3D打印試水航空核電

朱玥

風(fēng)靡全球的3D打印技術(shù)，正在進(jìn)入中國(guó)高端裝備制造業(yè)：國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)與三代核電站。

主要推動(dòng)力量，來(lái)自北京航天航空大學(xué)教授、國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)獲得者王華明。他的研發(fā)團(tuán)隊(duì)以技術(shù)入股，分別與中航重機(jī)（600765.SH）和南風(fēng)股份（300004.SZ）組建合資公司，致力于在中國(guó)高端制造領(lǐng)域推廣3D打印。

3D打印的“增材”制造思路，確有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。中國(guó)航空企業(yè)和核電設(shè)計(jì)院擁有資本與技術(shù)實(shí)力，自然捷足先登。

在國(guó)際上，以美國(guó)為首的部分發(fā)達(dá)國(guó)家，將3D打印視作制造業(yè)復(fù)興的重要方向;同時(shí)，國(guó)內(nèi)外也有不少業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定，對(duì)其前景看空。

對(duì)這一領(lǐng)域持觀望態(tài)度的產(chǎn)業(yè)資本，更是多數(shù)。

“增材制造”

學(xué)名“增材制造”的3D打印，是近年來(lái)最熱門(mén)的概念。

這一概念，與傳統(tǒng)制造業(yè)的“減材制造”相對(duì)應(yīng)，不經(jīng)過(guò)機(jī)床銑、車(chē)、鉆等傳統(tǒng)“減材”切削加工，而是通過(guò)堆疊材料，來(lái)直接形成最終產(chǎn)品的一種制造理念。

美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬，在2013年國(guó)情咨文中多次提及3D打印，將其視作美國(guó)實(shí)現(xiàn)制造業(yè)復(fù)興的重要途徑，這讓其風(fēng)靡一時(shí)。

在這份國(guó)情咨文中，奧巴馬展望了未來(lái)美國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的藍(lán)圖，他特別強(qiáng)調(diào)了兩大方向：產(chǎn)業(yè)回歸和3D打印技術(shù)的廣泛應(yīng)用，“工人們將在美國(guó)學(xué)習(xí)和使用3D打印，這項(xiàng)技術(shù)可能顛覆整個(gè)工業(yè)體系”。

奧巴馬的言論，經(jīng)過(guò)媒體解讀和放大，迅速成為全球輿論焦點(diǎn)。

事實(shí)上，這一概念并不新鮮，正是起源19世紀(jì)末“照相雕塑快速立體成型”的思想，業(yè)內(nèi)稱(chēng)之為“上上世紀(jì)的思想，上世紀(jì)的技術(shù)，本世紀(jì)的市場(chǎng)”。

北京航天航空大學(xué)教授王華明告訴《財(cái)經(jīng)》記者，增材制造技術(shù)在國(guó)內(nèi)并非新鮮概念，雖然目前已在航空等領(lǐng)域有所突破，但短期內(nèi)很難大規(guī)模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

王華明是中國(guó)激光增材制造領(lǐng)域帶頭人，國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)獲得者。他直言，目前媒體上炒作的商業(yè)3D打印，多用于“娛樂(lè)目的”，僅僅是增材技術(shù)在非金屬模型領(lǐng)域的應(yīng)用，并不代表該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展方向。

只有高端裝備制造領(lǐng)域的高性能金屬構(gòu)件生產(chǎn)，或生物醫(yī)學(xué)支架生產(chǎn)等領(lǐng)域，才能真正發(fā)揮3D打印的高科技優(yōu)勢(shì)，整個(gè)打印過(guò)程宛如春蠶吐絲般，層層包裹，形成最終的形態(tài)。

這對(duì)打印材料形成了極其苛刻的要求。

目前，可供打印的材料品種主要有石膏、尼龍、樹(shù)脂、金屬等等，原材料的形態(tài)限定在粉末狀、絲狀和液體狀等僅有的幾大類(lèi)，絕非普通意義上的“材料”。

早在二三十年前，3D打印技術(shù)已經(jīng)可以使用樹(shù)脂等材料制作產(chǎn)品。在電影《碟中諜》中，湯姆·克魯斯利用3D打印，可以迅速?gòu)?fù)制出一張“人皮面具”，其細(xì)節(jié)早就深入人心。

近幾年，3D打印可處理的材料范圍擴(kuò)大到了金屬，這才引發(fā)了業(yè)界對(duì)3D打印的高度關(guān)注，乃至被美國(guó)政府視作重振美國(guó)制造業(yè)的重要方向。

