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新材料新工艺带动产业创新

日期:2017-12-18 12:02:07编辑作者:申博官网

材料与工艺是经济发展的核心技术,几乎带动所有领域,加快新材料产业发展是建设制造强国的迫切需要。在前不久召开的2017军民融合新材料新工艺高峰会议上,来自科研院所、高校的各界精英展示了我国在材料与工艺领域实现的前瞻性基础研究。这些原创性科研成果,不仅精准对接产业趋势,更带动了各行业的创新发展。

  在此次新材料新工艺高峰会议上,3D打印仍然是很多科研机构瞄准的前沿领域。3D打印,又称三维增材快速制造,是以数字建模为基础,运用塑料、金属、陶瓷、橡胶、玻璃、色砂等多种可黏合材料,通过逐层增加材料“打印”出三维实物产品——被誉为第三次工业革命的重大标志性技术,甚至有人认为这项技术将颠覆传统制造业。

  北京航空航天大学王华明院士表示,3D打印技术已成为制造技术大家庭中的一个“明星成员”。比如,对于一些尺寸非常大、结构非常复杂、性能要求非常高的构件,3D打印相比传统的减材加工技术,就有诸如节省材料、方便加工、缩短周期、降低成本等优势。

  “如今,我们的工业产品着力在轻、小、强方面和耐久性方面发展,很多方面都要求把材料的性能发挥到极致。所以,材料变成制约我们国家工业发展的核心因素”。王华明院士认为,在3D打印过程中,可以合成出很多用传统方法无法合成的材料,也可以解决传统制备材料过程中无法解决的天花板问题。所以说,3D打印既是新工艺,更是新材料。3D打印目前主要解决的是技术问题,真正要走向工业化,任重而道远。即便对金属材料来说,也不是所有材料都可以,不是所有构件都适合做。3D打印未来发展方向,一定是打印专用的新材料。

  王华明指出,3D打印对整个制造业仍具有变革性意义——比如他带领团队3D打印出飞机钛合金大型主承力构件,这是传统技术至今难以实现的。在面向未来的材料和工艺需求中,3D打印和其他先进制造技术互补结合,才能发挥更大的作用。

  此外,超材料也成为本次会议关注的焦点。据中国航天科工集团有限公司先进材料技术首席专家裴雨辰介绍,超材料技术的起源可以追溯到1968年,最早的超材料是指电场强度、磁场强度和波矢量,不像通常的材料是满足右手螺旋关系,而是满足左手螺旋关系。超材料的根本特征是人为制造出来的,由于这种材料具有比较反常的性质,因此被称为超材料。

  世界上最早出现的材料是天然材料,石头就是天然材料的一种;后来发展成冶金材料,比如铜、钢、钛合金、铝合金等;再后来是合成材料,纤维、橡胶等都是合成材料。超材料与这3种材料性质都不一样,它相当于是用这3种材料做出来的新材料,不存在冶金合成和化学合成的问题,这是它的本质。

  超材料的最大特点是:它在自然界中不存在,是人工设计制造出来的,具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构。目前,超材料在基础研究方面已经取得一些进展:一是利用人工超材料模拟了电磁黑洞。二是设计研制了微波波段的地面目标宽频带隐身地毯。三是发展了新型的超材料器件,比如雷达幻觉器件、新型天线罩、极化转换器等。此外,还提出了超材料与自然材料融合,构造新型功能材料的思想。

  具体在工程应用方面,超材料一方面在航空航天特种部件上实现了工程化应用。另一方面是超材料天线即将推广应用到民用领域。第三方面是超材料的平板卫通产品,已经得到了实际应用。此外,一些超级WiFi有望在地铁等环境中使用。

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