https://apph5.cloudgx.cn/article/sync1887668503955046400

編者按

人是生產(chǎn)力中最活躍最積極的因素。加快培育新質(zhì)生產(chǎn)力，就必須打造新型高素質(zhì)勞動者隊伍，包括能夠創(chuàng)造新質(zhì)生產(chǎn)力的戰(zhàn)略人才和能夠熟練掌握新質(zhì)生產(chǎn)資料的應(yīng)用型人才。放眼八桂，有許多科技領(lǐng)軍人才、創(chuàng)新團(tuán)隊、大國工匠和高技能人才，正源源不斷地，將信念與情感、智慧與心血澆融到這片充滿希望的土地上。

明媚的春光永遠(yuǎn)屬于耕耘者、創(chuàng)業(yè)者、實干者。請跟隨記者走近他們，傾聽奮力拼搏、趕超躍遷的動人故事，感受動真碰硬、攻堅克難的斗爭精神。期待更多“新”勞動者如雨后春筍茁壯成長，把腰板挺起來、把千斤重?fù)?dān)扛起來，力爭在新領(lǐng)域新賽道迎頭趕上，在新時代新征程上留下無悔的奮斗足跡。

原標(biāo)題：勇闖3D打印研發(fā)“無人區(qū)”

“好的，年后見?！睆V西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授龍雨掛斷電話，窗外不時傳來鞭炮聲，年味正濃。春節(jié)期間，龍雨與沈陽、成都、上海的國產(chǎn)大飛機(jī)單位保持聯(lián)系，跟進(jìn)合作事宜。此次合作與一項誕生于廣西的核心技術(shù)——“3D打印的光場調(diào)控技術(shù)與方法”緊密相關(guān)，該項技術(shù)曾榮獲2023年度廣西技術(shù)發(fā)明獎一等獎。

廣西大學(xué)龍雨團(tuán)隊作為國內(nèi)外3D打印光場調(diào)控技術(shù)研發(fā)的先驅(qū)者與領(lǐng)軍者，埋頭勇闖“無人區(qū)”，在未知中執(zhí)著探索，實現(xiàn)了這一高新技術(shù)的從無到有。

龍雨（中）指導(dǎo)學(xué)生采用高功率激光結(jié)合六軸聯(lián)動單元，研發(fā)紅外和可見光多模信號融合原位監(jiān)測的智能激光增材制造技術(shù)。

敢為人先，門外漢直擊行業(yè)痛點

“3D打印的光場調(diào)控技術(shù)與方法”包括光束整形打印技術(shù)、多激光復(fù)合打印技術(shù)、大幅面超高速光固化打印技術(shù)等三大關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)從激光、材料、軟件等方面有效解決了打印質(zhì)量（缺陷）難控制，成形效率低的行業(yè)痛點。

龍雨是這項技術(shù)研發(fā)的牽頭人。2012年，他在國外一家航空航天企業(yè)負(fù)責(zé)增材制造工作。作為使用方，他發(fā)現(xiàn)3D打印總是存在打印制品精度低、能量利用率低和生產(chǎn)效率低等缺點，難以滿足大型復(fù)雜零部件高效率、高精度、多功能的需求，影響制造，也嚴(yán)重阻礙了3D打印的進(jìn)一步發(fā)展。

究其原因，正是由于3D打印一直保持高斯分布的圓形光斑激光。

“高斯光源是一種能量由中間向四周逐漸減弱的圓形光斑，能量不均容易產(chǎn)生高溫蒸汽、出現(xiàn)飛濺效應(yīng)。一旦飛濺物落在已經(jīng)成形的零件表面上，就會造成缺陷?！饼堄杲忉?，為了減少高溫蒸汽，只能降低打印功率，如此一來打印效率又被限制。

一直以來，改善打印質(zhì)量多從打印材料和工藝方面下功夫，但終究是“治標(biāo)不治本”。如何突破這一困境？龍雨腦海中萌生了一個想法——改造激光束。

這一想法打破了行業(yè)的固有思維。質(zhì)疑，也迎面而來。

企業(yè)高管認(rèn)為，3D打印技術(shù)涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域，機(jī)械制造專業(yè)出身的龍雨相當(dāng)于“門外漢”，研發(fā)毫無優(yōu)勢可言?！白?D打印、激光加工的同行覺得改變高斯光是離經(jīng)叛道、異想天開?！彪m然不被企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、行業(yè)人士支持和理解，但是改造激光束的執(zhí)念已在龍雨心中深深扎根。為此他不斷籌劃。

彼時，他積極尋求企業(yè)團(tuán)隊成員協(xié)助，開展實驗驗證改造激光束這一想法的可行性。但由于缺少設(shè)備、研發(fā)條件不齊全等困難，想法只是想法。

