盘点中国3D打印领域最耀眼的五大领军团队
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  目前,从整个制造业领域来看,无论国际国内其规模还都非常小。第十一届全国政协副主席张梅颖在开幕式致辞中表示,从国际国内3D打印行业的现状来看,小而散是行业普遍现象,国内从事3D打印技术的科研单位和企业总数不过二三十家,2012年,全球3D打印技术行业实现产值不足30亿美元。

  眼下国内众多企业嗅到了3D打印技术的巨大商机,有蜂拥而入之势。对此,张梅颖呼吁,对于一项新兴技术的培育仅凭热情远远不够,要客观地科学规划布局,避免在发展初期一哄而上,形成恶性竞争,防止3D打印技术重蹈光伏行业的覆辙。

  据了解,国内快速成型系统的科研团队主要包括清华大学颜永年团队、北京航空航天大学王华明团队、华中科技大学史玉升研究团队、西安交通大学卢秉恒团队和西北工业大学黄卫东团队等。

  一、颜永年

  颜永年教授现为清华大学机械工程系机械电子研究所的所长,中国机械工程学会快速成形技术委员会主任。他领导的激光快速成形中心率先在国内进行了快速原型制造RPM(RapidPrototypingManufacturing)技术的研究,并完成多种功能先进的RP设备以及有关的软硬件的开发与研究,在世界RP领域上占有一定的地位,还进行了大量由RP向快速工具RT(RapidTooling)制造技术转化的研究。

  学术成果简介与业绩

  承担并完成了多项国家自然科学重点基金、国家863计划及与企业的横向合作任务。作为总设计师完成5台套世界级的我国重装行业和国防上急需的重型液压机,转让技术帮助企业生产数千台一万吨以下的各类液压机,创产值数拾亿。在多功能快速成形制造系统、组织工程材料的大段骨快速成形制造等方面取得了国际领先水平的科研成果。获国家科技进步二、三等奖3项,省、部级奖5项,拥有发明专利10项、著、译书12册,发表论文263篇、其中SCI收录21篇、EI收录47篇,几年来培养博士生35名、硕士生33名。

  学术研究的特点为:

  70年代初即从事金属材料锻压成形工艺和设备,特别是预应力结构的重型模锻设备与工艺。沿着材料成形加工这条主线,89年即开始进行快速成形研究;98年从事生物材料的快速成形从而进入生物制造领域。至今,已形成生物制造、快速成形和重型机器三个方向,均取得很好的成绩。注重学科交叉和学科前沿重视实验和工程应用主要学术成果和业绩如下:

  1、提出离散-堆积成形学原理,并与其它学科交叉形成新的前沿生长点

  (1)它是继去除成形(如切削加工等)和受迫成形(如铸、锻等)后的新型成形原理与方法。

  (2)据此提出离散-堆积平台(软、硬件系统)构想,完成可实现多种RP、RM工艺的多功能快速成形系统(实验设备)在此基础上完成单功能和多功能快速成形商品化设备,获国家科技成果二等奖。

  (3)离散-堆积成形原理与热致相分离方法相结合可制造具有分级孔隙率的三维结构,用于人体器官修复的组织工程支架之制造。

  (4)离散-堆积成形原理与细胞-材料单元的触发固化技术相结合,可按预设计将细胞受控组装成三维结构,通过体外-体内培养,而形成人体器官。

  2、生物制造学术研究

  本人将制造科学引入生命科学领域提出生物制造工程(OrganismManufacturingEng.)学科概念和框架体系。为制造科学发展提出一个新方向。将细胞或细胞-材料视作受控组装的微滴,根据离散-堆积成形原理,组装成三维结构,用以探索活体组织、人体器官的修复与制造以及仿生产品的制造。在国家863,清华985和清华学科交叉基金支持下,2000年完成MedForm设备,2001年完成生物材料快速成形机,2002年完成TissForm设备、2004年完成细胞直写系统和细胞打印机(CellPrinting),建立了具有国际先进水平的生物制造工程实验室。

