作為浙江省高端激光制造裝備協(xié)同創(chuàng)新中心執(zhí)行主任，姚建華在激光技術領域早有建樹。幾年前，通過引進烏克蘭的單元技術，該中心研發(fā)出了通過激光強化汽輪機葉片防水蝕能力，實現(xiàn)了國產(chǎn)化的汽輪機葉片防水蝕能力的重大突破，徹底地打破國外壟斷。而今，在國家自然科學基金-浙江“兩化融合”基金的推動下，姚建華團隊提出了“基于超音速激光沉積的金屬增材制造技術基礎研究”，將目光瞄準了“超音速冷噴涂+激光技術”這種新型的3D打印技術。
姚建華說，高端裝備制造是浙江省和國家未來發(fā)展的重要方向，但目前我國存在基礎研究薄弱、先進制造手段缺乏、制造過程能耗大等問題，嚴重制約其發(fā)展，而作為實現(xiàn)這一突破的關鍵技術，3D打印由于存在著效率低、成本高及質(zhì)量難以控制三大難題，成為了現(xiàn)階段實現(xiàn)工業(yè)化應用的主要瓶頸。
瞄準三大難題，結合先前經(jīng)驗，姚建華團隊創(chuàng)新的將3D打印與超音速冷噴涂技術相融合，提出了超音速激光沉積技術，該技術利用了超音速激光沉積技術和激光熔覆技術的各自優(yōu)勢，具有沉積效率高、溫度低、成本低、性能高等優(yōu)點，是一種極具潛力的新型金屬3D打印技術。
浙江工業(yè)大學機械工程學院姚建華教授介紹相關技術
“就以汽輪機葉片為例，這項技術又可以讓它的防水蝕能力實現(xiàn)突破?！敝钢鴮嶒炇依锾芍囊粋€葉片，姚建華向記者介紹起來。具備高度防水蝕的汽輪機葉片在國際市場上單價賣到2-3萬歐元，相當于一臺奧迪車的價格，而國內(nèi)一個百萬發(fā)電機組里面就需要用到一千多個不同型號的葉片。隨著使用時間的增加，葉片迎風的部位會出現(xiàn)破損，這勢必要讓發(fā)電機組停機后進行維修或者葉片的更換。
但是有了新型金屬增材制造技術后，這一現(xiàn)象就能得到根本的改觀。一方面，對現(xiàn)有葉片的維修成本能夠大大降低，將破損的葉片用強度更高的材料進行金屬3D打印即可修復；另一方面，在全新葉片的制造過程中，除了運用激光表面強化外，在關鍵部位能夠用強度更高的材料進行一體化打印制造，極大地提升葉片的使用壽命，預計用新型增材制造技術，其效率和性能比目前單一的激光3D打印至少增加數(shù)倍，而且成本不增反降。
姚建華說，目前課題組是國際上首個提出將超音速冷噴涂沉積與激光技術相結合實現(xiàn)金屬3D打印的觀點。在前期基礎研究基礎上，協(xié)同創(chuàng)新中心將聯(lián)合劍橋大學合作等國內(nèi)外頂級團隊，通過對超音速動量場與高能激光束溫度場等多能量場耦合關系、沉積層顆粒和沉積層之間的固態(tài)結合機理以及增材制造形成過程中缺陷及應力的產(chǎn)生機制等科學問題的研究，獲得實現(xiàn)增材制造必須的工藝及質(zhì)量控制方法，打破現(xiàn)有金屬零部件增材制造技術瓶頸，最終利用該技術實現(xiàn)高端裝備關鍵零部件的高效率、高品質(zhì)、低成本智能化增材制造，為浙江乃至全國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供關鍵技術支撐。
姚建華教授，博士生導師，現(xiàn)任浙江工業(yè)大學激光加工技術工程研究中心主任，浙江省高端激光制造裝備協(xié)同創(chuàng)新中心執(zhí)行主任，特種裝備制造與先進加工技術教育部(浙江省)重點實驗室副主任，兼任美國激光學會會員，中國光學學會激光加工委員會常務委員、中國機械工程學會特種加工委員會常務理事、中國機械工程學會高能密度委員會副主任委員等。受國家留學基金委等資助先后赴美國密歇根大學、英國劍橋大學和美國內(nèi)布拉斯加林肯大學留學訪問。