2018年，回到深圳的龍雨入職激光加工裝備優(yōu)勢單位大族激光，為深入了解打印相關(guān)的光學(xué)、材料、設(shè)備等創(chuàng)造了契機(jī)。此時，于他而言正是萬事俱備，借助國內(nèi)完整的供應(yīng)鏈，他終于可以進(jìn)行打印裝備的探索。

面對重重質(zhì)疑仍一往無前，這位科技工作者不只為解決行業(yè)痛點，更為了核心技術(shù)、打印設(shè)備的獨立自主。

“3D打印發(fā)源于國外，一些關(guān)鍵核心技術(shù)被國外限制出口，相關(guān)打印設(shè)備的知識產(chǎn)權(quán)還是掌握在國外企業(yè)手中?！饼堄瓯硎?，3D打印作為一種新興的制造技術(shù)，有助于推動制造業(yè)向高端化、智能化、綠色化方向發(fā)展?！爸挥袑崿F(xiàn)科技自立自強(qiáng)，擁有打印設(shè)備自主權(quán)，才不會受限于人，被人掣肘。”

3D打印的光場調(diào)控技術(shù)與方法的應(yīng)用場景：《流浪地球2》電影道具（左上）、新能源汽車電機(jī)（右上）、航空手柄（左下）、冬奧會頭盔（右下）。

首創(chuàng)技術(shù)，為光束精準(zhǔn)整形

改造激光束為的是改變激光能量分布問題。

怎么改造激光束？龍雨和他的團(tuán)隊打算為激光做個“整形手術(shù)”。但這一“手術(shù)”在國內(nèi)查無先例，毫無經(jīng)驗可供借鑒。

“光束整形相當(dāng)于我們將光分成幾束后，再合并變成不同形狀的效果。就像將圓形拼盤分割后，再用一定方法拼成方形或其它形狀。”龍雨打了個比方。

然而，從理論到實踐的跨越充滿了艱難險阻。單單是將激光形狀從圓形變?yōu)榉叫危谬堄甑脑捳f就好比“西天取經(jīng)”，難題一道接著一道。

“比如你做方形的光，需要很多鏡片組合成像。最開始，我們連提供工業(yè)鏡片的供應(yīng)商都找不到。”龍雨介紹，激光束的形狀調(diào)整對每一塊鏡片的大小、厚度、形狀都有著精確要求。少量定制化的鏡片制作的“小訂單”，對于大批量生產(chǎn)的鏡片供應(yīng)商來說實在不劃算，根本不愿意受理。

無可奈何，吃盡閉門羹的龍雨只能自己嘗試聯(lián)系機(jī)械加工廠，委托他們逐一打磨鏡片。

2019年，為了技術(shù)研發(fā)順利推進(jìn)，已在廣西大學(xué)任教的龍雨在完成一周繁重的教學(xué)任務(wù)后，依然每周風(fēng)雨無阻地奔赴深圳，甚至全國各地?！澳弥约旱膱D紙或者設(shè)計方案，問哪家公司或作坊有能力、愿意做設(shè)備零件。如果加工不出來或是效果不理想，還得繼續(xù)改方案?！辈粩嗯霰?、不斷嘗試，這便是龍雨團(tuán)隊研發(fā)日常。

功夫不負(fù)有心人，光束整形技術(shù)終于研發(fā)成功。

“如今，我們可以實時、按需求把光整成方形、環(huán)形等形狀?！饼堄杲榻B，整形后的激光不僅能量分布均勻，而且大小能夠根據(jù)實際打印需求連續(xù)變化，極大提高了打印自由度。

可以說，光束整形技術(shù)是光場調(diào)控技術(shù)的重要組成部分，其突破了單點打印，實現(xiàn)多點、線、面打印的高效率3D打印，大幅提升了打印效率。“就比如電影《流浪地球2》中使用的部分電影道具，從正式下單到打印再到送達(dá)劇組，48小時內(nèi)就能完成?！饼堄昊貞?。

龍雨（中）與團(tuán)隊成員到浙江寧波洽談合作研發(fā)大型低壓激光粉末床增材制造裝備。

不僅如此，該技術(shù)在實現(xiàn)各類光束形狀的同時，精度最小可達(dá)25微米。“相當(dāng)于打印產(chǎn)品的細(xì)致程度可以精確到四分之一根發(fā)絲那么細(xì)?！饼堄瓯硎?，該技術(shù)打印精度達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，已經(jīng)在浙江吉利、深圳華為、北京藍(lán)箭（國產(chǎn)可復(fù)用火箭打?。┑绕髽I(yè)得到應(yīng)用。

做好加法，多激光復(fù)合打印有創(chuàng)新

技術(shù)的創(chuàng)新，一項接著一項。

對于3D打印行業(yè)來說，另一個長期困擾是多激光、多材料難題——即不同顏色的激光頻率各異，在打印不同材質(zhì)的材料時表現(xiàn)出明顯差異。

“例如鋁合金這樣的高反射金屬，對紅色激光反射率非常高，只用紅光是沒辦法熔化鋁合金的?！饼堄杲忉?，按說使用大功率紅外激光能夠快速熔化金屬進(jìn)行打印，但鋁合金對紅外激光的吸收率極低，難以被熔化。而藍(lán)色激光對高反射金屬（如鋁、銅）的吸收率能達(dá)到60%至70%，能提供更好的表面熔化能力，卻存在功率密度低、打印效率低的問題。

