一、平台简介
北京设备管理协会瞄准重大设备、重要材料、关键工艺、核心软件、核心元器件等共性关键技术,进行自主研发与技术集成,突破行业技术瓶颈,打造完整的创新链。通过互联网和创新联盟在全国推广研究成果,孵化高科技企业,引领增材制造行业发展,带动整个制造业的转型升级。“产学研用”紧密结合,整合京内外优势资源,带动材料、软件、检测、设备等增材制造产业链上下游协同发展。平台拥有国际领先的高性能金属构件高能束流增材制造技术精英团队,具备从材料到设备直至成品的研发与生产一体化的产业转化链。平台核心技术来源于平台研发团队延续二十余年的快速成形技术的研发成果,同时聘请了国内外著名高校、研究单位和知名企业的专家、教授担任技术顾问、导师或兼职研发人员,形成了一支专业、学历和年龄结构合理,多学科综合交叉的研究开发队伍,以引领高性能金属构件高能束流增材制造技术国际发展方向、跨越提升我国高端装备制造业技术水平、形成国际顶级的增材制造产业园为战略发展目标。面向高端重大装备制造业发展的战略需求,致力于钛合金、高强钢、铝合金、镍基合金、热核聚变反应堆用特殊合金等高性能难加工大型复杂关键金属构件增材制造工艺、装备、材料及应用关键技术的工程化应用研发和产业化推广,同时积极拓展增材制造技术在新材料产业、生物医疗产业、激光器产业、快速制造业、文化创意产业等多领域的应用,打造增材制造产业链,最终孵化培育出一系列专业化高科技企业集群(材料、成套装备、产品专业化增材制造及加工检测等),为制造业转型升级提供有力科技支撑。
平台主导业务:1,合金构件高效增材制造新工艺与成套装备;2,工业级高功率高能束流能量源研制;3,增材制造新工艺的开发;4,新型功能材料的研发。
二、技术概念
1、概念
高能束流加工技术以高能量密度束流为热源与材料作用,从而实现材料去除、连接、生长和改性,被誉为本世纪先进制造技术之一。主要类型有:电子束加工、激光束加工、离子束加工和其它高能束流加工。高能束流加工是一个典型的多学科交叉领域,涉及光学、电学、热力学、冶金学、金属物理、流体力学、材料科学、真空学、机械设计和自动控制以及计算机技术等多种学科。
增材制造俗称3D打印,是融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型为基础,通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料,按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积,制造出实体物品的制造技术。不同于传统的加工模式,是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法,从无到有。这与传统的减材技术相反,能否制造传统技术无法实现的器件。
高能束流增材制造技术本质上是以高能束流为能量源实现增材制造。
2、高能束流增材制造技术优势
(1)高能束流增材制造可对集体产生较小的热影响区,工件变形小。
(2)涂覆层与机体材料之间可实现冶金结合,且熔覆材料稀释率较低。
(3)涂覆层晶粒细小,结构致密,能够获得较高的硬度和耐磨、抗腐蚀等性能。
(4)可以实现选择性局部细微修复,有效降低修复成本。
(5) 粉末材料体系适应性比较高,大多数的常规及特种金属粉末材料都可以冶金涂覆到金属零件表面。
(6) 设备体积小巧:高能束流增材制造设备占地小,制造能力更强,更易于实现高坪效。
(7)设计空间无限:打破传统制造技术产品形状的有限性,实现“所想即可所得”。
3、我国高能束流增材制造核心技术沿革
60年代,为了加强对高能束流加工技术的研究,经国防科工委批准在中国航空工业总公司第625 研究所建立了"高能束流加工技术国防科技重点实验室",开始了国内高能束流加工技术的研究。该实验室集激光加工技术、电子束加工技术和等离子体加工技术于一体,是我国唯一同时拥有三束加工技术的研究单位。其成果在我国新型航空动力装置的研制和生产应用中得到了有价值的应用。如电子束焊接用于宇航工业,激光切割、激光热处理、激光表面改性等用于汽车和冶金工业;等离子喷涂、离子刻蚀等也在很多部门得到应用;激光打孔技术,解决了当前高性能发动机叶片上成千上万个气膜冷却孔的加工问题;优质电子束焊接解决了新型航空发动机压气机整体转子、燃烧室、钛合金机匣等的焊接关键技术,省去了大量机械连接,减轻了结构重量;等离子喷涂技术用在发动机的热障涂层及封严涂层中,提高了发动机的性能。
三、团队
核心团队
1、团队带头人
机械工程专业,高级工程师。从事设备管理工作25年,在某机构跟随某院士团队长期从事军工增材制造技术应用于民用领域的工作;有着长达14年增材制造行业的工作经验。对高能束流增材制造领域的设备、工艺、应用有着深刻的认知,具有较强的行业牵引能力,是高能束流增材制造行业领军人,累积了丰富的行业资源,同时具有很强的管理能力及团队凝聚力。
2、首席专家
