那根3.07米高的C919中央翼缘条

作者：黄博 孙海华

来源：西北工业大学

站在那根3.07米高的C919中央翼缘条前，歼20总师杨伟久久凝视。

他久久凝视，不愿离开。让他非常感慨的是，过去只知道正在研究中的金属3D打印技术，没想到已经达到这样的水平，已经发展得如此成熟和完美。

是的，这是一根用金属3D打印技术“打印”出来的国产大飞机零部件——C919中央翼缘条。

而且，它是一家中国公司用自己拥有完全知识产权的技术和设备打印出来的。

“金属3D打印技术”，究竟是一种什么样的技术？

一鸣惊人的尖端科技

12月4日，在西安铂力特增材技术股份有限公司，省长刘国中详细查看军民融合产品。（照片来源：陕西省人民政府网站）

一块材料，一块蜂窝状的超轻金属结构材料，捧在了陕西省省长刘国中手中。

2018年12月4日，刘国中视察位于西安高新区的西安铂力特增材技术股份有限公司（下称“铂力特”）。面对该公司已经打印出的各种超轻超薄超异形，却超坚超固超精良的金属结构材料和零部件，他频频点头，连连称赞。

还是这块材料，几年前更是引起了国务院总理李克强的极大兴趣。

2015年10月19日，北京，首届大众创业万众创新活动周上。当这块蜂窝状金属结构材料被总理自然落体摔落在地，150斤重的铂力特公司总经理薛蕾再全身踩上去也难致丝毫损伤后，李克强总理颇感惊讶。他连连发问，仔细探究，并当场和同行的科技部部部长万钢、工信部部长苗圩就3D打印技术进行交流。

不错，这正是一块应用金属3D打印技术打印出来的金属材料，也是目前任何传统制造技术都无法生产的材料。

但在铂力特，这其实还仅仅只是一块简单的样材，更大更坚更精良更复杂的材料，早已广泛应用在了我国的导弹、飞机、火箭、卫星、航空发动机等领域，包括C919大飞机。

其中最引人注目的，正是那根3.07米高的C919中央翼缘条。

这根“缘条”，在北京2015年的首届“双创周”上，也曾矗立在李克强总理面前，和那块蜂窝状材料一样，引起过总理的特别关注。如今，它又醒目地矗立在刘国中省长面前。

“这是铂力特应用自研的激光立体成形金属3D打印技术，和自己设计制造的金属3D打印设备，专为C919大飞机打印的中央翼缘条。”铂力特公司总工程师赵晓明骄傲地向省长介绍。

这件钛合金材质的中央翼缘条，尺寸3070毫米，重量196千克，于2012年1月打印成功，同年通过了商飞的性能测试，2013年成功应用在了国产大飞机C919首架验证机上。这是国产机型首次在设计验证阶段利用3D打印技术制备承力部件，在国际民机的设计生产中亦属首次。

更重要的是，这件钛合金结构长达3米的C919中央翼缘条，作为机翼的关键部件，以我国当时的制造能力还无法满足需求，而如果向国外采购，又势必影响大飞机的国产化率。

铂力特公司董事长黄卫东说，钛合金应用量是现代飞机先进性的一个代表性指标，我国大型钛合金结构件制造技术相比欧美差距较大，在满足大飞机制造需求方面还存在工艺和制造困难。

“铂力特的金属3D打印技术为钛合金零部件的加工提供了新的技术途径，也为中国的航空制造打开了一扇新窗。”黄卫东不无兴奋。

“3D打印”学名“增材制造技术”，原理是将计算机设计出的三维模型分解成若干层平面切片，然后把要“打印”的材料按切片图形逐层叠加，最终“堆积”成完整的物体。

铂力特自研的激光立体成形金属3D打印技术通过激光融化金属粉末，几乎可以打印任何形状的产品。其最大特点是：使用的材料为金属，打印的产品具有极高的力学性能，能满足航空航天、模具、汽车、医学、齿科、工艺品等不同行业的需求，尤其是关键零部件加工生产难度极大的航空航天航发领域。

