雷石智造颠覆传统制造

增材加工让磨损零件“长回来”

12月1日，山东省工业技术研究院执行院长王来军博士告诉记者，增材制造作为颠覆性的关键共性技术，在现代高端制造业中具有重要经济价值，彻底改变了传统的工艺和模式，特别是在山东这样的制造大省和能源基地，应用前景非常广阔。

日前，记者来到位于济南高新东区孙村的山东雷石智能制造股份有限公司，加工车间内多台像数控机床一样的设备正在有序工作。

“这是我们的核心装备之一：多轴联动增减材一体化混合加工系统。”32岁的创始人、博士后侯帅介绍，目前这台设备正在修复一个高端光学镜筒，因为其生产厂家在加工过程中定位偏差，装上镜头无法达到设计要求，价值数万元的零部件“失之毫厘”成了废品。“我们先通过激光用金属粉末填补起来，再按照设定的参数进行精准切削，精度能达到微米级。修复费用大约只有零部件价值的10%。”更为关键的是，整个零部件的修复流程全程自动化操作，将增材制造工艺和减材工艺集成在一个加工系统中，两种工艺优势融合运用，全程在同一个坐标系下完成加工，避免了因为更换操作平台重新定位带来的误差。这既是增减材一体化加工的一大优势，也是目前在国内制造领域的首发技术优势。

侯帅利用“独门绝技”，将金属3D打印与机器人结合，研发了六轴联动机器人增材加工系统，颠覆传统工艺，为航空、机械等行业加工制造性能优异的关键零部件。这为不少企业节省了大量成本。

今年5月份，国内一家核电企业的压缩机转子损坏，需要修复多个螺线面。这种高端零部件是从国外进口的，价值不菲，而且因为疫情境外厂家无法供货。该企业急得火烧眉毛，却一筹莫展，辗转找到了山东雷石智能制造股份有限公司救急。“当时，图纸、参数、基材……所有的数据都没有，我们通过逆向工程重构产品，确定损坏位置，化验出材料，自动化生成修复程序，利用五轴联动的增减材一体化技术，成功完成了转子的深度修复，目前已经重新上岗服役。”

另外一个应用场景就是可以让磨损的部位“长回来”。“像液压设备的油缸，磨损到一定程度就要报废。通过激光熔覆就可以完美修复，采用特定金属粉末，耐磨性、抗腐蚀性比原来还要高。”侯帅启动超高速激光熔覆设备，激光头在快速旋转的金属棒表面镀上了一层崭新的合金材料。像石油行业的抽油杆、钢铁行业的轧辊，甚至盾构机上的刀盘等，都可以通过该技术“返老还童”，大幅延长使用寿命。他们已经和国内的大型能源企业合作，提供整套设备和解决方案，替代高污染、高能耗的电镀工艺。

新产业抢占未来制高点

侯帅的工件台上摆着各种奇形怪状的零部件，这都是按照客户的需求“打印”出来的。他说：“3D打印绝对不是简单的打房子、模型，而是未来产业发展新的增长点，与网络信息、新材料、新设计理念加速融合，抢占未来科技和产业制高点。目前已在航空航天、能源、汽车制造、医疗等众多领域广泛应用，越来越多的企业将其作为技术转型方向，用于突破研发瓶颈，优化功能设计，是助力智能制造、绿色制造的重要手段。”

旁边一台设备上，自动运转的激光头按照系统后台设定的参数，“打印”一种高强度航空零部件，在满足性能指标的情况下实现减重50%。而在传统的加工工艺下，高强度和轻量化始终是鱼和熊掌——不可兼得。

在工业领域，传统的制造通常是做“减法”，即不断地去除材料来获得所需要的零件形状，而增材制造是做“加法”，通过电脑控制直接逐层叠加也就是“3D打印”获得零部件，几乎没有废料，属于新一代的数字化、绿色化制造。侯帅表示，国内增材制造技术由于主流技术路径原理上的局限性，长期受成型效率及构件加工尺寸制约，影响了在实际制造领域的推广应用。他们研发的增减一体化加工中心在突破既有制约因素的同时，兼顾了加工精度，不但可以制造传统工艺难以实现的复杂结构，而且能够加工符合精度要求的大尺度工件，扩大了技术的可应用范围。

这种制造技术对科研机构也有很大的价值，设计出来的全新构件，原来必须使用模具，在批量生产前的研发、迭代成本非常高，直接打印则大大节省前期投入。面向科研院所的工业级金属增材设备已被多家研发机构应用。前不久，全国职业技能大赛山东赛区所用的设备即为侯帅团队所研发。

侯帅在这一领域研究了10年时间，掌握增材制造、激光加工等前沿核心技术，带领团队顺利完成了成果转化。山东省工业技术研究院经过前期考察对接，与这家科创企业联合设立了唯一的“增材制造协同创新中心”，由侯帅团队牵头，将陆续攻克一批技术，孵化一批上下游企业，通过做增量，打造高端产业链，提高发展质效，助力先进制造业强省建设。

编辑：          王乔琦