其它装备领域，就很容易实现应用。

　　“打开这一扇窗后，我们发现前面是一个可以通达多领域的大门。我们还可以根据客户需要，完成不同构件的个性化定制，特别是装备业中一些关键的金属异形件，我们也会尝试进行突破。”李春华称。

　　他表示，不远的将来，金属增材制造将是佛山重工业发展的一次重大突破，对佛山打造万亿装备制造业的产业目标具有积极意义。

　　核电出口的中国梦

　　最广为流传的说法是，“出口一个核电项目相当于出口100万辆桑塔纳轿车”。

　　核电领域是我国高端制造业的代表，动辄几百亿元的投入使这个市场极具诱惑力。

　　上月，中国国防科技工业局局长、国家原子能机构主任许达哲在“庆祝中国加入国际原子能机构30周年”研讨会上表示，中国将稳步推进核电建设，“到2020年，中国在运核电机组将达到5800万千瓦。”

　　目前，核电站的建设周期是60个月，引入增材制造技术制造重型金属构件，整个周期可以压缩到50个月。

　　中国核电出口是与日本、俄罗斯、法国竞争，核电站出口靠什么？“一个是价格能不能更便宜，另一个是建设周期能不能更短，在核电站的建设中，时间就是金钱，核电站建设需要上百亿的资金投入，如果建设周期能缩短，早一天发电就能早一天收益。” 朱志宇称，以前发展核电站的瓶颈是造价高，因而电价也高，现在压缩周期后电价会比火力发电低；另外，这个新技术的应用，也提升了产品的性能，安全等级也提高。

　　■技术破译

　　“金属墨水”

　　如何变为核电设备？

　　几乎每个人的童年游戏中，都有3D打印的影子：沙滩上捧起细沙，然后小心堆成想象中的城堡。

　　与此相似，以塑料颗粒为材料的3D打印，对大众来说已经并不陌生，在建好数学模型后，从饮水杯到小公仔，都可以在探头的不断运动中逐渐堆砌成型。然而，从几百克的塑料公仔到几百吨的金属构件，中间却相隔着天与地的距离。

　　南方增材描述重型金属3D打印技术是一种“原理全新的重型金属构件短流程、绿色、精密、数字化制造新技术”。

　　如果南方增材的技术愿景能够完全实现，那么在这几个形容词背后，可能蕴藏着整个重工业生产方式的颠覆：人们将可以精确操控大型金属锻件每一个部位的生产，就像用砖盖房子一样，精确到每一块砖。

　　寻找不同寻常的“金属墨水”

　　从金属制造和加工业来说，3D打印基本原理是将零件数字化模型进行空间网格化，通过像素化分解成为一个个空间点阵，然后利用金属微量熔融或烧结的沉积技术，将零件一层层堆积而成。

　　业内人士将3D打印的过程比喻成盖房子：“一层层往上垒砖砌墙，只不过用的不是方砖水泥，而是工程塑料、粉末、尼龙、光敏树脂甚至是金属、陶瓷等不同的材料。”

　　那么，南方增材用的“墨水”是什么？

　　李春华介绍，南方增材的“房子”，即在核电厂的重型金属构件。“房子”的基础的材料是钢，与王华明此前在飞机大型构件使用“钛合金”，材料是完全不同的。技术团队必须解决“墨水”的问题。

　　3D打印与传统制造的生产原理全然不同，材料首先要求是粉末状或者丝状；其次，材料的晶体生长方向要可控制，形成原子或者分子规则排列的固体，一层一层向上叠加，对固化反应速度也有较高的要求；最后，打印形成的产品，要实现与传统技术造出来的“房子”高致密度、高性能等物理指标看齐，这是关键所在。

　　“在材料研发上，技术团队投入了很长时间与精力，经历了多次试验，而且检验过程很长，每一步调整都花了很多时间，完全是自主创新。”李春华说。最终，南方增材选用合金钢材、丝材作为原材料，确定了材料配方，打出金属大房子——“重型金属构件”。

　　核电站建设周期可快10个月

　　相比起传统铸造工艺，增材制造技术的优势在于“轻装备”，只要一台3D打印机，一道高温电熔的“打印”工序即可见成品。

　　而在传统锻造工艺中，如果要制作一件50吨的核电部件，至少需要180吨的钢锭材料，放入200吨以上的电弧炉进行冶炼浇注，还要经过万吨以上机器的锻造和热处理，多达十几道工序，需要耗时6个月以上。

　　李春华说，设备和工序的减少带来的是速度的高速提升。制作同样50吨的核电部件，增材制造仅需要75吨金属粉末和线材，材料消耗是原来的一半不到；在时间上，增材制造打印机现在的速度已经能达到每24小时打印10吨，不用一个月即可完成。

　　目前核电站的建设周期是60个月，运用增材制造技术后，整个周期可以压缩到50个月。

　　“房子”的大小不同，盖房子的技术也有差异。金属3D打印目前应用最成熟的是航空领域，通过激光烧结和激光熔化技术来“打印”飞机等高端产品上的关键金属零件，而南方增材使用的则是多种高温电熔技术。研发初期，朱志宇说也曾采用激光技术进行实验，但这种技术并不适用于重型装备，“性能虽好，但速度太慢。”

　　要“打印”一座大房子，南方增材选择了“一次成型”。“通过设备直接‘打印’出金属构件。”李春华介绍，通过3D打印机逐层“打印”逐层堆积，产品后续只需进行特殊热处理和小余量的机械加工。这一方式在时间上也赢得优势，“我们的效率是最快的”。

　　无限可修复：成品率提高

　　“3D打印就是逐层向上叠，整个过程中，材料成分都一样，因此，整件产品都非常均匀，高精密度也因此铸成。”李春华介绍。而传统的锻造工艺就像拉面条一样，需要反复搓揉和挤压、锻打，生产过程中可能会出现缺陷，越接近中心部分，部件缺陷越容易出现，而一旦部件的芯部出现问题，整个产品就可能报废。

　　他介绍道，增材制造的另一个突出优势是它的无限可修复性。在生产过程中通过超声波检测，一旦产品发现问题，即可进行修补。由于增材制造的生产过程是一层一层堆积，能保证每一部分的精密程度相同，成品的废品率低。

　　合格率的提高，核电站建设周期的压缩，意味着核电造价的降低。朱志宇估计，未来核电成本将比火力发电更低，“一项技术的应用可以使一个传统行业成本大大降低。”

　　统筹：吴晓芳 撰写：吴晓芳 蓝志凌 赵越 实习生 曹嘉琪 刘家盈