“为国产大飞机C919制造中央翼缘条，是金属3D打印技术在航空领域应用的典型。”黄卫东说。

3.07米高的C919中央翼缘条，是铂力特的佳作之一，技术难度极高，至今依然是国际上无拼接连续成形尺寸最大的金属3D打印零部件（送粉方式打印）。其力学性能先后通过商飞五项性能测试，强度一致性显著优于美国波音公司标准，测试实验得到中国商飞“其性能略好于锻造件”的高度认可。

“其性能略好于锻造件”是一个极高的评价——黄卫东说，一是因为我国当时还锻造不出来这种超大尺寸的复杂结构件；二是即使国际上的航空零部件制造巨头，锻造这样的缘条，其技术经济性也不好；三是当时绝大多数人都认为金属3D打印件的性能不可能达到锻件的水平。

“经过多年攻关，铂力特用自研的金属3D打印技术解决了C919飞机钛合金结构件的制造问题，打印的C919中央翼缘条在性能上完全可以替代从国外进口的锻造件，为国产大飞机的研制作出了自己的贡献。”黄卫东不无骄傲。

不仅如此！继C919中央翼缘条后，目前的铂力特已应用金属3D打印技术为国产各类飞机制备了近２万个零部件，其中绝大部分已装机使用。

黄卫东自豪地说，中国是第一个掌握了大型构件激光立体成形技术的国家，复杂精密金属结构件的增材制造装备与应用已达到世界先进水平，并且第一个将其应用在了战斗机和民航客机上，站在了金属3D打印技术生产和制造的制高点。

花在产学研后红

能让李克强总理“颇感兴趣”，让杨伟总师“久久凝视”，铂力特的金属3D打印技术是如何做到一鸣惊人的？

这一技术的研发人就是黄卫东和他所带领的团队。

黄卫东最主要的身份是西北工业大学教授、博士生导师、长江学者、激光制造工程中心主任，同时也是国家科技部3D打印专家组首席专家、国家智能制造重大科技项目总体专家组成员、国家增材制造创新中心副主任。

早在上世纪90年代初，黄卫东就开始关注“3D打印技术”。虽然其当时还不叫这个名字，但这一能够快速成形、快速进行原型制造的技术，却引起了他的强烈兴趣。

与此同时，一个企业家折生阳，也敏锐地意识到了这一技术的前瞻性与革命性，和一旦成功后所拥有的巨大市场效益。

折生阳是黄卫东在西工大本科时的同学和班长，1981年毕业后，先在科研院所做研发工程师，后到陕西省科技咨询中心任主任，1992年顺时而变下海营商，成立了民营陕西华秦科技实业有限公司（下称“陕西华秦科技”）。

长期在科技行业闯荡的折生阳，在下海之初就看好黄卫东的科研实力，并一直持续关注他的科研动向。1995年，聚在一起的两人就“3D打印技术”越议越热，最后决定由折出资扶助黄持续研发，攻克金属3D打印技术难关。

这一“持续”就持续了20多年。

为了更好地进行研发，折生阳与西工大及黄卫东教授团队，1997年签署了联合科研合作协议并成立了金属3D打印“课题组”，2007年又共同在陕西华秦科技成立了金属3D打印事业部。

在折生阳持续的资金支持下，黄卫东持续研发的金属3D打印技术不断取得重大突破，产学研融合也相继结出一个又一个硕果。

2011年7月，应中国商飞经营合作方面的要求，折生阳与西工大及黄卫东等人又共同组建了股份制企业——西安铂力特增材技术股份有限公司。

根据约定，西工大和黄卫东出技术，折生阳等出资金，黄任董事长，折为副董事长并作为实际控制人负责公司经营。

产权明晰，责权利清晰后的校企合作、资本与技术合作，有了良好的股权激励机制和企业化运行机制，促使这一尖端成果加速实现产学研融合。

从联合科研攻关的“课题组”，到华秦科技金属3D打印事业部，再到铂力特公司，最具标志性的成果，正是那件钛合金材质3.07米高的C919中央翼缘条。

忆起这件“缘条”，当时都在“课题组”里的折生阳、黄卫东、薛蕾、赵晓明等人至今都印象深刻，并充满感情——那是2011年年初，“课题组”接到要为中国商飞研发设计并制造“金属3D打印C919中央翼缘条”的任务……