  3、重型机器结构强度、金属疲劳方面的学术成就

  (1)提出等剪应力缠绕原理和工程计算方法

  75年发表在国内刊物重型机械上。该理论目前已通用于全国。国际著名学者,丹麦科学院院士,丹麦科技大学T.Wanheim教授迟于本人于1977年8月在JournalofEng.forIndustry第733期发表了内容相同的论文(但无爆破验证实验)。本人2002年10月赴丹麦专访Wanheim教授,他承认事实,敬佩我们的工作。

  (2)提出重型结构被预紧件与预紧件之刚度比值应与模型相等的相似准则,目前一直用于重型结构设计与工程生产部门。

  (3)合作研究重型结构应力场强法的高周疲劳失效判据

  (4)2003年提出智能缠绕坎合制造原理与工程应用方法,开创了重型预应力结构设计制造的新领域。该原理与方法可大大提高重型结构的可制造性,降低运输困难和制造成本,减少制造周期,目前已在我国多台国家支撑计划重型液压机项目上应用。剖分-坎合拱型梁已广泛用于国内各类压机。

  (5)作为总设计师,采用智能缠绕坎合制造,完成了目前世界级的五台我国装备制造业和国防上急需的重型锻压设备:

  *4万吨板料成型压机1994年广州投产中国最大的换热器板片成形压机

  *3.6万吨垂直钢管挤压机2009.7包头投产

  *1.5万吨闭式镦粗穿孔压机2009.7包头投产

  *4.0万吨航空精密模锻压机2012年西安将投产我国最大的精密航空模锻液压机

  *3.0万吨核电精密模锻压机2012年昆山将投产太平洋远东地区,包括日本、韩国在内,最大的具有挤压功能的模锻液压机

  (6)智能缠绕坎合制造技术转让到全国十几家企业,其中最大的是广东科达机电集团,仅2010年就生产各式陶瓷砖液压机(4800吨7800吨)共1200台,创产值20亿,为陶瓷压机世界的世界之最。

  二、王华明

  王华明,男,1962年5月出生,汉族,四川省合江县人,中共党员。1989年毕业于中国矿业大学北京研究生部矿山机械工程摩擦学专业,获博士学位。1992年获德国洪堡基金会洪堡基金,并于1992.10~1994.11赴德国埃尔兰-根纽伦堡大学金属科学与技术研究所进行国际合作研究(洪堡学者),回国后,到北京航空航天大学材料学院任教,先后任处理专业教研室科研副主任、主任、材料加工工程学科部主任、材料学院材料加工工程系主任、北京市特种功能能材料与表面技术重点实验室副主任等职。

  简介

  1991年在中国科学院金属研究所破格晋升副研究员,1995年在北京航空航天大学破格晋升教授,1996年被评为博士生导师,现任北航材料加工工程学科责任教授、北航《蓝天计划》蓝天学者特聘教授。2006年受聘为北京航空航天大学材料科学与工程学院长江学者特聘教授。

  2013年5月22日,中国工程院发布公告,2013年中国工程院院士增选候选人提名、遴选工作于4月25日结束。经形式审查和中国工程院主席团审定,有效候选人共560人,王华明在列。

  研究方向

  王华明教授主要从事以下几个方向的研究:

  (1)提出激光熔覆多元多相过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层研究新方向,研究出Cr3Si/Cr2Ni3Si等耐磨性能优异并同时具有反常磨损-载荷特性、反常磨损-温度特性、不粘金属特性等性质的过渡金属硅化物多功能涂层材料新体系10余个,系列研究论文被《AdvancedCoatingsSurfaceTechnology》国际期刊专题报道;

  (2)在对高推重比航空发动机关键摩擦副零部件高温高速超常摩擦学行为深入研究基础上,研究出含碳量高达9~12%的激光熔覆超高碳Cr-Ni-C高温自润滑特种耐磨涂层新材料,在我国某新型航空发动机关键热端高温耐磨运动副零部件上得到成功应用,获国防科学技术奖二等奖;

  (3)在对钛合金非接触激光熔化冶金晶体择优生长特性深入实验与理论研究的基础上,发明定向生长柱晶钛合金激光区域约束熔铸冶金材料制备与发动机叶片等复杂零件激光直接成形新技术,钛合金高温持久寿命提高10倍以上;

