新材料新工艺带动产业创新
材料与工艺是经济发展的核心技术,几乎带动所有领域,加快新材料产业发展是建设制造强国的迫切需要。在前不久召开的2017军民融合新材料新工艺高峰会议上,来自科研院所、高校的各界精英展示了我国在材料与工艺领域实现的前瞻性基础
研究。这些原创性科研成果,不仅精准对接产业趋势,更带动了各
行业的创新发展。
在此次新材料新工艺高峰会议上,3D打印仍然是很多科研机构瞄准的前沿领域。3D打印,又称三维增材快速制造,是以数字建模为基础,运用塑料、金属、陶瓷、橡胶、玻璃、色砂等多种可黏合材料,通过逐层增加材料“打印”出三维实物产品——被誉为第三次工业革命的重大标志性技术,甚至有人认为这项技术将颠覆传统制造业。
北京航空航天大学王华明院士表示,3D打印技术已成为制造技术大家庭中的一个“明星成员”。比如,对于一些尺寸非常大、结构非常复杂、性能要求非常高的构件,3D打印相比传统的减材加工技术,就有诸如节省材料、方便加工、缩短周期、降低成本等优势。
“如今,我们的工业产品着力在轻、小、强方面和耐久性方面发展,很多方面都要求把材料的性能发挥到极致。所以,材料变成制约我们国家工业发展的核心因素”。王华明院士认为,在3D打印过程中,可以合成出很多用传统方法无法合成的材料,也可以解决传统制备材料过程中无法解决的天花板问题。所以说,3D打印既是新工艺,更是新材料。3D打印目前主要解决的是技术问题,真正要走向工业化,任重而道远。即便对金属材料来说,也不是所有材料都可以,不是所有构件都适合做。3D打印未来发展方向,一定是打印专用的新材料。
王华明指出,3D打印对整个制造业仍具有变革性意义——比如他带领团队3D打印出飞机钛合金大型主承力构件,这是传统技术至今难以实现的。在面向未来的材料和工艺需求中,3D打印和其他先进制造技术互补结合,才能发挥更大的作用。
此外,超材料也成为本次会议关注的焦点。据中国航天科工集团有限公司先进材料技术首席专家裴雨辰介绍,超材料技术的起源可以追溯到1968年,最早的超材料是指电场强度、磁场强度和波矢量,不像通常的材料是满足右手螺旋关系,而是满足左手螺旋关系。超材料的根本特征是人为制造出来的,由于这种材料具有比较反常的性质,因此被称为超材料。
世界上最早出现的材料是天然材料,石头就是天然材料的一种;后来发展成冶金材料,比如铜、钢、钛合金、铝合金等;再后来是合成材料,纤维、橡胶等都是合成材料。超材料与这3种材料性质都不一样,它相当于是用这3种材料做出来的新材料,不存在冶金合成和化学合成的问题,这是它的本质。
超材料的最大特点是:它在自然界中不存在,是人工设计制造出来的,具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构。目前,超材料在基础
研究方面已经取得一些进展:一是利用人工超材料模拟了电磁黑洞。二是设计研制了微波波段的地面目标宽频带隐身地毯。三是发展了新型的超材料器件,比如雷达幻觉器件、新型天线罩、极化转换器等。此外,还提出了超材料与自然材料融合,构造新型功能材料的思想。
具体在工程应用方面,超材料一方面在航空航天特种部件上实现了工程化应用。另一方面是超材料天线即将推广应用到民用领域。第三方面是超材料的平板卫通产品,已经得到了实际应用。此外,一些超级WiFi有望在地铁等环境中使用。