■记者团 李秋荣 黄中燕

    由中国工程院，与中、英、美三个国机械工程（师）学会联合主办，中国工程院机械与运载工程学部，以及我校等单位承办的2012年增材制造（又称“快速成形”、“快速制造”、“3D打印”）技术国际论坛暨第六届全国增材制造技术学术会议于12月14日在武汉开幕。国内外增材制造技术领域的专家学者们齐聚一堂，共同探讨增材制造技术的全球最新发展趋势、我国增材制造技术的应用现状以及面临的机遇和挑战，以推动增材制造的技术创新、持续发展以及广泛应用。

    二十世纪九十年代初，美国科学家提出“快速成形”这一全新制造技术原理，即将多维切削加工制造改为二维平面堆积增材制造，只要有物体的三维数据，便无需模具与刀具就可以制造出来。这是一项颠覆性制造技术，如何用最有效的办法实现这一思想让世界各国技术工作者展开了一场旷日持久的竞赛。我校快速制造中心在著名机械专家黄树槐、史玉升两代学术带头人的带领下，攻坚克难，不断突破，研发的薄材叠层快速成形装备与选择性激光烧结快速成形装备曾多次刷新“国际领先”的记录，使我国快速成形技术步入世界先进行列。

    从无到有：“神州科技开花狮城”

    1988年，世界上首台基于液态光敏树脂材料的快速成形装备在美国诞生。

    1990年，时任原华中理工大学校长黄树槐的助理王运赣教授到美国考察，在卡内基美隆大学（CMU）看到美国新研发的快速成形装备无需模具便可快速制作零件的过程，回校后，他便立即向黄树槐校长汇报。 

    “这个技术不得了，它一定会带来制造业的一场革命！”黄树槐说，机械出身的他敏感地预测到了该技术的发展前景，表示支持成立快速制造中心进行研究。然而，当时没有足够的研究经费，也没有激光器和数控方面的设备，黄树槐只能召集几位老师进行原理方面的研究。

    1993年，快速制造中心正式成立，人员不到十个，黄树槐、王运赣、陈国清、骆际焕等是当时中心的主要成员。在湖北省科委的支持下，获得11万的研究经费。有了一定的科研经费，再加上之前打下的基础，不到一年便研制成功了国内首台以纸作为成形材料的装备样机HRP-I，并于1995年9月参加了北京国际机床展览会，被我国机床界元老评为展览会18项高新产品之一，这也是我国第一台参加展览的国产快速成形装备。

    “由于在国内买不到所需的激光器，经费也有限，做出样机后研究进度就慢下来了。”陈国清说。不过，很快他们就看到希望。

    1994年，快速制造中心与新加坡KINERGY公司成功达成合作意向，展开国际合作。11月，王运赣、骆际焕、陈国清、尹希猛等人被学校派到了新加坡KINERGY公司继续研究薄材叠层快速成形装备，而薄材叠层快速成形纸质模型的力学与耐热性能的试验研究，则由沈其文在校内完成。

    “到新加坡后，得知德国汉诺威国际模具展览会次年3月份举行，我们想在此之前做出成形机。先进的激光器等元器件都买好了，可是制件用纸的问题却困扰着我们。”王运赣说。

    制件用纸，需要纸的单面有一层热熔胶，才能层层叠加起来，但由于是美国专利，当时在市场上难以买到。

    有一天，王运赣和陈国清听说复印机所用的墨粉实际上是热熔胶。“那我们用复印机把单面纸全部复印成黑色的，不就可以得到一面是热熔胶的纸了么？”试验成功后，他们还动手改装了复印机，以便得到成卷的制件用纸。

    材料的问题解决了，接下来的工作就比较顺畅了，95年4月份，中心就做出了第一台商品机，并参加了德国汉诺威国际模具展览会。”。

    令他们想不到的是，在德国汉诺威国际模具展览会上，外商看了他们研发的快速成形装备，纷纷点头称赞：“这机器确实不错，都超过美国了！”。日本、德国的的厂商分别购买了一台，更有一位著名的日本厂商请求成为该快速成形装备在日本的独家代理。