  (4)突破飞机钛合金等高性能金属结构件激光快速成形关键技术及关键工艺装备技术,激光快速成形BT20钛合金机身关键结构件通过装机试飞前构件全部地面考核并已通过装机评审即将完成实际装机应用;将合金超纯净精炼、定向凝固、快速凝固等三大先进高温合金制备技术与激光快速成形技术有机融合为一体,提出超纯净径向微细柱晶梯度组织高性能高温合金涡轮盘新思路及其近终形零件激光直接成形制造新技术,成功制造出直径达450mm的超纯净径向微细柱晶梯度组织高性能高温合金涡轮盘件;

  (5)发明了水冷铜模激光熔炼炉及难熔、难加工、高活性金属材料激光熔铸材料制备与零件直接成形新工艺,成功实现W等难熔合金及W/W5Si3等难熔金属增强超高温原位复合材料及其零件的激光熔铸冶金制备与成形制造,为难熔难加工高性能合金材料的制备与复杂零件成形制造找到了一条新的途径;

  (6)发现高Jackson因子小面晶体光滑液-固界面及台阶生长机制对凝固冷却速度及界面过冷度的高度不敏感性,对在经典凝固理论中被广泛接受的随凝固冷却速度或界面过冷度的增加、小面晶体液/固界面结构将由原子尺度光滑向原子尺度粗糙转变、生长机制由侧向生长向连续生长机制转变经典凝固理论著名推论的适用范围进行了合理补充。

  取得成绩

  2000年来主持国家自然科学基金重点项目、国家863计划课题、教育部跨世纪优秀人才计划基金、总装武器装备重点基金、国防基础科研重点项目等科研项目10余项,发表论文被SCI及EI收录137篇次、授权与申请发明专利7项、获国防科学技术一等奖、国防科学技术二等奖、国家级教学成果二等奖等多项奖励。

  2013年1月18日,经国务院批准,王华明教授以飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术荣获国家技术发明奖一等奖。

  三、史玉升

  史玉升:男,1962年生。博士,教授,博士生导师,华中科技大学特聘教授。现任华中科技大学材料科学与工程学院副院长、材料成形与模具技术国家重点实验室副主任、湖北省先进成型技术及装备工程技术研究中心副主任、中英先进材料及成型技术联合实验室副主任、材料化学与服役失效湖北省重点实验室学术委员会委员、湖北省机械工程学会理事、湖北省机电一体化技术应用协会理事、中国机械工程学会高级会员、中国机械工程学会特种加工分会青年工作委员会委员等职务。

  履历

  长期从事快速制造和农业节水产品快速开发等领域的教学和科研工作,近年来承担863重大项目等28项,作为第一负责人主持16项;获发明专利4项、实用新型专利7项,受理发明专利18项、实用新型专利2项;软件登记3项;项目鉴定4项;教材专著4部;论文100多篇,三大索引收录80多篇;成果达到国际先进或领先水平,获国家二等奖1项、省部级一等奖1项、省部级二等奖3项;领导的研究团队获2004年湖北省自然科学基金创新群体;建立了粉末材料激光快速成形技术的学术体系及集成系统,在国内外200多家单位得到广泛应用,取得了显著的经济与社会效益;建立了成套的农业节水产品低成本快速开发理论与方法,取得一系列创新成果,并得到应用。

  成果介绍

  近年来,在国家863和自然科学基金等项目的资助下,围绕粉末成形(包括选择性激光烧结快速成形、选择性激光熔化快速成形、激光/等静压复合近净成形)、生态农业滴灌节水产品快速开发等领域的关键技术和基础理论开展了系统的研究。建立了选择性激光烧结快速成形技术的成套学术体系与系统,在国内外得到广泛应用,取得了显著的经济和社会效益;继德国后,在国内率先研制成功了采用半导体泵浦和光纤激光器的商品化SLM装备,为复杂精细金属零件/模具的直接快速成形提供了新的制造模式和手段;提出了将激光粉末快速成形与等静压技术复合起来近净成形制造高性能复杂结构零件的新思想;提出了随形冷却水道精密注塑模数字化设计制造的新原理;开创了节水产品低成本快速开发理论与方法,并得到广泛应用,经济效益明显,社会效益尤为显著。部分理论成果在14种国外著名期刊和42种国内核心和重要期刊,以及一些重要的国际学术会议上发表,其中SCI收录25篇,EI收录60篇,ISTP收录7篇,特邀报告和讲座10次,他引200余篇次;研究成果还被各种专著和教材大量采用,并被拍成科教片,在中央电视台科技频道播放,在社会上引起了很大的反响,得到了国内外学术同行的高度评价和认同;获发明专利4项,受理发明专利25项。对相关学科的发展起到了重要推动作用,在学术上达到了该研究领域的国际先进水平,部分具有国际领先水平。

