打造華南地區(qū)激光與增材制造技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用示范基地
——專訪廣東省科學(xué)院副院長劉敏

文/潘慧

[導(dǎo)語]

激光與增材制造是廣東省科學(xué)院重點發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域之一。近年來，廣東省科學(xué)院著力打造廣東激光與增材制造高層次人才集聚高地、產(chǎn)學(xué)研合作與科研成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用的組織載體、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的樞紐型高端平臺，成為了華南地區(qū)激光與增材制造應(yīng)用基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新和工程化應(yīng)用的重要示范基地。近日，本刊記者專訪廣東省科學(xué)院副院長劉敏教授，請他介紹廣東省科學(xué)院在激光與增材制造技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用等方面的成果、計劃及關(guān)于進一步推進廣東省激光與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)建議。

創(chuàng)新示范 有力支撐

《廣東科技》：請您簡要介紹廣東省激光與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新情況。

劉敏：目前，廣東省已成為我國最大的激光與增材制造產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，相關(guān)企業(yè)數(shù)量超過1000家，上市企業(yè)27家，產(chǎn)業(yè)規(guī)模和企業(yè)數(shù)量均占全國30%以上，位居全國首位，2021年產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過1300億元。目前，廣東省已形成廣州、深圳為核心，東莞、佛山、珠海、中山等珠三角城市為重要節(jié)點的激光與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。廣東省已建立了關(guān)鍵材料、核心器/軟件、裝備系統(tǒng)、應(yīng)用與技術(shù)服務(wù)等各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展的全流程產(chǎn)業(yè)鏈，在產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)涌現(xiàn)出大族激光、納思達、創(chuàng)鑫激光、海目星激光、創(chuàng)想三維、縱維立方、邁普醫(yī)學(xué)等龍頭骨干企業(yè)。

在技術(shù)創(chuàng)新方面，廣東省激光與增材制造領(lǐng)域技術(shù)創(chuàng)新綜合能力位居全國前列，擁有廣東省科學(xué)院、華南理工大學(xué)、華南師范大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)等30余家激光與增材制造技術(shù)相關(guān)的高水平研發(fā)機構(gòu)，國家級與部級相關(guān)研究平臺20余個、省級相關(guān)研究平臺90余個。在廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃“激光與增材制造”重大專項支持下，研發(fā)了高功率半導(dǎo)體激光器芯片、高端激光器、高性能等離子/激光增減材復(fù)合裝備、冷噴涂固態(tài)增材裝備等一批關(guān)鍵核心技術(shù)，解決相關(guān)“卡脖子”問題。2021年，廣東省激光與增材制造領(lǐng)域?qū)＠_量和SCI 論文發(fā)表量分別累計達到14542件（全國占比17.22%）和2405篇（全國占比13.87%），分別位居國內(nèi)第一和第三。

《廣東科技》：廣東省科學(xué)院在推動激光與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面扮演了怎樣的角色，起到了怎樣的作用？具體開展了哪些工作？

廣東省科學(xué)院激光與增材制造團隊研發(fā)的國內(nèi)首創(chuàng)增材制造萬噸級大持液量一體式3D打印微反應(yīng)器

劉敏：激光與增材制造是廣東省科學(xué)院重點發(fā)展的學(xué)科領(lǐng)域之一，研究方向涵蓋材料—工藝—裝備—應(yīng)用的全流程技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈。在推動激光與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，廣東省科學(xué)院扮演了打造廣東激光與增材制造高層次人才集聚高地、產(chǎn)學(xué)研合作與科研成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用的組織載體、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的樞紐型高端平臺的角色，是華南地區(qū)激光與增材制造應(yīng)用基礎(chǔ)研究、技術(shù)創(chuàng)新和工程化應(yīng)用的重要示范基地。