如何取長補(bǔ)短，將兩種光的優(yōu)勢結(jié)合起來？

團(tuán)隊思來想去，決定給激光做個“加法”。他們選擇合適的近紅外激光器和藍(lán)光激光器，通過反射-透射式光學(xué)器件，將不同波長的激光進(jìn)行空間上的精確合成。

但這個加法并非是“一加一等于二”的簡單命題。

“不同波長的激光在空間和時間上的特性差異較大，合成后可能出現(xiàn)光斑失配或功率密度分布不均勻的問題?！眻F(tuán)隊成員告訴記者，為了確保兩種激光的焦點一致并且光斑均勻性良好，避免因光路差異導(dǎo)致功率密度不均問題，團(tuán)隊用了半年時間反復(fù)實驗、校準(zhǔn)。最終，他們成功發(fā)明鋁銅高反金屬的紅藍(lán)復(fù)合打印技術(shù)，組成紅-藍(lán)復(fù)合激光，解決了藍(lán)色激光的低功率密度、大功率紅外激光打印的不穩(wěn)定性難題。

除了激光的復(fù)合，3D光場調(diào)控技術(shù)還解決了多材料打印問題，可實現(xiàn)4種材料的異質(zhì)打印?！坝幸恍┊a(chǎn)品可能是一層銅一層鐵或者其他材質(zhì)，通過大型異質(zhì)構(gòu)件的多激光協(xié)同打印技術(shù)，最多能實現(xiàn)4種材料連續(xù)打印?！眻F(tuán)隊成員介紹道。目前，國內(nèi)大部分技術(shù)只能實現(xiàn)2種異質(zhì)材質(zhì)打印，該團(tuán)隊研發(fā)的技術(shù)在國內(nèi)率先實現(xiàn)了4種異質(zhì)材料的連續(xù)打印。

“該技術(shù)能夠消除0.5毫米大小以上的缺陷，以往3D打印中存在的一些孔隙、細(xì)節(jié)，可通過打印工藝和后期熱處理工藝結(jié)合起來，可以說消除了絕大部分缺陷?！饼堄曜院赖卣f。

龍雨（左一）在柳工商討砂型鑄造打印技術(shù)合作。

遨游太空的航空航天精密部件，阡陌交通的汽車發(fā)動機(jī)，華為手機(jī)主板和電池的牢固焊接，冬奧會運動員佩戴的頭盔……各行各業(yè)中，都閃現(xiàn)著這一項創(chuàng)新技術(shù)的身影。“國內(nèi)的打印裝備制造企業(yè)都找過來了，希望將光場調(diào)控的技術(shù)集成到他們的裝備上，其中不乏國內(nèi)知名上市公司和頭部企業(yè)。”龍雨表示，未來，該核心技術(shù)想要更廣泛地進(jìn)入各個行業(yè)，被領(lǐng)頭企業(yè)充分認(rèn)可，成為他們打印裝備的標(biāo)配，還急需解決資金和人才短缺問題。

對于龍雨團(tuán)隊而言，獲得獎勵榮譽(yù)并非終點。新的一年，他們期待立足廣西持續(xù)深耕技術(shù)研發(fā)，讓3D打印的光場調(diào)控技術(shù)與方法走向更廣闊的舞臺，也為更高端的中國制造注入新的活力。

“最近也在和廣西的企業(yè)洽談合作，希望這項誕生于廣西的技術(shù)，在廣西落地生根，發(fā)展壯大?！饼堄暾f。

■人物簡介

廣西大學(xué)“智能激光制造與精密加工”科研團(tuán)隊帶頭人 龍雨

作為一名70后教授、博導(dǎo)，龍雨于2019年9月來到廣西大學(xué)工作，擔(dān)任“智能激光制造與精密加工”科研團(tuán)隊學(xué)術(shù)帶頭人。5年多來，龍雨教授主持國家重點研發(fā)計劃等項目10余項，以第一作者或通信作者發(fā)表SCI論文100多篇、授權(quán)發(fā)明專利30多項（含美國、歐洲專利各2項）、制定標(biāo)準(zhǔn)10余項（含國家標(biāo)準(zhǔn)1項）、主編出版普通高等學(xué)?！笆奈濉币?guī)劃精品教材2本；帶領(lǐng)團(tuán)隊開展產(chǎn)學(xué)研工作，系列成果獲得廣西技術(shù)發(fā)明一等獎、廣東科技進(jìn)步二等獎。不久前，他順利通過了專業(yè)技術(shù)二級崗位評定。