研究员、博士生导师、某央企特种加工技术首席专家、某央企某研究所副总师、某央企某研究所高能束流加工技术国防重点实验室常务副主任;负责和参与了国家自然科学基金、航空基金等基础理论研究项目和多项航空重大项目。清华大学、华中科技大学、北京工业大学、沈阳航空航天大学兼职教授、博导。
3、高能束流增材设备系统集成首席专家
航空发动机专业,高级工程师。在某研究所重点实验室,从事航空发动机关键部件制造工作28年,主持并参与完成多个航空发动机关键零部件的设计、生产、定型工作,具有丰富的大型自动化工业生产线的设计与制造、高端智能装备设计与制造经验。
4、激光装备与应用首席专家
光学工程专业,博士。具有大功率半导体激光、光纤激光、固体激光核心部件的研发与制造经验,完成多个大型企业特种激光加工交钥匙装备并承担科技部重大科技专项2017年 “增材制造与激光制造”国家重点专项:超细3D打印有色/难熔金属球形粉末制备技术;参与2011年“高档数控机床与基础制造装备”国家重点专项:高功率光纤激光器的研制。
5、传感器首席专家
电子科学与技术专业,硕士。长期从事传感器设计与系统集成工作,擅长电路设计及控制,在高端智能装备监测及检测系统的设计及集成上具有丰富的经验,同时具有较强的企业管理经验。
6、原材料及零部件采购与供应
设备管理师,从事原材料及零部件采购与供应工作26年,熟悉材料采购流程,原材料质量检测、工艺、性能及价格体系,具有极强的质量监控、供应链及供应商管理经验
工作思路
我国高能束流加工技术与世界先进水平相比,差距还很大。
(1)基础研究不够深入,高水平技术人员奇缺,研究水平还有待提高;
(2)质量控制技术研究的少,手段欠缺;
(3)科研设备长期处于落后状态;
(4)工程应用的转化速度较慢,效率低下。
北京设备管理协会针对上述严重制约我国高能束流增材制造技术发展的因素,确立课题之际,努力跟踪世界先进水平,缩小差距。具体措施如下:
(1)高度重视科技情报收集与分析,借鉴国外发达国家以及军工企业在高能束流加工技术研究方面已有的成功经验和先进的手段,在非涉密领域积极开展军民融合的工作。
(2)根据"需求牵引,科技进步推动,有所为,有所不为"的方针,开展重点方向的应用研究。联合相关行业的龙头企业,根据装备制造业的需求制定相应的应用技术研究方向,同时开展具有前瞻性的必要的基础研究作为技术储备与应用实践。
(3)实行“开放、流动、联合”的运行机制。与国内知名研究院所、学校共同开展工程应用研究,做到优势互补,使高能束流增材制造技术整体水平得到提高。
核心竞争力
1.全产业链的高能束流源的制造,升级与维护能力,属于国内第一,国际领先地位;并可用于知识产权申报的技术储备;
2.高效便捷的冶金粉末同步随机分配系统的研发,制造,升级与维护能力;并可用于知识产权申报的技术储备;
3.拥有高能束流增材制造高端设备系统集成的制造,升级与维护能力;可对国外进口的部件及系统进行升级改造与维护;并可用于知识产权申报的技术储备;
4.可稳定用于工业化批量生产的功能性金属材料及复合材料的适配与应用技术;并可用于知识产权申报的技术储备;
5.高能束流增材制造技术工程应用产生的多领域特种工业装备或零部件,并可用于知识产权申报的技术储备;
6.拥有国家标准,地方标准以及行业标准的编制经验,相关工作已在进行;
7.拥有完善的科技情报追踪手段与能力;
8.全国最先提出了“高能束流增材制造+垂直行业龙头”的理念!在具有明确的“刚需”与“高频”的市场环境中进行了长期的工作实践,累积了丰厚的行业资源,搭建了可以快速复制的业务拓展模式,形成了强有力的市场“击穿”能力。
四、应用场景
行业市场容量与增长预期
2016年科技部部长万钢表示:“到2025年3D打印技术潜在的经济影响将达到2300亿~5500亿美元。我国的装备制造业整体占据世界装备制造业50%,但智能制造业只占据10%,传统制造业停留在工业2.0的中等水平。增材制造具有提升效率、节能减重等优势,中国制造业的10%如果运用增材制造,按照提升效率50%计算,可以多创造出3万亿元的价值”。
全球知名的研究和咨询公司Gartner发布了2017年3D打印行业的预测报告,预测全球3D打印市场将从2015年的16亿美元增长至2018年的134亿美元;国际数据公司IDC预测,未来5年内,全球3D打印市场将以22.3%的年复合增长率扩大,预计在2017年全球3D打印市场规模达60亿美元,在2020年达到289亿美元。
2014年中国3D打印市场规模达到40亿元左右,增长速度远远高于全球平均水平。中国3D打印产业联盟预测2018年,中国3D打印市场规模将扩大到200亿元。
高能束流增材制造技术广泛应用于航空航天、航海、石油、化
工、电力、汽车、轨道、煤炭、冶金、军工、通用机械、建筑等多领域易磨损、腐蚀、变形等关键零部件的再制造中。北京市设备管理协会增材制造技术工程化应用专项工作办公室的技术团队在与上述龙头企业进行了深入交流与调研后,针对生产实践中的“疑难杂症”,开展技术公关,取得了突破性进展,并提供相关技术服务。
石油领域

