https://apph5.cloudgx.cn/article/sync1887668503955046400
編者按
人是生產力中最活躍最積極的因素。加快培育新質生產力，就必須打造新型高素質勞動者隊伍，包括能夠創造新質生產力的戰略人才和能夠熟練掌握新質生產資料的應用型人才。放眼八桂，有許多科技領軍人才、創新團隊、大國工匠和高技能人才，正源源不斷地，將信念與情感、智慧與心血澆融到這片充滿希望的土地上。
明媚的春光永遠屬于耕耘者、創業者、實干者。請跟隨記者走近他們，傾聽奮力拼搏、趕超躍遷的動人故事，感受動真碰硬、攻堅克難的斗爭精神。期待更多“新”勞動者如雨后春筍茁壯成長，把腰板挺起來、把千斤重擔扛起來，力爭在新領域新賽道迎頭趕上，在新時代新征程上留下無悔的奮斗足跡。
原標題：勇闖3D打印研發“無人區”
“好的，年后見。”廣西大學機械工程學院教授龍雨掛斷電話，窗外不時傳來鞭炮聲，年味正濃。春節期間，龍雨與沈陽、成都、上海的國產大飛機單位保持聯系，跟進合作事宜。此次合作與一項誕生于廣西的核心技術——“3D打印的光場調控技術與方法”緊密相關，該項技術曾榮獲2023年度廣西技術發明獎一等獎。
廣西大學龍雨團隊作為國內外3D打印光場調控技術研發的先驅者與領軍者，埋頭勇闖“無人區”，在未知中執著探索，實現了這一高新技術的從無到有。
龍雨（中）指導學生采用高功率激光結合六軸聯動單元，研發紅外和可見光多模信號融合原位監測的智能激光增材制造技術。
敢為人先，門外漢直擊行業痛點
“3D打印的光場調控技術與方法”包括光束整形打印技術、多激光復合打印技術、大幅面超高速光固化打印技術等三大關鍵技術。該技術從激光、材料、軟件等方面有效解決了打印質量（缺陷）難控制，成形效率低的行業痛點。
龍雨是這項技術研發的牽頭人。2012年，他在國外一家航空航天企業負責增材制造工作。作為使用方，他發現3D打印總是存在打印制品精度低、能量利用率低和生產效率低等缺點，難以滿足大型復雜零部件高效率、高精度、多功能的需求，影響制造，也嚴重阻礙了3D打印的進一步發展。
究其原因，正是由于3D打印一直保持高斯分布的圓形光斑激光。
“高斯光源是一種能量由中間向四周逐漸減弱的圓形光斑，能量不均容易產生高溫蒸汽、出現飛濺效應。一旦飛濺物落在已經成形的零件表面上，就會造成缺陷。”龍雨解釋，為了減少高溫蒸汽，只能降低打印功率，如此一來打印效率又被限制。
一直以來，改善打印質量多從打印材料和工藝方面下功夫，但終究是“治標不治本”。如何突破這一困境？龍雨腦海中萌生了一個想法——改造激光束。
這一想法打破了行業的固有思維。質疑，也迎面而來。
企業高管認為，3D打印技術涉及多學科、多領域，機械制造專業出身的龍雨相當于“門外漢”，研發毫無優勢可言。“做3D打印、激光加工的同行覺得改變高斯光是離經叛道、異想天開。”雖然不被企業領導、行業人士支持和理解，但是改造激光束的執念已在龍雨心中深深扎根。為此他不斷籌劃。
彼時，他積極尋求企業團隊成員協助，開展實驗驗證改造激光束這一想法的可行性。但由于缺少設備、研發條件不齊全等困難，想法只是想法。
2018年，回到深圳的龍雨入職激光加工裝備優勢單位大族激光，為深入了解打印相關的光學、材料、設備等創造了契機。此時，于他而言正是萬事俱備，借助國內完整的供應鏈，他終于可以進行打印裝備的探索。
面對重重質疑仍一往無前，這位科技工作者不只為解決行業痛點，更為了核心技術、打印設備的獨立自主。
“3D打印發源于國外，一些關鍵核心技術被國外限制出口，相關打印設備的知識產權還是掌握在國外企業手中。”龍雨表示，3D打印作為一種新興的制造技術，有助于推動制造業向高端化、智能化、綠色化方向發展。“只有實現科技自立自強，擁有打印設備自主權，才不會受限于人，被人掣肘。”
3D打印的光場調控技術與方法的應用場景：《流浪地球2》電影道具（左上）、新能源汽車電機（右上）、航空手柄（左下）、冬奧會頭盔（右下）。
首創技術，為光束精準整形
改造激光束為的是改變激光能量分布問題。
怎么改造激光束？龍雨和他的團隊打算為激光做個“整形手術”。但這一“手術”在國內查無先例，毫無經驗可供借鑒。
“光束整形相當于我們將光分成幾束后，再合并變成不同形狀的效果。就像將圓形拼盤分割后，再用一定方法拼成方形或其它形狀。”龍雨打了個比方。
然而，從理論到實踐的跨越充滿了艱難險阻。單單是將激光形狀從圓形變為方形，用龍雨的話說就好比“西天取經”，難題一道接著一道。
“比如你做方形的光，需要很多鏡片組合成像。最開始，我們連提供工業鏡片的供應商都找不到。”龍雨介紹，激光束的形狀調整對每一塊鏡片的大小、厚度、形狀都有著精確要求。少量定制化的鏡片制作的“小訂單”，對于大批量生產的鏡片供應商來說實在不劃算，根本不愿意受理。