在工業(yè)制造上，某些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的“異形”設(shè)備或零件，對(duì)加工精度和技術(shù)有著極高要求，但是，3D打印卻可以輕松突破這種“幾何約束”，理論上會(huì)大大降低制造難度和成本。

航空領(lǐng)域突破

作為中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的領(lǐng)軍人物，王華明正致力于在中國(guó)航空與核能領(lǐng)域推廣該技術(shù)。

目前，他的團(tuán)隊(duì)分別與中航重機(jī)和南風(fēng)股份組建了專(zhuān)業(yè)從事3D打印技術(shù)研發(fā)和推廣的子公司“中航激光”和“南方增材”，想借助上市公司力量，推動(dòng)3D打印在工業(yè)化領(lǐng)域的落地。王華明團(tuán)隊(duì)以技術(shù)入股，在兩家子公司中均占股約30%。

目前，3D打印在航空領(lǐng)域的進(jìn)展領(lǐng)先于核電。

中航工業(yè)董事長(zhǎng)林左鳴曾對(duì)外表示，中國(guó)近年來(lái)在航空航天領(lǐng)域取得了一系列重大突破，離不開(kāi)增材制造技術(shù)的飛速發(fā)展。

軍用飛行器的相關(guān)設(shè)備，由于特殊需要，設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，傳統(tǒng)生產(chǎn)思路從來(lái)是做“減”法。通過(guò)切割、磨削、腐蝕、熔融等工序制作零部件，然后再拼裝或焊接成最終產(chǎn)品。

這種制造思路，工藝復(fù)雜，難度超群，還會(huì)造成原材料的巨大浪費(fèi)，成本不菲。

例如，F(xiàn)22戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)翼和機(jī)身連接件，用傳統(tǒng)工藝制造，需要三個(gè)鍛件拼裝而成。此時(shí)，3D打印的技術(shù)優(yōu)勢(shì)就凸顯出來(lái)，使用鈦合金激光3D打印技術(shù)，一氣呵成。

目前正在研制中的國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919，已經(jīng)確定使用3D打印技術(shù)，生產(chǎn)鈦合金主風(fēng)擋窗框、機(jī)翼和機(jī)體銜接部位。

據(jù)介紹，中美兩國(guó)都有計(jì)劃在戰(zhàn)斗機(jī)和軍用運(yùn)輸機(jī)的部分復(fù)雜零部件生產(chǎn)上，使用3D打印技術(shù)。

2013年，王明華憑借“飛機(jī)鈦合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件激光成形技術(shù)”，摘得當(dāng)年的國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

但王華明坦承，由于強(qiáng)度和質(zhì)量控制問(wèn)題，飛機(jī)的關(guān)鍵部件還難以使用3D打印。

“傳統(tǒng)鑄造、鍛造等制造產(chǎn)業(yè)不可替代，3D打印在成本、質(zhì)量和穩(wěn)定性上，都還不能與傳統(tǒng)制造業(yè)相比?！?/p>

進(jìn)軍核電制造

除了航空領(lǐng)域，3D打印技術(shù)亦有意進(jìn)軍核電領(lǐng)域。

南風(fēng)增材的成立，正是出于這樣的目的。

南風(fēng)增材的母公司南風(fēng)股份，主營(yíng)業(yè)務(wù)為空調(diào)通風(fēng)設(shè)備的生產(chǎn)，核電通風(fēng)設(shè)備占其全部產(chǎn)品線的比重超過(guò)60%，核電項(xiàng)目市場(chǎng)占有率超過(guò)70%。

和飛機(jī)制造同屬高端裝備制造的核電領(lǐng)域，亦有大量設(shè)計(jì)復(fù)雜精密的零部件。

尤其是三代核電，對(duì)安全性能和電站壽命提出了新的要求。相對(duì)于“二代加”核電站，三代核電站在設(shè)備制造上難度大大增加：原先可以采用焊接工藝的設(shè)備，現(xiàn)在需要一體化鍛造;一些核級(jí)設(shè)備零部件，對(duì)工藝水準(zhǔn)提出了更高的要求。

目前，國(guó)產(chǎn)設(shè)備制造商正在通過(guò)四臺(tái)示范工程核電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)對(duì)AP1000三代核電技術(shù)裝備制造的技術(shù)消化吸收工作。

現(xiàn)實(shí)的尷尬是，由于制造難度大幅提升，國(guó)產(chǎn)裝備制造廠商普遍存在產(chǎn)品報(bào)廢率過(guò)高、工藝不穩(wěn)定的情況。

“打造一個(gè)大型鍛件，要幾百噸鋼材和三年時(shí)間，做完后只要檢驗(yàn)不合格，幾千萬(wàn)元就打了水漂。”南方增材董事總經(jīng)理朱志宇曾在受訪時(shí)表示。