“课题组”奋力拼搏、日夜鏖战，在不到一年的时间里，在废旧教学实验厂房装修出了现代化的金属3D打印工厂，研制出了缘条打印专用设备，完成了材料性能与结构性能测试等一系列要求极高的工作，并同步组建了西安铂力特公司，最终在2012年年初完成了打印缘条的一切准备工作。

此后的元旦到春节期间，黄卫东、薛蕾、赵晓明和林鑫等西工大核心支持团队20多人加班加点与时间赛跑，终于赶在大年三十（2012年1月22日）上午，一次性成功打印完成了第一件C919中央翼缘条。

当天中午，激动的西工大周尧和院士宴请攻坚团队吃了顿团圆饭。

“团圆饭从中午一直吃到大年三十晚上，我们大多数人都喝多了！”吃完饭、喝完酒，已是新年的大年初一，赵晓明才想起还没置办年货。

成功打印出这件至今都“笑傲江湖”的C919中央翼缘条后，铂力特也和中国商飞建立了长期而紧密的合作关系。

公司化后，黄卫东团队的金属3D打印技术在科研上突飞猛进，铂力特将其产业化后的市场推广也进展神速。很快，公司打印的材料和零部件就成规模地向特定企业推广。

目前，从C919中央翼缘条到航空发动机零件，从航天飞行器零件到医学植入体，铂力特的激光立体成形金属3D打印技术，在国际上首次全面突破了钛合金、超高强度钢等难加工大型复杂整体民机关键构件激光3D打印工艺和成套设备，成功打印出大型飞机、航空发动机等零部件，科研和技术水平、制造能力均处于国际领先，成为高精度金属3D打印的领导者。

仅在2017年，铂力特就为中国商飞、中航工业、中国航发、中国航天科工、中国航天科技等100多家特定单位增材制造超过2万件金属零件，批量应用于一批先进的飞机、发动机、火箭和卫星等国家重大任务。

2018年，铂力特又为200多家单位增材制造了3万多件金属零件。

尖端的技术也为铂力特带来了良好的效益。公司成立3年后的2014年，净销售额就突破了1亿元，2016年达到2.3亿元,2018年猛增到3亿多元。

2018年7月，西工大又与铂力特成立了协同创新设计研究院，持续推进科研创新与产业应用的融合发展，推动增材制造技术的工程化应用和产业发展。

除了加工生产、修复各种定制零部件，铂力特还开发出拥有自主知识产权的激光金属3D打印商用设备，并成套向企业销售，这使其不仅是目前国内最大的金属3D打印零件加工商，也成了技术最领先的金属3D打印高端设备制造商。

折生阳清楚的记得，在还是“课题组”时，2007年就向航天某研究院销售了第一台金属3D打印设备，2009年向航发某制造公司销售了第二台，2010年，又在华秦科技3D打印事业部向某飞机制造公司销售了第三台。

“这3台设备至今还都一直正常使用着，2018年我们的金属3D打印设备要成套卖出100多台。”折生阳说。

2017年12月1日到3日，首届中国工业设计展览会在武汉举行，铂力特激光金属3D打印商用设备BLT-S310，与中国商飞、中车集团、小米等12家企业的参赛作品，同获“首届中国工业设计展览优秀工业设计作品”奖。

铂力特公司总经理薛蕾博士说，BLT-S310是铂力特的主打产品之一，可打印钛合金、铝合金、高温合金、铜合金、钴铬合金、不锈钢、高强钢、模具钢等材料；设备成形精度好、稳定性高、人机交互体验强，可实现24小时无人值守不间断工作；现已广泛应用在航空、航天、发动机、电子、工业模具等行业。