具體工作方面，一是省科學(xué)院開展了一系列激光與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)研究和重大技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)研究，在增材制造專用粉末、激光與增材制造裝備、激光與增材制造技術(shù)在生物醫(yī)療、航空航天、模具、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用等方面取得了一系列代表性技術(shù)成果，為廣東省激光與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展輸送了一批新技術(shù)、新材料和新產(chǎn)品。二是省科學(xué)院是廣東省激光與增材制造戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群咨詢支撐機構(gòu)和服務(wù)工作專班成員之一。2021年，聯(lián)合省科技廳組織召開了“光耀世界 增創(chuàng)未來”為主題的2021年第一期“灣區(qū)創(chuàng)新論壇”，共同發(fā)布了廣東省二十大產(chǎn)業(yè)集群第一本藍皮書《2020年廣東省激光與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告》；并編制了《廣東省激光與增材制造產(chǎn)業(yè)集群季報》2021年第1至3期，印發(fā)至省政協(xié)、省制造強國領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室、省直單位、21個地市政府參閱，為激光與增材制造產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展決策提供有力支撐。

自主研發(fā) 成果卓著

《廣東科技》：您的團隊在激光與增材制造技術(shù)及應(yīng)用研究方面取得了哪些成果？未來的計劃是什么？

劉敏：經(jīng)過多年發(fā)展，我們省科學(xué)院激光與增材制造團隊在增材制造專用粉體制備技術(shù)、大功率激光焊接及復(fù)合焊接技術(shù)、增材制造技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用等方面取得了一系列代表性成果。

廣東省科學(xué)院激光與增材制造團隊研發(fā)的國內(nèi)首臺可量產(chǎn)的絲材等離子體霧化制粉裝備

廣東省科學(xué)院激光與增材制造團隊研發(fā)的國際一流的冷噴涂固態(tài)增材制造裝備

一是開發(fā)了多路徑的增材制造專用粉體制備技術(shù)。我們團隊掌握了真空氣霧化、射頻等離子體球化等多路徑制備高品質(zhì)金屬粉末關(guān)鍵核心技術(shù)，自主研發(fā)國內(nèi)首臺可量產(chǎn)的絲材等離子體霧化制粉裝備。開發(fā)鈷鉻、不銹/模具鋼、高溫合金、難熔金屬等增材制造專用材料20余種，材料性能已達到國際同類水平。研制的球形鉭粉性能指標(biāo)全面滿足我國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準要求，被用于國內(nèi)首例結(jié)合增材制造技術(shù)的鉭金屬全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)。主持制定增材制造粉末材料國家標(biāo)準4項。

二是研發(fā)了大功率激光焊接及復(fù)合焊接技術(shù)。我們引進了烏克蘭巴頓焊接研究所創(chuàng)新團隊，研發(fā)了大功率激光焊接及復(fù)合焊接系統(tǒng)，提出復(fù)合焊接過程中激光與電弧模式匹配、參數(shù)匹配的方法，解決復(fù)合焊接工藝穩(wěn)定性問題，形成高效復(fù)合焊接技術(shù)，為國內(nèi)航天、汽車、船舶制造企業(yè)提供技術(shù)支持。研發(fā)了高反射率材料大功率激光焊接技術(shù)，解決了高反材料焊接穩(wěn)定性問題，實現(xiàn)了銅合金大功率激光焊接，應(yīng)用于新能源汽車電機的制造。針對輕質(zhì)合金，首次開發(fā)了激光等離子同軸復(fù)合焊接裝備與技術(shù)，應(yīng)用于國內(nèi)航天部件的制造。

三是開發(fā)了多款高效智能化增材制造設(shè)備。我們團隊針對大型構(gòu)件增材制造技術(shù)領(lǐng)域的尺寸精度、控形、控性、成形效率等問題，取得了雙機器人/雙工位增減材復(fù)合制造、超高速激光熔覆等關(guān)鍵技術(shù)的突破，成功研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型智能化激光輔助增減材復(fù)合制造裝備，可實現(xiàn)最大尺寸2.5米構(gòu)件的增材與減材復(fù)合制造。自主研發(fā)了超高速激光熔覆技術(shù)，實現(xiàn)了熔覆線速度150米/分鐘及熔覆層厚50微米～150微米可調(diào)，該技術(shù)未來可以替代電鍍，用于耐磨、耐腐蝕防護。自主開發(fā)了電弧增材和攪拌摩擦加工復(fù)合的龍門式增材制造裝備，加工行程達到1500mm×1000mm×400mm，實現(xiàn)大尺寸鋁合金構(gòu)件的高性能高質(zhì)量增材制造。吸收優(yōu)化世界最先進PCS 高壓冷噴涂設(shè)備，完成冷噴涂設(shè)備關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化，達到世界一流水平。