無可奈何，吃盡閉門羹的龍雨只能自己嘗試聯系機械加工廠，委托他們逐一打磨鏡片。
2019年，為了技術研發順利推進，已在廣西大學任教的龍雨在完成一周繁重的教學任務后，依然每周風雨無阻地奔赴深圳，甚至全國各地。“拿著自己的圖紙或者設計方案，問哪家公司或作坊有能力、愿意做設備零件。如果加工不出來或是效果不理想，還得繼續改方案。”不斷碰壁、不斷嘗試，這便是龍雨團隊研發日常。
功夫不負有心人，光束整形技術終于研發成功。
“如今，我們可以實時、按需求把光整成方形、環形等形狀。”龍雨介紹，整形后的激光不僅能量分布均勻，而且大小能夠根據實際打印需求連續變化，極大提高了打印自由度。
可以說，光束整形技術是光場調控技術的重要組成部分，其突破了單點打印，實現多點、線、面打印的高效率3D打印，大幅提升了打印效率。“就比如電影《流浪地球2》中使用的部分電影道具，從正式下單到打印再到送達劇組，48小時內就能完成。”龍雨回憶。
龍雨（中）與團隊成員到浙江寧波洽談合作研發大型低壓激光粉末床增材制造裝備。
不僅如此，該技術在實現各類光束形狀的同時，精度最小可達25微米。“相當于打印產品的細致程度可以精確到四分之一根發絲那么細。”龍雨表示，該技術打印精度達到了國際領先水平，已經在浙江吉利、深圳華為、北京藍箭（國產可復用火箭打印）等企業得到應用。
做好加法，多激光復合打印有創新
技術的創新，一項接著一項。
對于3D打印行業來說，另一個長期困擾是多激光、多材料難題——即不同顏色的激光頻率各異，在打印不同材質的材料時表現出明顯差異。
“例如鋁合金這樣的高反射金屬，對紅色激光反射率非常高，只用紅光是沒辦法熔化鋁合金的。”龍雨解釋，按說使用大功率紅外激光能夠快速熔化金屬進行打印，但鋁合金對紅外激光的吸收率極低，難以被熔化。而藍色激光對高反射金屬（如鋁、銅）的吸收率能達到60%至70%，能提供更好的表面熔化能力，卻存在功率密度低、打印效率低的問題。
如何取長補短，將兩種光的優勢結合起來？
團隊思來想去，決定給激光做個“加法”。他們選擇合適的近紅外激光器和藍光激光器，通過反射-透射式光學器件，將不同波長的激光進行空間上的精確合成。
但這個加法并非是“一加一等于二”的簡單命題。
“不同波長的激光在空間和時間上的特性差異較大，合成后可能出現光斑失配或功率密度分布不均勻的問題。”團隊成員告訴記者，為了確保兩種激光的焦點一致并且光斑均勻性良好，避免因光路差異導致功率密度不均問題，團隊用了半年時間反復實驗、校準。最終，他們成功發明鋁銅高反金屬的紅藍復合打印技術，組成紅-藍復合激光，解決了藍色激光的低功率密度、大功率紅外激光打印的不穩定性難題。
除了激光的復合，3D光場調控技術還解決了多材料打印問題，可實現4種材料的異質打印。“有一些產品可能是一層銅一層鐵或者其他材質，通過大型異質構件的多激光協同打印技術，最多能實現4種材料連續打印。”團隊成員介紹道。目前，國內大部分技術只能實現2種異質材質打印，該團隊研發的技術在國內率先實現了4種異質材料的連續打印。
“該技術能夠消除0.5毫米大小以上的缺陷，以往3D打印中存在的一些孔隙、細節，可通過打印工藝和后期熱處理工藝結合起來，可以說消除了絕大部分缺陷。”龍雨自豪地說。
龍雨（左一）在柳工商討砂型鑄造打印技術合作。
遨游太空的航空航天精密部件，阡陌交通的汽車發動機，華為手機主板和電池的牢固焊接，冬奧會運動員佩戴的頭盔……各行各業中，都閃現著這一項創新技術的身影。“國內的打印裝備制造企業都找過來了，希望將光場調控的技術集成到他們的裝備上，其中不乏國內知名上市公司和頭部企業。”龍雨表示，未來，該核心技術想要更廣泛地進入各個行業，被領頭企業充分認可，成為他們打印裝備的標配，還急需解決資金和人才短缺問題。
對于龍雨團隊而言，獲得獎勵榮譽并非終點。新的一年，他們期待立足廣西持續深耕技術研發，讓3D打印的光場調控技術與方法走向更廣闊的舞臺，也為更高端的中國制造注入新的活力。
“最近也在和廣西的企業洽談合作，希望這項誕生于廣西的技術，在廣西落地生根，發展壯大。”龍雨說。
■人物簡介
廣西大學“智能激光制造與精密加工”科研團隊帶頭人 龍雨
作為一名70后教授、博導，龍雨于2019年9月來到廣西大學工作，擔任“智能激光制造與精密加工”科研團隊學術帶頭人。5年多來，龍雨教授主持國家重點研發計劃等項目10余項，以第一作者或通信作者發表SCI論文100多篇、授權發明專利30多項（含美國、歐洲專利各2項）、制定標準10余項（含國家標準1項）、主編出版普通高等學校“十四五”規劃精品教材2本；帶領團隊開展產學研工作，系列成果獲得廣西技術發明一等獎、廣東科技進步二等獎。不久前，他順利通過了專業技術二級崗位評定。