2018年3月，铂力特BLT-S310设备获得Materialise德国不来梅金属3D打印服务中心的正式验收

2018年3月，BLT-S310设备获得德国不来梅金属3D打印服务中心正式验收。该设备2017年就远销欧洲，成为空客A330增材制造项目专用机型。能得到空客的认可和德国的验收，意味着铂力特品牌设备已满足国际高端装备制造标准。

长期以来，国际高端金属增材制造装备市场一直被美国、德国和英国的公司垄断。铂力特在国家重点研发计划“增材制造与激光制造”专项支持下所研发的BLT-S310，实现了工业级高端金属增材制造装备的国产化，并成功出口法德两国，打破了国外垄断。

2017年3月10日，中国航空发动机集团副总经理陈少洋在铂力特调研时说，金属3D打印是加速航空发动机研制和生产的重要手段，铂力特在金属3D打印方面聚焦二十多年，技术及研发实力雄厚，中国航发与铂力特的合作前景广阔。

铂力特公司总经理薛蕾博士说：“铂力特的金属3D打印技术及装备能够应用于国产发动机的研制及生产，是铂力特的荣耀和义不容辞的责任。”

“可能有一天，我们甚至会整体打印出一套完整的航空发动机。”仅有30多岁的公司总工程师赵晓明博士想的更远更激情澎湃。

作为金属3D打印方面的专家，铂力特目前已与航天科工、航天科技、中航工业、中国航发，以及欧美的AIRBUS、GE、SAFRAN等大公司都建立了合作关系。公司拥有各类金属增材制造设备近百台，可年产定制化产品２万余件、工业级金属增材设备200余台，支持“机、弹、箭、星”等十余个国家重点型号建设，并被授予“工信部智能制造试点示范项目”。

几年间，业外默默无名的铂力特，成了业内赫赫有名的行业翘楚。

2017年3月，工信部副部长辛国斌在铂力特调研时鼓励铂力特人：一定要利用创新优势努力发展，为国家工业发展助力增彩。

2017年8月，中国航发商发制造与铂力特等5家企业共签航空发动机产业“1+N”战略合作协议。

2018年12月，中国商飞上飞公司与铂力特签约共建3D打印联合试验室。

中国航发商发公司董事长张玉金说，铂力特就像一颗珍珠，是商发稀缺的技术资源，是优秀的合作伙伴。

“缘条”引得“空客”来

“我们只和全世界最优秀的团队合作”。

2014年3月14日，欧洲空中客车公司与西工大签署合作协议，共同开发激光立体成形技术（激光3D打印技术的一种）在航空领域的应用，合作开展大型精密飞机结构件打印研发和验证，铂力特也作为合作实施方参与其中。

空客首席运营官说：“之所以找你们合作，就是因为看到你们为C919做得非常好。”

空客主动找上门来要求合作，一是看中公司有“最优秀”的科研团队，二是看中公司有“最优秀”的运营团队和运营机制。

铂力特公司技术来源于西工大，依托西工大凝固技术国家重点实验室和激光制造工程中心，科研实力雄厚；拥有一支高精尖科研精英团队，研发人员占全员的40%，研发投入每年高达数千万元；超过30%的员工拥有硕士以上学历，平均年龄不超30岁。

还有，公司主要精英也均和西工大有缘——公司董事长黄卫东来自西工大，公司控制人折生阳毕业于西工大，公司总经理薛蕾和总工程师赵晓明都曾在西工大是黄卫东的博士生。薛蕾是毅然辞去了西工大的教职，赵晓明是决然辞离了北京的国家级科研院所。

铂力特公司的企业化运行机制独树一帜。虽然西工大和黄卫东共同技术股份在铂力特占据51%,黄卫东出任公司董事长，但公司实际控制人是懂企业会经营的折生阳。折拥有公司重大事项一票否决权，牢牢把握着公司的运营方向。

“让教授干教授的事情，让企业家干企业家的事情”——既当过科研人员、又当过科技管理干部、已下海营商20多年的折生阳这样说。

在公司发生重大争议时，折生阳的“最后一票”尤显重要。

当年，在公司生产出3D打印设备后，要不要将设备推向市场，公司曾发生过激烈争吵。多数人认为不应该将自家的“聚宝盆”让与他人。折生阳从企业长远发展角度认为应该卖，先共同把市场做大，铂力特同时也能多条腿走路。

