金屬3D打印專家楊永強：為實現智造夢，他坐了十年“冷板凳”
國內金屬3D打印專家楊永強
可使材料達到1000多攝氏度高溫的激光束，瞬間熔化金屬粉末并使其快速凝固。在計算機驅動程序控制下，這一熔化凝固的過程以令人目眩的速度快速重復——一個精確的人工骨骼植入體就這樣逐步成型。
在國內首家國家級3D打印孵化基地——廣州3D打印產業園內，來自華南理工大學的楊永強教授目不轉睛地觀測著工作車間中一臺金屬3D打印機的調試過程。
在以他為首的技術骨干人員不懈努力下，首批18臺金屬3D打印機已經生產出來，正進行調試。不分平日和周末，只要一有空，楊永強就會來到3D產業園，與企業骨干探討如何將金屬3D打印機工藝進一步提高。作為國內金屬3D打印領軍人物，他希望將金屬3D打印盡早產業化，而這條路對于他來說，已經走了十年。
奮斗者：楊永強
華南理工大學教授，博士生導師
1982年、1987年、1993年先后在天津大學機械系獲學士、碩士和博士學位。現任中國機械工程學會增材制造分會常務理事兼設計專委會主任、中國3D打印技術產業聯盟副理事長、廣東省增材制造(3D打印)協會會長、廣東省3D打印標準化委員會主任、廣東省激光行業協會監事長、美國激光協會(LIA)高級會員等。
楊永強教授在增材制造(3D打印)、激光材料加工、焊接裝備與工藝等方面做了大量的研究工作，成功研制出國內第一臺激光選區熔化(SLM)快速成型機，實現了金屬零件的直接快速成型制造，并將數字化、網絡化、個性化、定制化為特點的金屬3D打印技術應用在醫學領域中。
2013年以來承擔包括科技部國際合作項目、國家自然基金、廣東省重大專項等項目30多項。發表有關學術論文260余篇，SCI索引150余篇。授權中國、美國、德國發明專利44件，實用新型專利100余件。
金屬3D打印團隊
技術處于國內領先地位
在楊永強的眼前，一臺金屬3D打印機正在飛快工作著。3立方厘米大小的模型被機器電腦虛擬“分切”成1000層。
利用金屬3d打印機打印出來的金屬物件
“我們的打印精度非常高，只需2小時就可打印完。”這個數據讓楊永強很自豪。他表示，這臺機器的工作精準度是以微米(千分之一毫米)來計算：能以最小20微米的精準度，由點到線、由線到面和由面到型塑造各種復雜零件。
“從金屬牙冠、固定橋、植入體到珠寶首飾、異形零部件、航空航天配件……通通都可以通過這種金屬3D打印機制造出來。”楊永強表示，目前華南理工大學研發團隊已經為多家臨床醫院提供3D打印制造的醫療設備，包括外科手術導板、髖骨接骨板等植入體，已經成功完成了幾十例臨床試用，取得了突破性的成功，減少了手術量，加快了病患的痊愈。
“3D打印正在快速改變我們的傳統生產方式和生活方式，3D打印技術作為一項將要改變世界的技術，帶動新一輪的科技革命和產業革命。國內外企業和研究機構利用3D打印技術不僅打印出了飛機、導彈、衛星、載人飛船的零部件，還打印出了發動機、無人機、微型衛星整機。”楊永強教授告訴記者。
如果說3D打印是“一項將要改變世界的技術”，那么激光選區熔化金屬3D打印就是位列3D打印產業“塔尖”的最尖端技術。華南理工大學是國內最早系統研究激光選區熔化金屬3D打印裝備、工藝和應用技術的科研機構，被譽為金屬3D打印的“黃埔軍校”。其學術帶頭人楊永強教授率領團隊研發出了國內第一臺激光選區熔化金屬3D打印機、全球首款3D打印直接制造正畸舌側托槽產品，把金屬3D打印技術輸送到全國，孵化出多家有市場競爭力的3D打印設備和應用企業。
楊永強所在的廣州雷佳核心團隊和技術來自華南理工大學，在LaserAdd系列工業級金屬3D打印機有多年的技術積累，已開發出世界先進水平的高精度金屬3D打印機。落戶產業園僅一年半，雷佳增材就開發了6個型號的機器，預計2018年銷售額過千萬元，其發展速度被視為業內一個神話。
“華工的金屬3D打印技術團隊在國內領先。”楊永強告訴記者，清華大學、西安交通大學和華中科技大學是我國FDM、SLA和SLS等3D打印技術的源頭，為我國3D打印技術產業作出了卓越的貢獻。記者了解到，楊永強教授以其超前眼光和不懈努力成為我國最早和系統開展SLM金屬3D打印設備、工藝和應用技術研究的第四支技術團隊。
以楊永強為首研發的3D打印舌側托槽制造方法，獲得了德國和美國的發明專利，處于世界領先地位，并獲得了中國、美國、歐盟和俄羅斯的醫療許可，實現了產業化，產生了巨大的經濟效益。
3D打印出來的金屬件以及相關的證書
技術推廣一度碰壁
十年冷板凳終迎突破成果
創新從來不會一蹴而就，從技術成型到產業化絕不會一帆風順。楊永強表示他曾經為研發、改善技術坐過十年冷板凳。
31年前，楊永強在碩士研究生畢業后，敏銳地選擇了激光加工技術作為研究工作的內容和方向，“當時激光屬于前沿技術，中國的激光加工技術水平還比較落后，國家存在人才斷層。我非常看好這一技術發展，研究工作一做就是十幾年。”
“從2002年開始，得益于多年激光熔覆表面改性技術研究的經驗積累，我萌生了把單層熔覆制造涂層的技術拓展到多層堆積成型的想法，于是我開始了鋪粉激光選區熔化技術的探索。”