    1996年3月15日，我校与新加坡KINERGY公司在京举行“快速成形技术与ZIPPY系列快速成形系统”报告会，我国的各大主流媒体与新加坡的媒体纷纷进行报道。《科技日报》文章标题为“华中理工大学与新加坡公司合作，快速成形技术国际领先”；《光明日报》文章标题为“制造方法的一场革命，快速成形技术向中国走来”；《经济日报》文章标题为“能在几小时内制造出复杂零件，快速成形系统带来大变革”。新加坡华文综合性日报《联合早报》则于8月18日在头版显著位置发表题为“神州科技，开花狮城；纸制模具，神乎其神”的报道。

    “我校可谓开创了在国内研发快速成形技术的先河啊！”陈国清自豪地说道。
     从小到大：“世界最大激光快速成形装备在武汉问世”

    1994年研制出薄材叠层快速成形装备样机，第二年便研制出商品机，当时我校快速制造中心已经成绩斐然。不过，当时黄树槐老校长常常会告诫团队成员不要满足现状，他说：“快速成形技术的前景非常广阔，其成形方法有很多种类，国外有的我们都要做，而且要做的比他们都好！”

    于是，从1995年起，王运赣、陈国清、骆际焕等人在新加坡继续研究的同时，黄树槐也带领熊晓红、肖跃加、马黎、禹世昌等十多位研究人员在我校继续研究薄材叠层快速成形装备及其成形材料。

   “虽然薄材叠层快速成形装备用纸做材料，无法直接做出功能零件，但在教学、木模等领域应用挺广的，因此当时我们主要研究怎么把装备工作台面做大。”禹世昌说。

    1998年，为了能直接做出功能零件，在黄树槐教授的领导下，由史玉升开始具体负责开展基于粉末材料的快速成形技术与装备研发的起步工作。

    如何在原材料上突破，成为当时最大的‘拦路虎’。不过，史玉升在中国石油大学期间担任过博士后联谊会会长，他的这一经历给团队在材料上的突破帮了大忙。联谊会的同学来自机械、地质、勘探、石油等各种不同的学科，其中不乏石油化工领域的佼佼者。

    “那这些人会不会知道哪种材料比较容易制成粉末并有可能用于激光成形呢？”想到这里，史玉升迫不及待地给他们逐一打电话进行咨询和讨论，终于找到了第一种可能的高分子材料——聚苯乙烯粒料，并通过反复研讨找到了将这种粒料制成50微米左右粉末的方法。经过近一年的连续攻关，在1999年他们用自己研制的技术与装备制造出第一个产品（计算机鼠标外壳）。

   “当时我们整个中心的成员都高兴得几乎跳了起来，总算迈出了成功的第一步啊！”史玉升笑着回忆道。

    此后，经过不懈的研究，他们又找到了适合激光烧结的多种粉末材料，如金属、陶瓷、塑料、砂等，并且解决了成形制件的精度、强度和效率等关键技术难题，可以直接作出功能零件，从而将这种技术由“快速成形”推向了“快速制造”。

    尝到成功喜悦的同时，团队也加快了研发更高水平的技术和装备的脚步。2000年，他们研发出0.4米×0.4米工作面的基于粉末床的快速成形装备；2003年，该类装备的工作面扩大到0.5米×0.5米，超过了当时代表国际先进水平的美国3D系统公司；2005年研制出了工作面达1米×1米的装备，远远超过国外同类装备水平。

    2010年研制成功工业级的1.2米×1.2米基于粉末床的快速成形装备，超过德国EOS公司最大工作面0.73米×0.38米和美国3D系统公司0.55米×0.55米的同类产品。新华网以“世界最大激光快速成形装备在武汉问世”进行了报道，获2011年中国十大科技进展新闻，快速制造中心的研究成果“选择性激光烧结成形装备与工艺”获得国家技术发明二等奖。

    史玉升介绍说：“我国一些铸造企业应用基于粉末床的激光快速成形技术后，将复杂铸件的交货期由传统的3个月左右缩短到10天左右，我国发动机制造商将大型六缸柴油发动机的缸盖砂芯研制周期由传统方法的5个月左右缩短至一周左右。目前，该装备的国内外用户已达到两百多家。”

    “开发大工作面的装备是快速成形领域的一个发展方向，我们还会不断努力研发大工作面的快速成形装备，以满足重要行业对大型复杂制件整体快速成形的要求。”谈及今后的研究重点，史玉升这样说道。
    从少到多：“中国研发最多系列快速成形装备的单位”