激烈争吵之后，折生阳运用自己的一票否决权，大胆推动公司将商用设备推向市场，这也才有了继最早向3家特定单位销售3台设备后，铂力特的激光金属3D打印商用设备在中国商飞、中航工业、中国航发、中国航天科工、中国航天科技等众多单位和企业的热销，并成功出口欧洲，享誉法德。

当然，最先进、最尖端的设备，铂力特还是要先控制在自己手里，等自己又研制出更高端的设备后，再将此前的设备推向市场——营商20多年的折生阳也有商人的精明。

拿此前享誉国内外的BLT-S310来说，仅仅只是铂力特所研制的众多设备中的一个型号。针对不同的应用，铂力特目前已开发出了BLT-S400、BLT-S500、BLT-S600、BLT-C600、BLT-C1000等设备，打印效率、打印尺寸，均达到国际领先水平。其中BLT-C600先后获得IF大奖、REDDOT红点奖。

折生阳骄傲地说：“目前的铂力特，业务范围已涵盖金属3D打印服务、设备、原材料、工艺设计开发、软件定制化产品等，构建了较为完整的金属3D打印产业生态链，成为金属3D打印技术的领导者，和世界先进的金属增材制造技术全套解决方案提供商。”

和空客签署合作协议4年后的2018年，铂力特通过了空客公司IPCA认证，成为空客亚洲区唯一的金属增材制造合格供应商。

2018年4月，空客、中航材与铂力特在西安共同启动空客A330增材制造项目，铂力特正式进军全球市场。

2018年8月，空客又与铂力特马不停蹄地签署了“增材制造联合研发项目协议”，铂力特迈入与空客的联合研发时代。

同时，空客也与西工大成立了增材制造联合实验室，开展更为前瞻性的联合研究，并于2018年11月在珠海航展期间共同揭牌启动。

2018年12月4日，空客A330增材制造项目负责人、法国空客集团的3位采购高管再次访问铂力特，对双方的合作给予了高度肯定，表示要长期合作。

当天，空客的高管还在铂力特公司巧遇了来视察的陕西省省长刘国中。双方见面交流的同时，不忘一起共同为铂力特点赞。

让设计更自由，让制造更简单

2014年，歼20总师杨伟来到西北工业大学，专程考察铂力特公司和金属3D打印技术。站在那根3.07米高的C919中央翼缘条前，他久久凝视，不愿离开。

“缘条”旁，一同展出的还有铂力特自己动手专为歼20试制的部分金属3D打印零部件。杨伟看了又看，摸了又摸，感慨万千。

杨伟之所以震撼于金属3D打印技术，是因为设计历来都要受限于生产技术和生产工艺。拿飞机设计来说，有再好的空气动力学设计、再好的综合性能设计，包括有再好的设计思路和想法，而如果没有一家公司能生产出来，没有一个工厂能加工出适配的零部件，再好的设计都是白搭。

金属3D打印技术已经解决和正在解决这一难题。

在铂力特公司的展厅参观，也能同时浏览到人类设计和制造进步的历史。那根3.07米高的C919中央翼缘条对面，是一副人类制造最早开端的原始人打制石器的画面。

铂力特公司总经理薛蕾博士说，这正是持续亿万年一直到今天的“减材制造”，就是不断地把多余的部分去掉，机械制造时代的切、割、销、钻、刨、铣、磨等工艺，包括精密的数控机床冷加工都是“减材制造”。有了火之后热加工的锻、打、锤、敲等制造属于“等材制造”，最典型最简单的就是铁匠打铁。

无论是减材制造还是等材制造，都有其局限性，一是无法整体加工复杂零部件，都是先生产出一个又一个不同结构的零件，然后再或铆或焊、或连或接，耗时耗工难度还大；二是根本无法加工超异形超复杂超薄壁结构体，比如李克强总理感兴趣、刘国中省长捧在手里的那块蜂窝状结构体；三是难以为零部件减重。