  获奖情况

  1、2001年度国家科技进步二等奖1项(排名第三)

  2、2003入选湖北省新世纪高层次人才工程第二层次(独立获得)

  3、2004年领导的研究团队荣获湖北省自然科学基金创新群体(负责人)

  4、2005年度湖北省科技进步一等奖1项(排名第一)

  5、2006年度湖北省科技发明二等奖1项(排名第一)

  6、2006年度高校自然科学二等奖1项(排名第一)

  7、2006年度高校科技进步二等奖1项(排名第一)

  8、2006年度华中科技大学第一届求是杯大学生课外学术科技作品竞赛特等奖和二等奖各1项(均为指导教师)

  四、卢秉恒

  卢秉恒院士系我国机械制造与自动化领域著名科学家,1945年2月出生,安徽亳州人。现为中国工程院院士,西安交通大学教授、博士生导师,任快速制造国家工程研究中心主任、国务院机械学科评议组召集人、中国机械工程学会副理事长、中国机械制造工艺协会副理事长、全国高校金属切削机床学会理事长,同时兼任宁波大红鹰学院院长。卢秉恒院士主要从事快速成形制造、微纳制造、生物制造、高速切削机床等方面的研究,先后主持20余项国家重点科技攻关项目。曾获国家科技进步二等奖、国家技术发明二等奖、做出突出贡献的中国博士学位获得者称号、全国五一劳动奖章、全球华人蒋氏科技成就奖等奖项。

  简介

  兼任西安交通大学先进制造技术研究所所长、教育部RPM工程中心负责人。国务院学位委员会机械学科评议组召集人,数控装备国家重大专项专职技术负责人,国家自然科学基金委员会微纳重大专项专家组组长,国家973项目首席科学家,十五863计划先进制造领域专家,全国机械制造工艺协会副理事长,全国高校金属切削机床研究会理事长。曾任国家自然科学基金委员会工程与材料学部专家咨询委员会委员。

  自1993年以来,在国内率先开拓光固化快速成形制造系统研究,开发出具有国际首创的紫外光快速成型机及有国际先进水平的机、光、电一体化快速制造设备和专用材料,形成了一套国内领先的产品快速开发系统,其中5种设备,3类材料已形成产业化生产。该系统可以大大缩短机电产品开发周期,对提高我国制造业竞争能力及迎接入关挑战起到重要作用。九五期间,主持及参加了国家九五重点科技攻关项目、863计划及国家自然科学基金等项目共9项。十五期间主持国家重点科技项目、国家自然科学基金重点项目以及教育部快速成型制造技术工程中心和快速制造与装备国家工程研究中心建设等项目。国家自然科学基金评审委员,教育部高等学校机械学科教学指导委员会委员,机械设计、机械制造及自动化专业分会副主任。承担国家九五十五重点科技攻关5项,国家863计划2项,国家自然科学基金4项,省市重点项目3项;2000年获国家科技进步二等奖,2005获国家技术发明二等奖,2001年获全国五一劳动奖章及蒋氏基金会科技成就奖。近年来还获得3项省部级科技一等奖。发表论文300多篇。主要著作:《机械制造技术基础》,《21世纪产品快速开发技术》,《RP与模具快速制造》,在国内外期刊、会议上发表论文100余篇。

