邢悦

“寄蜉蝣于天地，渺沧海之一粟。”天地、沧海，都包含着不同的维度空间：零维空间就是一个点;若两点连成了线，便有了一维空间;两条线构成的面则被定义为二维空间;如果把面层层堆叠起来，有了高度上的延伸，便形成了体，这就是我们最熟悉的三维空间。天地沧海的维度之中，各项材料的发明影响着整个人类文明的进步，从原始社会的石器时代到铁器时代、蒸汽时代，再到出现了计算机的硅时代，如今我们已步入纳米材料的新时代。

纳米材料中最有代表性的非石墨烯莫属。它是由碳原子组成的六角型、呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，微观结构中每个网格的交点便是一个碳原子。它是世界上已知最薄的材料，厚度仅有头发丝的二十万分之一，却拥有最高的强度，领跑那些我们熟知的高强度材料。石墨烯具有最致密却又最简单的平面结构，被人们称为二维空间的钻石。

把面层层堆叠起来就构成了体，这便是3D打印技术的工艺原理。3D打印技术是以数字模型为基础，通过逐层沉积的方式来构造物体的快速成型技术。当传统制造工艺暴露出诸多弊端时，3D打印技术脱颖而出。它可以实现小批量、高复杂度的工业制造，不仅能缩短周期，降低成本，还能实现个性化定制，快速响应市场。虽然很多人说3D打印可打万物，但这项技术还远没有发展到如此成熟的程度，仍然有很多技术壁垒需要突破。限制3D打印技术发展主要有三大因素：首先是材料的局限性，目前市场上仍然以消费级低端材料为主，无法满足高端制造领域的应用要求;其次是设备精度的局限性，分层制造的方式存在着“台阶效应”，而它直接影响了制件的表面精度和层间强度;这也导致了另一个问题，即3D打印工艺特性所引起的力学性能折损。这些问题，都是阻碍3D打印技术实现工程应用的屏障。

科技创新是由一次次发现和解决问题推动的。为了突破3D打印技术壁壘，我们首次将先进的二维材料石墨烯引入到三维智能制造技术中。通过科研攻关，我们先后实现了多种关键技术突破，包括石墨烯改性技术，石墨烯与树脂均匀分散复合技术，母粒、线材的生产工艺技术和3D打印工艺技术。我们积累了丰富的经验，最终实现了精准、专业的打印制件。

另一大创新点是我们自主研发的新型石墨烯特种树脂基复合材料，首次打破了3D打印制件性能衰减的魔咒，填补了国内外在此领域的技术空白。

抛开量变谈质变是不负责任的，我们来看组数据，从已报道的研究数据来看，与未加石墨烯的同种材料3D打印制件相比，我们的3D打印制件的工艺十分优良，同比性能最佳。石墨烯助力了特种树脂进一步拓展其性能边界，不仅将折损的力学性能弥补了回来，还令其机械性能、热力学性能、抗磨损性能都有了大幅的提升。不仅如此，我们材料的环境耐受度也非常高，防火阻燃达到了最高的航空级别，且兼具优异的耐腐蚀、耐辐射、抗老化性能。大家可能想问，这些功能又有何用呢？要知道，大部分国防武器装备的服役环境都十分恶劣，可谓“上九天、下五洋、高原驰骋、烈日为伴”，用我们材料制备的3D打印零部件已在某些国防装备上开始试用。

放眼全球，别人都在做什么？2017年，欧洲空中客车公司推出的A350客机已经使用了上千件3D打印的高分子零部件;2019年，牛津性能材料公司已签署协议为波音公司定向提供3D打印复合材料管道、风扇出口导向叶片和推力转向叶栅等零部件。你是否认为这些零部件的应用要求会很低？其实不然！以红框里的发动机出口导向叶片为例，当飞机降落、发动机反推来实现减速时，这里可是要承受高达9.8万牛顿的力。那么，为何两大航空巨头争相在新机型上采用3D打印树脂零部件呢？答案的核心是“成本”。以我们自己的试验件统计来看，3D打印树脂零部件的装配，可节省70%左右的制造成本和周期，单件3D打印部件较传统部件可减重30%?35%，整体核算下来，每架飞机可节省上千万的制造及运营成本。

2020年5月5日，我国成功完成了首次“太空3D打印”，这对于未来中国空间站的建设、长期在轨运行及发展超大型结构在轨制造，都具有重要意义！未来宇航员可以在失重环境下自制各类工具、零部件，这将大幅提高空间站实验的灵活性和维修的及时性，降低空间站对地面补给的依赖性。说到地面补给，2018年，美国SpaceX的无人补给任务耗费约9亿元，却仅仅搭载了2吨物资，而这样的补给任务平均3?6个月就要进行一次，造成不菲耗费。2019年，SpaceX完成了第18次补给任务，与以往不同的是这次它为空间站送去了一台3D打印 机。

3D打印技术与我们的生活也是息息相关的。3D打印的手术辅助导板、模型有助于医生在术前规划手术方案，以提高手术成功率。3D打印技术还可以精准制造术后、骨科等各类康复医疗器械。3D打印技术在我国和很多西方发达国家的医疗应用已经非常普遍，然而在我看来，它在一些落后国家和地区的应用显得更加耀眼。保加利亚的一位病人接受了聚合物3D打印肋骨植入体，医生用3D打印完美地再现了原始肋骨的大小和形状。中东地区，因炸弹爆炸而失去四肢的战争受害者数量惊人，当地医院正在用3D打印假肢为他们提供帮助，这也为他们点燃了生活的希望。3D打印技术能实现低成本、短时效的精准还原！它正在无形中悄然改变着世界，慢慢推动着人类的发展。

人类探索未来的脚步从未停止过，我们一次次地仰望星空，又一步步地探索科学的真谛，创造出璀璨的文明。几百年来，“落后就要挨打”的警示深深地刺痛着每一个中华儿女的心，圆明园，就在那里啊！今时已不同往日，作为军工青年我们会肩负起时代的使命，为再造大国利器而担当奉献。