金属3D打印属于“增材制造”，通过激光融化金属粉末，不断地往材料切片上增加金属粉末，几乎可以打印加工任何形状的产品，而且工艺简单、效率高、结构轻巧。

走进铂力特生产车间，仿佛进入了一个整洁的无人仓库。车间里除了一些矗立的金属“柜子”（金属3D打印设备），并没有一名工人。走进细看，才发现“柜子”里的激光正在一层又一层地自动“扫描”着金属粉末床——如此尖端的高科技生产之时居然是如此之简单。

相比减材制造和等材制造，增材制造无疑是一场巨大的革命。

拿那根3.07米高的C919中央翼缘条来说，若用传统锻造技术生产，一是国内当时技术能力不足，还锻造不出来，二是在国际上锻造工艺也非常复杂，效率不高，材料利用率还很低。

黄卫东说，在C919的设计验证阶段，中央翼缘条的成功试制贡献巨大，传统工艺6个月才能完成的制造工作，铂力特用金属3D打印技术，耗时仅仅5天（正式打印），实现了新产品的快速开发，并且一次成形，一次成功，金属原料钛合金涂层粉末，更是几乎没有半点浪费。

再回到那块李克强总理感兴趣、刘国中省长捧在手里的蜂窝状金属结构体上，因其良好的力学性能，轻量化、拓扑优化的特点，可以广泛应用于对材料要求极其严苛的航空航天航发领域。

比如替代传统技术所生产的机翼、机身材料，在坚固结实的同时，可以极大地减轻航空航天器材自身重量。设计人员就无需再为减重而绞尽脑汁地“斤斤计较”了，包括经常为减重不得不牺牲飞机性能，牺牲武器挂载。

黄卫东高兴地透露说——目前，铂力特在航空航天航发领域打印的2万余件零部件，在产品结构优化和功能提升的同时，均实现了整体结构减重，最高减重超过60%，有效地解决了传统结构存在的有效载荷提升难的瓶颈问题。

“金属3D打印正在创造一个宏大的新世界，今天，这个宏大的新世界仅仅是展现出一抹晨曦。”黄卫东难掩激动。

在他看来，热加工的发明使人类从“石器时代”进入“金属器时代”，冷加工的发明则推动人类进入“复杂机械时代”，而增材制造必将促成人类制造能力的又一次大飞跃，它将与冷加工、热加工并列，成为三足鼎立的三大技术之一。

“它将带动人类进入全新的‘自由设计时代’，并从根本上转变制造方式，推动社会产生更进一步的巨大变革。”黄卫东越说越激动。

在铂力特，有这样六个字醒目地镶嵌在墙上：“思无疆 造无界”。

总经理薛蕾博士解释说：“智能制造给定制设计带来无限可能；设计者的无限想象力因为智能制造、3D打印而可实现、可完成；金属3D打印可以让设计更自由，让制造更简单。”

他进一步补充说——有了金属3D打印，设计人员就可以尽情地放飞自己的思想，可以让自己的思维像脱缰的野马一样无限驰骋，因为有“无界”的智能制造来保障设计者的“所想”变“所现”。

革命性的金属3D打印增材制造技术，对我国来说极其重要，能弥补我国传统金属加工业的短板和不足，助力中国工业制造完成从“机械加工”到“智能制造”的转变。

在20余年的金属3D打印实践中，铂力特一直探索先进制造技术、智能制造所能给设计、制造带来的全方位的进步与发展，一直沿着“让设计更自由，让制造更简单”的道路砥砺前行。

目前，铂力特的金属3D打印技术无论在航空、航天、汽车、工业等“重器”领域，还是在手表、珠宝工艺品等精密设计领域，都能为设计师提供自由设计思路，实现“所想即可所现”的可能性。

杨伟在那根3.07米高的C919中央翼缘条前所发出的感叹，也正缘于此——“让设计更自由，让制造更简单”。

图片来源：铂力特

高楼主写得好 写的细
为我国的攻关人员点赞