四是開創(chuàng)了一系列激光與增材制造應(yīng)用先河。在民用領(lǐng)域，國內(nèi)首創(chuàng)增材制造萬噸級大持液量一體式3D 打印微反應(yīng)裝備，并在國內(nèi)率先實現(xiàn)其在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用，為企業(yè)新增年均產(chǎn)值2000萬元以上；開發(fā)多款增材制造新型骨修復(fù)產(chǎn)品，創(chuàng)新地將增材制造3D 打印植入體系統(tǒng)推向商業(yè)臨床領(lǐng)域。

未來，我們團隊將重點針對激光與增材制造全產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵技術(shù)開展研究，著力突破高轉(zhuǎn)速等離子旋轉(zhuǎn)電極霧化、高品質(zhì)增材制造粉末絲材等離子霧化等高品質(zhì)增材制造專用粉末材料制備核心技術(shù)；開展裝備、材料、工藝一體化研究，研發(fā)藍光激光制造、冷噴涂固態(tài)增材制造、大功率激光-電弧復(fù)合增減材、長壽命冷陰極電子束增材制造等裝備與技術(shù)；突破激光與增材制造技術(shù)在航空航天、汽車、新一代電子信息、高端裝備制造等領(lǐng)域應(yīng)用的共性關(guān)鍵技術(shù)，助力國家戰(zhàn)略、國防和國家重大工程以及廣東省二十大戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)集群的發(fā)展。

應(yīng)對挑戰(zhàn) 突破難題

《廣東科技》：您對廣東進一步推進激光與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展有何好的建議？

劉敏：廣東省激光與增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展已位居全國首位，但仍面臨著高端產(chǎn)品及技術(shù)被“卡脖子”、技術(shù)創(chuàng)新及推廣應(yīng)用和創(chuàng)新平臺建設(shè)有待加強等挑戰(zhàn)。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，提出以下建議：一是加強前沿技術(shù)跟蹤和統(tǒng)籌規(guī)劃，及時跟蹤全球激光與增材制造前沿技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，定期組織專業(yè)機構(gòu)編制增材制造行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀藍皮書，進而制定符合廣東省實情的激光與增材制造產(chǎn)業(yè)化中長期發(fā)展戰(zhàn)略和行動計劃。二是加大研發(fā)投入力度，突破關(guān)鍵核心技術(shù)瓶頸，積極開展藍光激光制造、生物3D 打印等激光與增材制造相關(guān)前沿原創(chuàng)性技術(shù)研發(fā)，突破高品質(zhì)原材料、掃描振鏡、激光加工頭、超短脈沖/超高功率/超大能量激光器、高效高精度激光與增材制造裝備等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。三是建立強有力的激勵制度，鼓勵國產(chǎn)化發(fā)展，鼓勵激光與增材制造材料、軟件、元器件及裝備的國產(chǎn)化，實現(xiàn)高端產(chǎn)品的價格下降。四是加強人才培養(yǎng)與引進，引進或培育一批具有國際競爭力的領(lǐng)軍人才，支持中高職院校培養(yǎng)一批具有職業(yè)資格的技能型人才。五是完善共性技術(shù)研發(fā)體系與平臺，建立省級激光與增材制造科技創(chuàng)新中心，建立以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、技術(shù)分享機制為紐帶的“政產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同激光與增材制造創(chuàng)新體系，建設(shè)省級激光與增材制造創(chuàng)新中心，推進增材制造領(lǐng)域前瞻性、共性技術(shù)研究及科技成果轉(zhuǎn)化。六是加強應(yīng)用推廣示范，助力產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展，積極建設(shè)一批重大產(chǎn)業(yè)應(yīng)用示范項目，大力推進高功率激光切割、高速激光熔覆、激光清洗、激光微加工、激光診療、增材制造等技術(shù)在汽車、電子信息、生物醫(yī)療、航空航天、海工裝備、化工等領(lǐng)域的應(yīng)用示范。