增材制造，又被稱為“3D打印”，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、醫(yī)療、建筑、藝術(shù)等領(lǐng)域。而進(jìn)行增材制造的“魔術(shù)師”在2022年6月有了正式名稱——“增材制造工程技術(shù)人員”。
在大家眼中，他們能變出各種各樣的物件。這一新職業(yè)的日常工作是啥？這些“魔術(shù)師”對增材制造的未來有何期待？記者走進(jìn)位于北京順義的北京三帝科技股份有限公司（以下簡稱“三帝科技”），采訪了公司研發(fā)總監(jiān)陳慶文。
所想即所得
走進(jìn)三帝科技研發(fā)試制車間，一名技術(shù)人員緊盯電腦屏。鼠標(biāo)輕輕移動，屏幕中的不規(guī)則3D模型隨之翻轉(zhuǎn)。
“這是我們根據(jù)客戶需求設(shè)計的模型，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至機器上，就能打印出來。”陳慶文說，更有意思的是，如果是小物件，每次可以批量打印，還能摞起來打，就像用籠屜蒸包子一樣！
37歲的陳慶文來自河北省張家口市，本碩專業(yè)都與機械設(shè)計有關(guān)。正是看中了增材制造的前景，他選擇深耕這個領(lǐng)域。
增材制造即將數(shù)字三維模型轉(zhuǎn)換為二維，再通過逐層堆積，搭積木般還原成三維實體。3D打印緣何發(fā)展起來？在陳慶文看來，相較傳統(tǒng)制造，3D打印能很好解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的成型問題，真正實現(xiàn)“所想即所得”。
“你瞧這個模型，鏤空的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。”展示架旁，陳慶文隨手拿起一件精致模型。“這是用鈦合金做的，強度比鐵塊好，重量還輕了許多。”他接著舉例，比如隨形冷卻模具，我們可以造出貼合產(chǎn)品形狀的冷卻水路，讓模具更快、更均勻地冷卻。
往前走，一臺機器正在作業(yè)。透過玻璃視窗，一道激光束跳躍著射向平鋪的粉末，粉末熔融后瞬間凝固。一層完工后，成型缸下降肉眼根本看不出的0.03毫米，再鋪一層粉，激光束繼續(xù)擊射。“這臺是激光打印，做的是電子產(chǎn)品外殼。”陳慶文說，看似簡單，技術(shù)人員要提前研究并設(shè)定工藝參數(shù)，包括激光的速率、溫度、路徑等，確保成型產(chǎn)品性能良好，避免出現(xiàn)裂紋、翹曲變形等缺陷。
繼續(xù)參觀，一臺用粘結(jié)劑噴射打印的機器映入眼簾。啥是粘結(jié)劑？可以理解為一種特殊“膠水”?；驹砼c激光類似：成型缸下降、鋪一層粉后，噴射粘結(jié)劑使粉末固化。此刻看形狀，呈圓形，據(jù)此并不能猜出一會兒亮相的“寶貝”是啥。這或許是3D打印的趣味所在，給不知道物件全貌的人以遐想空間。
“現(xiàn)在用陶瓷材料打一個葉輪。”一名技術(shù)人員道出答案。有了智能化無人操控平臺，打印進(jìn)度一目了然：一共330層，目前是220層。在6000多個噴“膠水”的噴孔作用下，再有1小時就“出鍋”了。
與激光打印相比，粘結(jié)劑噴射有獨特優(yōu)勢。第一，效率高、成本低。激光打印是“點掃描”，而粘結(jié)劑是“線掃描”，打印速度更快。第二，粘結(jié)劑適用材料范圍廣，實物可以是砂件，也可以是金屬件、陶瓷件、塑料件等。
優(yōu)勢雖大，快速成型卻非易事，粘結(jié)劑研發(fā)、成型工藝與燒結(jié)工藝調(diào)控是關(guān)鍵步驟。每用一種新粉末，都要對既有粘結(jié)劑進(jìn)行驗證，通過查看粘結(jié)強度、表面質(zhì)量等指標(biāo)判斷是否匹配。若未達(dá)到預(yù)期成型效果，就要對粘結(jié)劑進(jìn)行改良或研發(fā)，這需要大量試驗檢測。同時，粘結(jié)劑打印零件往往需要燒結(jié)加固，容易導(dǎo)致收縮變形。陳慶文將這一過程形容為“炒菜”：粘結(jié)劑好比調(diào)料，燒結(jié)工藝恰似火候。調(diào)料放對，火候到位，菜品才能美味。
賦能鑄造 如虎添翼
栩栩如生的動物模型、工藝精湛的鑄造零件、小巧細(xì)致的各類模具……車間內(nèi)，3D打印的物件隨處可見。
“越來越多人認(rèn)識到這種制造方式，但實踐中，3D打印在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的滲透率相對較低，處于起步階段。”陳慶文坦言。
如何將3D打印“接入”其他行業(yè)？很長一段時間，陳慶文和同事們不斷思考并摸索，最終把目光聚焦在鑄造行業(yè)。