他表示，金屬3D打印產業的技術進步、取得的成績離不開政府、高校的支持。
在荔灣區的3d打印產業園
懷揣著制造強國的夢想，2002年9月，楊永強開始為激光選區熔化快速成型技術研究做準備，卻因為缺乏經費一籌莫展。
當時金屬3D打印機被國外巨頭壟斷，一臺機器500萬元。在他為此困擾的時候，政府、學校的科研經費幫了楊永強大忙。在籌措經費的時候，廣東省科技廳給了他20萬元科技攻關專項資金，華南理工大學則給了20萬元苗子工程資金。這40萬元就成為了楊永強研發金屬3D打印機的啟動資金。
不久之后，楊永強找到了北京一家企業，希望與這家企業合作，通過共享技術加上40萬元啟動資金，讓該企業幫助他將設計好的金屬3D打印設備組裝出來。該企業拿出一臺報廢的舊設備進行改造，楊永強拿出40萬元科研經費用來購置關鍵的核心部件。2004年4月，國內第一臺激光選區熔化快速成型機終于誕生了。
有了第一臺金屬3D打印機，楊永強開始了產業化之路。
2004年8月，楊永強來到了東莞長安，逐個對當地的模具專業鎮進行3D打印的推廣。但現實給他澆了一盆冷水。
“當時我們的技術有限，軟件、硬件都不成熟，模具行業廠家都不認可，他們將數控機床的優勢與金屬3D打印的劣勢進行對比：尺寸精度不夠、表面高精度不高，甚至打印的金屬零件致密度和強度也不夠高。”但是楊永強卻沒有放棄，依然潛心研究金屬3D打印在其他行業的應用：“即使是冷板凳，也要坐下去。我不怕再多坐幾年，沒想到一坐就是十年。”
這十年里，楊永強對金屬3D打印技術研究的步伐從未停止。2005年后，國外開始將光纖激光應用到了3D打印設備上，與此同時，楊永強也獲得了廣州市科信局(科創委)的粵港招標項目支持，購買了當時售價40多萬元的200W光纖激光器，開發出了以光纖激光為光源的金屬3D打印設備Dimetal-280。2007年，他考慮把產業化與醫學、珠寶等產業相結合，推出了Dimatal系列金屬3D打印機。2012年開始與北京大學第三醫院合作進行個性化膝關節假體的3D打印技術研究，取得了突破性成果，授權了20多項專利，預計未來1~2年取得三類醫療器械許可證，在北醫三院等醫院進行推廣應用。
2012年，3D打印產業終于迎來了產業的大發展期。“發展特別迅速，尤其是2015年-2016年，3D打印企業遍地開花，金屬3D打印規模隨著工業和口腔醫學應用的落地開始快速發展，年增速在20%~30%。”
據美國專門從事3D打印行業調研的Wholers Report發布的年度報告顯示，2017年全球金屬3D打印機銷量僅1700多臺。買方主要集中在高校、科研機構、醫療機構等。“3D打印起步僅30年，尤其在金屬3D打印領域，未來10年將處于快速上升期。目前我們與世界巨頭處于同一起跑線上，可以與巨頭并跑甚至領跑。”楊永強表示。
弘揚民族精神-奮斗精神
對于取得的成就，他喜歡談“團隊”
雖然身為金屬3D打印界的翹楚，楊永強卻很少談自己，他一直說：“我們是一個團隊，這是團隊集體力量的結晶。”華南理工大學金屬3D打印團隊在過去十六年間，申請了超過260項專利，授權的發明專利40件、實用新型專利99件、多項軟件版權和外觀專利，是國內金屬3D打印領域中知識產權最多、布局最完整的團隊。“大家都說華工算得上中國金屬3D打印界‘黃埔軍校’，國內很多家領先企業的技術源頭都來自這里。”楊永強說。
奮斗底色
推動本土醫療器械產業升級
據美國專門從事3D打印行業調研的Wholers Report發布的年度報告顯示，到2018年,全球3D打印市場規模將達到125億美元，比2014年翻4倍。
展望未來，隨著技術體系的逐步完善、應用領域的加速拓展以及產業鏈的不斷形成，全球3D打印市場可能進一步迎來爆發式增長。
2017年11月30日，工業和信息化部、發展改革委、教育部、公安部、財政部、商務部、文化部、國家衛生計生委、國資委、海關總署、質檢總局、知識產權局等十二部門發布關于印發《增材制造產業發展行動計劃(2017-2020年)》的通知，按照計劃，到2020年，增材制造產業年銷售收入將超過200億元，年均增速在30%以上。
廣東處于改革開放的前沿，廣東省、廣州市對于3D打印產業支持力度在國內居于前列，助推金屬3D打印的發展。據介紹，在廣州，創業領軍團隊最高可以獲得3000萬元的支持。
根據《加快廣東省3D打印技術和應用產業發展實施方案》，廣東省2014-2016年已連續三年投入廣東省重大專項——3D打印專項1.5億元以上，2017-2018年繼續保持支持力度。目前我國正通過成本優勢和技術提升，推動本土醫療器械產業逐步向價值鏈上游高端醫療器械領域轉移。廣東省在醫療器械領域的發展水平在國內一直占據前列，未來在3D打印醫療市場方面，特別是骨科植入體方面有較大的發展空間。
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