与中石化某石油管理局下属企业联合开展复杂工况下的耐腐蚀抽油杆、高压注水泵泵头、地质压裂工程车、井下注氮工程车等特种采油作业装备承力部件,以及井下传感器核心部件的替代进口研制与作业现场应用,并积极申报中石化科技专项。
化工领域

与中国500强某化工企业联合开展自控耐腐蚀阀门、换热器、耐海上盐雾港口机械易损部件、LNG耐腐蚀阀门的工艺开发,提供关键零部件再制造技术解决方案;联合申报高能束流增材制造3D打印孵化器。
冶金领域

利用高能束流增材制造技术修复、生产汽车薄板轧制所需冷轧、热轧辊以及耐腐蚀、耐磨损大型承压阀门、港口机械及矿山机械易损部件。
电力领域

与重庆某大型电力设备制造企业以及重庆市传感器研究院联合拟开展电力设备、汽车传动及模具设备智能机器人增材制造的工艺开发、设备制造及对外加工服务工作,拟成立相关技术工程化研究(所)院。
煤炭领域

与某大型国有煤炭企业集团,针对矿山机械设备易磨损工况,分别开展特种部件的研制与生产工作。
轨道交通领域

与某市轨道交通有限公司联合开展磨损零部件提升耐磨损性的研制工作。
通用机械领域

与某大型汽车制造企业发动机事业部联合开展数控加工中心可转位刀具及刀盘再制造。目前处于协议洽商过程中。
建筑领域

与北京市政集团联合开展盾构机切削部件以及高承液压部件的再制造技术研发与应用以及复杂金属构件的3D打印制造。目前处于协议洽商过程中。
航海及海洋工程领域

与中石化某石油管理局下属企业联合开展了浅海作业用特种耐腐蚀油杆电镀替代以及油管除垢脱堵作业服务的技术研发工作,以及大型船用发动机部件的再制造技术研发工作。
军工领域

与某大型陆上型号产品的设计制造单位的设备管理部门基于军民融合的思想联合开展了大型装备的维修保养的先进管理与制造修复技术的研发,成果应用于通用加工设备及某国有企业煤炭运输车辆的部件修复中。
航空航天领域

为某企业提供了高强度机械连接部件,承接某类叶片的3D打印及修复,为某国企提供大型工业级叶片金属3D打印机的系统设计等非涉密高能束流增材制造加工与设计工作。拟申报“管理、保密、设计、制作”四证,从而进入军品设计与制造领域。
政策支持
国务院:《中国制造2025》
国务院:《国务院关于加快发展循环经济的若干意见》
国务院:《“十三五”国家战略新兴产业发展规划》
国务院:《国家技术转移体系建设方案的通知》
工信部:《产业关键共性技术发展指南》
工信部:《高端智能再制造行动计划(2018-2020年)》
工信部、发改委、财政部:《国家增材制造产业发展推进计划》
工信部、发改委、科技部:《新材料产业发展指南》
工信部、发改委、中国工程院:《发展服务型制造专项行动指南》