  科研方向

  1.IC制造装备及纳米制造

  2.激光快速成型制造

  3.制造业信息化

  科研工作

  1.国家科技部九五重点科技攻关,激光快速成形制造技术研究开发,250万元,1995.10-1999.6,第一完成人。

  2.陕西省九五重点攻关,激光快速成型关键技术攻关研究,64万元,1995.7?1997.7,第一完成人。

  3.国家科技部九.五重点科技攻关,西北RPM生产力促进中心建设,50万元,1999-2000,第一完成人。

  4.西安交通大学教育行动计划重点项目,快速响应制造,400万元,2000.3-2002.12项目负责人。

  5云南省省校合作项目,激光快速成形集成系统,120万元,1999.9-2000.12第一完成人。

  6.国家火炬计划项目,快速成形机产业化,西安交通大学产业集团投入350万元,1999.9-2000.12第一完成人。

  7.西安市攻关项目,三维零件CAD模型复构技术研究与设备开发,15万元,1997-1999,第一完成人。

  8.863计划,三维打印机的研究与开发,19万元,1999.3-2000.12,第一完成人。

  9.一种微机械制造新方法,国家自然科学基金,11万元,1996.1-1998.12,第一完成人。

  荣誉成就

  2000年获得国家科技进步二等奖,2001年荣获全国五一劳动奖章、九五国家重点攻关计划突出贡献者,2001年荣获蒋氏科技成就奖。快速成形制造若干关键技术及装备获2000年度国家科技进步二等奖,第一完成人。

  获奖及称誉

  1.1991年1月获国家教委、国务院学位委员会授予做出突出贡献的中国优秀博士学位获得者荣誉称号。

  2.1988年获西安交通大学优秀博士论文奖,该奖在三届博士生中共设立3名。

  3.2000年获国家科技进步二等奖。

  4.2001年荣获全国五一劳动奖章,受到江泽民的亲切接见及荣获香港第六届蒋氏科技成就奖。

  5.2005年当选为中国工程院院士及获国家技术发明二等奖。

  五、黄卫东

  黄卫东,男,1956年生,西北工业大学材料科学与工程系77级本科生,1989年获西北工业大学工学博士学位,1990年任副教授,1991年任教授,1995年任博士生导师;1989年在法国国际空间大学空间资源与制造系短期进修,1994年美国伍斯特工学院铝合金铸造研究室客座教授,1995年和1996年日本宇宙科学研究所客座教授;1998年获国家杰出青年科学基金资助,1999年起任凝固技术国家重点实验室主任,2001年被聘为教育部长江计划特聘教授。

  研究领域

  1.凝固与晶体生长理论:重点从基本原理的角度揭示凝固与晶体生长过程显微组织形成规律及其与传输过程和界面反应的关系,目标是对凝固与晶体生长行为进行精确定量的描述和预测。

  2.激光加工技术:包括激光表面改性,激光焊接和激光成形,重点发展致密金属零件的快速无模自由成形技术。

  3.铸造技术:主要针对高性能大型复杂薄壁铸件的精密成形发展调压铸造工程化设备和技术。

  4.先进材料开发:高质量低成本镁合金,有机非线性光学晶体生长,锂钒系锂离子电池正极材料。

  主要成就

  在国内外学术刊物和会议发表学术论文126余篇,被SCI收录37篇,Ei收录44篇,引用185次,其中他人引用99次;申报11项专利,已授权一项。

  奖励荣誉

  1.1989年,国家教委科技进步二等奖,强制性凝固组织形成原理

  2.1991年,国家教委和国务院学位委员会表彰的做出突出贡献的中国博士学位获得者

  3.1991年,航空航天部表彰的做出突出成绩的中国博士学位获得者

  4.1991年,航空航天部优秀青年教师

  5.1992年,国务院特殊津贴

  6.1994年,航空工业总公司科技进步二等奖,透明模型合金凝固研究方法与装置

  7.1995年,国家教委科技进步一等奖,凝固前沿动力学与形态选择研究

  8.1998年,国家杰出青年科学基金获得者

  9.1999年,航空工业总公司有突出贡献的优秀中青年科技专家

  10.2000年,国家百千万人才工程第一、二层次人选

  11.2001年,教育部长江学者奖励计划特聘教授

  12.2001年,中国高校自然科学二等奖,单相凝固组织形成原理

  13.2002年,陕西省高校自然科学一等奖,强制性凝固组织选择原理

  14.2006年荣获陕西省优秀科技工作者荣誉称号

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