近些年，“3D打印”概念风靡全球，被认为将引领新一轮工业革命。在工业制造领域，特别是在汽车、航空航天、医疗和文化创意等行业，3D打印技术已经取得广泛应用。
为解决3D打印实际应用中的设备大型化与制件成本、效率、精度的矛盾问题，2002年，大连理工大学材料科学与工程学院姚山教授提出轮廓失效3D打印方法（Profile Invalidation Rapid Prototyping，简称PIRP法），该激光3D打印方法以覆膜粉体为打印材料，激光沿着二维轮廓进行切割，形成三维分型曲面，再通过整体加热固化，剥离由分型面分割的废料，获得所设计的零件。实现了高效降维加工，成型件的强度、致密度、尺寸精度能达到粉体材料选择性烧结成形的水平。
图1 PIRP法技术原理图
基于PIRP法，姚山教授研发团队攻克了装备大型化、高效化以及工业应用所涉及的一系列关键技术难题，开发出面向不同工业应用领域的3D打印成套技术，成功研制出系列化的大幅面高效激光3D打印机，目前已研发出1.5m×1m×1m、2m×2m×1m、4m×2m×1m和移动式激光3D打印机，成型精度在±0.06%以内，堆积效率达到35L/h,正在研发的新一代打印技术及装备将达到350L/h。研究团队开发的具有自主知识产权的3D打印装备体系，可满足加工效率、精度、可靠性，以及成本等方面的要求，广泛适用于模具开发、高端复杂零部件快速生产、文化创意产品制作等领域。
图2 不同规格的激光3D打印装备
将3D打印技术与传统铸造技术相结合，能够获得尺寸精度和表面粗糙度接近精密铸造水平的金属件，这是目前条件下最适用于复杂形状金属零部件及模具制造的3D打印（复合成形）方法之一。
姚山教授技术开发团队与部分单位合作，针对大型复杂金属零件、金属模具、文化创意等领域开展应用，取得了显著成果，证实了该技术的成熟性和可靠性。
图3 3D打印（复合成形）的应用实例
在帮助用户缩短研发周期、降低制造成本、优化零件结构等方面，系列化工业级大幅面激光3D打印装备及应用技术具有明显优势。相对目前市场上的同类型设备成本，该成套装备成本可降低30%以上，能形成设备成本和运行成本上的比较优势，在复杂结构金属零部件及大型模型、模具制造等领域具有极强的竞争力。此外，自主研发的系列化大幅面激光3D打印装备使用非金属覆膜粉体材料作为打印原料，能够有效降低生产成本，铸造覆膜砂的平均价格在两千元每吨水平，设备运行成本低，在经济性上占较大优势。
将该技术应用于传统产业，可以服务和辐射地区工程用户。通过进行成套技术转移及建立应用示范平台，可提高高新技术产业增加值增长率，为相关企业创造直接或间接经济效益达亿元以上。可以预见，这一新装备和新技术的应用将有利于改变以集约式、标准化为代表的传统大规模生产方式，引领发展分布式敏捷制造和定制式智能制造的新模式、新方向。
姚山教授：
大连理工大学党委常委、副校长、材料科学与工程学院博士生导师。主要开展增材制造方法及工艺、材料数字化成形技术、材料成型过程的建模及仿真等方面的研究，在铸造过程模拟专用的软件体系、大型复杂金属件的近净形快速铸造技术、3D打印几何模型的高效处理等方面取得一定的研究成果，并形成具有自主知识产权的轮廓失效激光3D打印方法的3D打印装备及技术体系。主持和参加国家“863”、国防预研、国家自然科学基金重点项目及企事业委托等项目。近五年，发表论文20余篇，申报国家发明专利11项（已授权8项），主持及参与项目概况如下：
2014年承担国防预研项目；
2014年9月获批辽宁省激光3D打印装备及应用工程技术研究中心；
2015年3月主持启动863计划《面向复杂零部件及模具制造的大型激光3D打印装备研制及应用》；
2016年1月起依托大连理工大学鞍山研究院开发出系列化大幅面激光3D打印机。
团队简介：
辽宁省激光3D打印装备及应用工程技术研究中心以大连理工大学材料成形数字化技术团队为核心，主要开展增材制造方法及工艺、材料数字化成形技术、材料成型过程的建模及仿真等方面的研究，在铸造过程建模及优化、激光3D打印、大型复杂金属件的近净形快速铸造、三维几何模型的高效处理等方面取得研究成果。
小编后记：
1949年3月，郭可讱教授经香港来大连，到大连工学院（现大连理工大学前身）创立了我校铸造专业。对我校铸造研究发展、我国铸造技术的发展做出了贡献。他和金俊泽教授合作发表的大型铸件凝固过程数值模拟及冒口优化设计等论文获国内外学者的高度评价，开创了数值模拟技术在我国铸造业应用的先河。
姚山教授师从金俊泽教授，从2002年起开始研究面向铸造的覆膜砂激光快速成形技术，经过10多年的研究，研制出高效大幅面系列化激光3D打印机，促进了3D打印技术与传统铸造技术的有机融合。
姚山教授说3D打印从以前的阳春白雪到日渐普及，3D打印为铸造行业的升级转型和变革创造了良好条件，基于3D打印技术，走智能制造的道路，是铸造行业实现“中国制造2025”必经之路，也是我国实现制造大国向制造强国转变的必然要求。
编辑排版：经顾廷
责任编辑：蔡 琳
文字作者：李秀峰