為何是鑄造？鑄造是現(xiàn)代制造業(yè)的中堅力量，一輛汽車中有超過15%的零件通過鑄造產(chǎn)生。作為鑄造最基本的工藝，砂型鑄造具有優(yōu)勢，但在傳統(tǒng)工藝下，工廠需要先做木模，然后形成砂模。“制模是最耗時、成本較高的工序，特別是復(fù)雜零件的成型，對工人技術(shù)要求高?，F(xiàn)實中，手工制作復(fù)雜零件模具的失敗率高，增加了鑄造廠的生產(chǎn)與運營成本。”陳慶文指出，期間還會產(chǎn)生高耗能、高污染等問題。
3D打印正好對癥下藥。“我們直接打印砂型，省去開模工序，避免了模具設(shè)計不合理及修模造成的風(fēng)險。”陳慶文說，這種“接入”方式并不是取代傳統(tǒng)行業(yè)，而是優(yōu)化生產(chǎn)流程，對該行業(yè)賦能。
陳慶文向記者講了欣鑫鑄造的轉(zhuǎn)型故事。欣鑫鑄造原是陜西省咸陽市一家采用傳統(tǒng)砂型鑄造工藝制作有色金屬合金產(chǎn)品的企業(yè)。2021年，欣鑫鑄造引進(jìn)三帝科技自主開發(fā)的3D打印設(shè)備及相關(guān)技術(shù)，逐步形成綠色、柔性、高端的快速鑄造能力。
起初，陳慶文和團隊時常前往欣鑫鑄造，對工人使用設(shè)備、工藝等開展培訓(xùn)。如今，企業(yè)人才隊伍壯大，各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品都能生產(chǎn)，訂單源源不斷，產(chǎn)值、利潤雙雙翻番。更令其驕傲的是，國內(nèi)外一些知名企業(yè)也成了欣鑫鑄造的客戶。
一組數(shù)據(jù)反映變化：同樣是制作新能源車的輕量化車架，傳統(tǒng)方式生產(chǎn)周期40天，若采用3D打印，6天就能交付鋁合金成品鑄件，成本降低30%，砂模精度控制也從±1毫米升至±0.3毫米。
匹配點找到了，就不愁后續(xù)對接。“欣鑫鑄造是一個案例，‘3D打印+鑄造’將使更多傳統(tǒng)鑄造企業(yè)如虎添翼，滿足更多復(fù)雜、高端產(chǎn)品的快速交付。”陳慶文說。
打造更多成熟穩(wěn)定、性價比高的產(chǎn)品
在車間，記者發(fā)現(xiàn)有的機器小，有的卻十分龐大。不難理解，大設(shè)備打大物件。不少人好奇：3D打印能打多大尺寸的實物？
“理論上，最終產(chǎn)品不受打印機尺寸、體積、重量限制。”陳慶文解釋說，砂型可按照結(jié)構(gòu)和尺寸分片化處理，就像吃面包，把它切成若干片，拼接起來組成“大塊頭”。
2022年6月，增材制造工程技術(shù)人員納入新職業(yè)。業(yè)內(nèi)人士表示，職業(yè)分類是開展職業(yè)教育培訓(xùn)和人才評價的重要基礎(chǔ)性工作，這意味著對從事3D打印技術(shù)人員的進(jìn)一步認(rèn)可，打通了相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)的人才出口。
2021年，增材制造工程專業(yè)列入普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄，全國多所高校已設(shè)置“增材制造工程”本科專業(yè)。去年3月，增材制造工程技術(shù)人員國家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頒布施行；9月，三帝科技聯(lián)合上海交通大學(xué)、聊城職業(yè)技術(shù)學(xué)院發(fā)起成立全國增材制造行業(yè)產(chǎn)教融合共同體，一同培養(yǎng)專業(yè)人才。
“人才無疑是行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。”陳慶文介紹，公司研發(fā)團隊80余人，來自機械、電氣、材料工程、軟件工程、印刷工程等多個專業(yè)。“現(xiàn)在有了對口專業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)，識別人才更方便，能更好補上當(dāng)前社會中的人才缺口。”
一名優(yōu)秀的增材制造工程技術(shù)人員，要懂技術(shù)，也要對行業(yè)發(fā)展有清晰認(rèn)知。近年來，3D打印步入快速成長期。2021年中國增材制造企業(yè)營收約265億元，同比增長31%，高出全球年均增長水平約10%；相關(guān)機構(gòu)預(yù)測，至2025年，全球增材制造有望產(chǎn)生2000億美元到5000億美元的效益。
陳慶文看好3D打印在制造領(lǐng)域的未來。“我是技術(shù)出身，希望通過自己和同事們的努力，探索更豐富的應(yīng)用場景，打造更多成熟穩(wěn)定、性價比高的產(chǎn)品。”陳慶文表示，不僅讓人們覺得有趣，更重要的是，推動3D打印賦能千行百業(yè)、走進(jìn)千家萬戶，這將是一件特有成就感的事！
原標(biāo)題：
增材制造工程技術(shù)人員：搭積木的“魔術(shù)師”（新職·新知⑩）