    经过二十多年的发展，快速制造中心已从最初的几个成员发展到由教授、副教授、讲师、研究生组成的100多人的科研团队。

    快速制造中心成立之初，中心成员多为机械学院和材料学院的老师，后来随着团队研发快速成形类型的增多，学科和人员构成单一并不能满足快速成形技术对多学科交叉的要求。2000年，黄树槐做了一个创新之举，开始引进信息、光学、计算机、自动控制、力学、新型材料等领域的老师和博士生、硕士生进入到团队中来，围绕快速成形的装备、工艺、材料及其应用等方面，开展交叉学科研究。

    黄树槐强调，要开辟和发展新的学科方向，并做大做强，必须要由不同学科和层次的人员来组成科研创新团队。

有了各学科人才的充实，快速制造中心发展得更为迅速了，研究方向在“快速成形制造技术与装备”和“塑性成形制造技术与装备”两个研究方向的基础上，又增加了“快速三维测量技术与装备”、“等静压近净成形技术”和“农业节水产品快速开发技术”三个研究方向，从而形成了比较完整的先进成形技术与应用体系。

    史玉升告诉记者，团队在上述五个个研究方向上均取得了较好的成绩：获国家发明二等奖1项、国家科技进步二等奖3项、国家发明三等奖1项、省部级一等奖10多项、省部级二等奖10多项、国内外专利奖3项、人才和团队奖8项、全国优秀博士论文提名奖1项、湖北省优秀博士论文奖4项、湖北省优秀硕士论文奖3项；相关成果被两院院士评为2011年中国十大科技进展；获发明专利48项；发表论文300多篇，被三大索引收录800多篇，其中发表SCI收录论文116篇，SCI他引324次；出版专著教材10多部；培养博士30多人、硕士200多人。

    然而这些年来的科研工作并非一帆风顺，也遭遇过如科研经费不足、成果推广困难等问题。但史玉升领导该团队通过产学研的合作模式，最终实现了良性发展。

    史玉升说：“偏重于研发新型工艺与装备的工科团队，需要比较大的经费投入和相当长时期的研发，光靠政府的启动经费支持是远远不够的，这也导致很多团队不能在一个方向上长期坚持下去。”

    为了科研团队能更好地发展，他下定决心，“我们要走自己的创业之路，将全新技术转化为生产力；走与企业合作之路，将提升技术转化为生产力；走国际合作之路，将高端技术转化为生产力。”

    快速成形技术诞生不久，因国内无相关的生产企业，该团队便自己成立产业化公司，走创业之路推广研发成果。然而他刚开始推广新技术时，许多国内企业家不相信不用模具与刀具可以生产零部件，认为他忽悠人。后来，他的团队主动寻求与相关企业合作，派教师、博士后和研究生到生产现场，与企业的技术人员和工人一起攻关。派沈其文教授到广西玉柴集团，利用快速制造中心研发的大型选择性激光快速成形机和BZ覆膜砂，仅花了一个多星期就为玉柴快速制造了尺寸大于1米的4气门6缸柴油发动机缸盖全部砂芯，并一次成功浇注出合格的蠕墨铸铁缸盖铸件，成为国内首创，他们的研究成果也迅速得到了企业的认可。

    在“与企业合作”、“与国际合作”方面，该团队取得的成果是显著的：与武汉华夏精冲技术有限公司、湖北鄂重重型机械有限公司、兰州兰石重工新技术公司、北京普泉科技有限公司等国内企业建立了联合研发中心，与英国伯明翰大学联合成立了中英先进材料及其成形技术联合实验室。

    快速制造中心还先后承担国家科技重大专项、国家863、国家支撑计划、国家973、国家自然基金、国防预研、国家合作项目等项目30多项。

    目前，快速制造中心除了研发HRPS系列选择性激光烧结快速成形装备及其成形材料、HRPM系列选择性激光熔化快速成形装备及其成形材料、HRP系列薄材叠层快速成形装备及其成形材料、HRPL系列光固化快速成形装备及其成形材料外，还研发了快速制模装备及其材料、快速三测量装备等，为航空航天、军工、汽车等领域制做了上万种复杂零部件，并进行了技术服务。

    快速成形领域国际权威报告《沃勒斯报告2010》（《Wohlers  Report  2010》）曾评价我校快速制造中心：“1994年开发出自己的第一台快速成形装备。一直以来显得非常活跃，尤其是近几年。拥有很多专利，是中国研发最多系列快速成形装备的单位。该团队在研发装备及生产效率的工艺软件方面具有非常强劲的实力，其技术已影响到美国、韩国和新加坡等其它国家。”