激光技術(shù)作為20世紀能夠與原子能、半導體及計算機齊名的四項重大發(fā)明之一，走過(guò)了50多年的快速發(fā)展歷程，對人類(lèi)社會(huì )發(fā)展產(chǎn)生了重要的作用與影響。隨著(zhù)科技日漸發(fā)展，激光技術(shù)被廣泛運用到生活、生產(chǎn)、醫療等各個(gè)領(lǐng)域，并發(fā)揮著(zhù)巨大的作用。

    先進(jìn)制造技術(shù)與裝備是浙江工業(yè)大學(xué)“重中之重”學(xué)科，姚建華教授于1993年進(jìn)入浙江工業(yè)大學(xué)從事教學(xué)科研工作，長(cháng)期從事激光加工與制造技術(shù)方面的應用基礎研究，致力于先進(jìn)激光制造技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應用及高端裝備制造技術(shù)的發(fā)展。作為浙江省高端激光制造裝備協(xié)同創(chuàng )新中心執行主任的他，把激光加工技術(shù)應用性研究和激光表面改性技術(shù)作為主攻和特色研究方向，作為第一完成人獲得國家科技進(jìn)步二等獎、中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎和浙江省科學(xué)技術(shù)獎一等獎，把實(shí)驗室研究水平帶到了國內前列。而今，在國家自然科學(xué)基金—浙江“兩化融合”基金的推動(dòng)下，姚建華團隊提出了“基于超音速激光沉積的金屬增材制造技術(shù)基礎研究”，將目光瞄準了“超音速冷噴涂+激光技術(shù)”這種新型的3D打印技術(shù)。

    3D打印制造技術(shù)，成為新一代激光制造的主要趨勢，在不斷地改變著(zhù)傳統的制造模式，將人類(lèi)的奇思妙想快速打印成為實(shí)物。姚建華說(shuō)，目前課題組在國際上首次提出將超音速冷噴涂沉積與激光技術(shù)相結合實(shí)現金屬3D打印的觀(guān)點(diǎn)。為了更快、更好地將其應用于生產(chǎn)中，在前期基礎研究基礎上，協(xié)同創(chuàng )新中心還加快了國際合作的步伐。

    通過(guò)引進(jìn)技術(shù)和海外智力，實(shí)現跨越式發(fā)展，在前期研究的基礎上，協(xié)同創(chuàng )新中心聯(lián)合劍橋大學(xué)等國內外頂級團隊，通過(guò)對超音速動(dòng)量場(chǎng)與高能激光束溫度場(chǎng)等多能量場(chǎng)耦合關(guān)系、沉積層顆粒和沉積層之間的固態(tài)結合機理以及增材制造形成過(guò)程中缺陷及應力的產(chǎn)生機制等科學(xué)問(wèn)題的研究，獲得實(shí)現增材制造必須的工藝及質(zhì)量控制方法，打破現有金屬零部件增材制造技術(shù)瓶頸，最終利用該技術(shù)實(shí)現高端裝備關(guān)鍵零部件的高效率、高品質(zhì)、低成本智能化增材制造，為浙江乃至全國制造業(yè)轉型升級提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

    據姚建華教授介紹，高端裝備制造是浙江省和國家未來(lái)發(fā)展的重要方向，但目前我國存在基礎研究薄弱、先進(jìn)制造手段缺乏、制造過(guò)程能耗大等問(wèn)題，嚴重制約了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。增材制造（3D打印）成為實(shí)現這一突破的關(guān)鍵技術(shù)，然而由于存在著(zhù)效率低、成本高及質(zhì)量難以控制三大難題，成為現階段實(shí)現工業(yè)化應用的主要瓶頸。為加強“產(chǎn)學(xué)研用”，姚建華團隊將3D打印與超音速冷噴涂技術(shù)創(chuàng )新融合，提出了超音速激光沉積技術(shù)結合冷噴涂和激光熔覆的各自?xún)?yōu)勢，具有沉積效率高、溫度低、成本低、性能高等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具潛力的新型金屬增材制造技術(shù)。

    在實(shí)驗室里，姚建華指著(zhù)一個(gè)葉片向記者介紹道，“就以汽輪機葉片為例，這項技術(shù)可以讓它的防水蝕能力實(shí)現突破。”具備高度防水蝕的汽輪機葉片在國際市場(chǎng)上單價(jià)賣(mài)到2—3萬(wàn)歐元，相當于一臺奧迪車(chē)的價(jià)格，而國內一個(gè)百萬(wàn)發(fā)電機組里面就需要用到1000多個(gè)不同型號的葉片。隨著(zhù)使用時(shí)間的增加，葉片迎風(fēng)的部位會(huì )出現破損，這勢必要讓發(fā)電機組停機后進(jìn)行維修或者葉片的更換。但是有了新型金屬增材制造技術(shù)后，這一現象就能得到根本改觀(guān)。一方面，對現有葉片的維修成本能夠大大降低，將破損的葉片用強度更高的材料進(jìn)行金屬3D打印即可修復；另一方面，在全新葉片的制造過(guò)程中，除了運用激光表面強化外，在關(guān)鍵部位能夠用強度更高的材料進(jìn)行一體化打印制造，極大地提升葉片的使用壽命，預計用新型增材制造技術(shù)，其效率和性能比目前單一的激光3D打印至少增加數倍，而且成本不增反降。

姚建華團隊將不斷推動(dòng)科研成果向現實(shí)生產(chǎn)力轉化，用科技創(chuàng )新驅動(dòng)浙江省經(jīng)濟轉型升級，為浙江乃至全國制造業(yè)轉型升級提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

來(lái)源：浙江省科技廳