南方增材希望通過(guò)3D打印技術(shù)解決這一問(wèn)題。

朱志宇稱(chēng)，壓力容器、蒸汽發(fā)生器、穩(wěn)壓器等大量核反應(yīng)堆中的核心部件，都能通過(guò)增材制造進(jìn)行生產(chǎn)。

目前，上海核電工程設(shè)計(jì)院與南方增材正在進(jìn)行合作，計(jì)劃使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)蒸汽發(fā)生器管板。

但上海核電工程設(shè)計(jì)院目前的態(tài)度，只是“試試看”，并無(wú)計(jì)劃在核電裝備制造上全面引入3D打印，在蒸汽發(fā)生器管板方面的合作亦如此——該設(shè)備屬于核級(jí)設(shè)備，雙方的合作僅限于試驗(yàn)，暫時(shí)不會(huì)推向?qū)嶋H的工程運(yùn)用。

上海核電工程設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)鄭明光告訴《財(cái)經(jīng)》記者，涉足3D打印的主要目的，只是為未來(lái)做儲(chǔ)備技術(shù)。他稱(chēng)，核電設(shè)計(jì)院不僅要著眼于現(xiàn)在，更多時(shí)會(huì)為十年之后的技術(shù)發(fā)展做準(zhǔn)備，3D打印是未來(lái)的趨勢(shì)，但現(xiàn)在的合作僅屬于試驗(yàn)階段。

核電設(shè)備對(duì)安全性有極高的要求。如果3D打印技術(shù)進(jìn)入核級(jí)裝備的生產(chǎn)制造，先需要經(jīng)過(guò)層層嚴(yán)苛認(rèn)證，“這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，需要很長(zhǎng)時(shí)間”。

對(duì)于核級(jí)設(shè)備制造商，環(huán)保部核安全局設(shè)立了嚴(yán)格的準(zhǔn)入門(mén)檻：必須具備核安全局頒發(fā)的生產(chǎn)許可證。目前，全國(guó)持證制造商不超過(guò)50家，但無(wú)一使用3D打印技術(shù)。

“3D打印技術(shù)是一個(gè)新概念，核安全局接受和認(rèn)可需要時(shí)間，這意味著需要為這項(xiàng)技術(shù)重新搭建一套評(píng)估體系?！编嵜鞴庹f(shuō)。

但鄭同時(shí)認(rèn)為，3D打印技術(shù)未來(lái)肯定會(huì)在核電設(shè)備制造領(lǐng)域擁有一席之地。部分核電設(shè)備設(shè)計(jì)精密，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增材制造的思路，確實(shí)可以降低難度。但核電屬于保守型行業(yè)，始終將安全放在首位，各方接受新技術(shù)需要一個(gè)過(guò)程。這期間，3D打印行業(yè)正好可以用以解決其穩(wěn)定性問(wèn)題。

近年來(lái)，核電設(shè)備國(guó)產(chǎn)化是業(yè)內(nèi)大勢(shì)所趨，南方增材有政策上的優(yōu)勢(shì)。該公司的邏輯更在于，核電屬于高端制造業(yè)“皇冠上的明珠”，如果公司能夠在該領(lǐng)域取得突破，那么進(jìn)軍其他領(lǐng)域就不存在任何障礙。

多位核電專(zhuān)業(yè)人士在受訪時(shí)表示，核電行業(yè)有其特殊性，對(duì)南方增材的思路存在疑慮。

他們認(rèn)為，3D打印目前尚未被主流制造業(yè)認(rèn)可。其更可行的技術(shù)路線，是“自下而上”，先在非核領(lǐng)域積累經(jīng)驗(yàn)，形成產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，證明其實(shí)力后，再力求在核電領(lǐng)域獲得突破。

但目前，在普通產(chǎn)業(yè)層面，投資者也多對(duì)3D打印技術(shù)持保守態(tài)度。

一位來(lái)自國(guó)內(nèi)知名PE的商業(yè)人士表示，3D打印技術(shù)存在多年，而產(chǎn)業(yè)化剛剛興起，特別在工業(yè)領(lǐng)域，其應(yīng)用仍屬于“超級(jí)前沿行業(yè)”，“難以看清商業(yè)模式”。

風(fēng)投一般在行業(yè)處于啟動(dòng)階段時(shí)，才會(huì)大規(guī)模介入，而PE則是市場(chǎng)進(jìn)入高速發(fā)展階段才會(huì)介入。目前，對(duì)于超級(jí)前沿的3D打印產(chǎn)業(yè)，天使投資者也相當(dāng)謹(jǐn)慎。