恒利科技：揭秘中国首家军工3D打印企业

《3D打印世界》7月刊封面人物：北方恒利科技总经理徐宏

“3D打印+传统制造”已经在兵器领域大施所长，

它也必将成为民用领域的一把“利剑”

                                ——徐宏

6月3日，夏至未至，春谷已动，一个总投资1.2亿元项目落下槌音，安徽恒利增材制造科技有限公司（以下简称“安徽恒利”）与繁昌县人民政府举行项目用地签约仪式，这意味着一个有着十数载兵工3D打印技术经验积累、以铸造为己任的企业正式向全国3D打印应用领域全面“开火”。 

成立于2000年的北京北方恒利科技发展有限公司（以下简称“北方恒利”）是中国兵器工业集团体制下唯一的3D打印设备生产商，2015年挂牌成立了“中国兵器工业增材制造技术研究应用中心”，并计划五内将在全国各地开设3至5个3D打印应用分中心，安徽恒利则是该中心全面铺开兵工及民用3D打印跨出的第一步。

顺时应势 大力发展3D打印

北方恒利总经理徐宏向《3D打印世界》介绍，作为专为国防兵工服务的铸造企业，北方恒利其实在很早以前就开始从事3D打印研究。

从1998年研制出国内首台变长线扫描激光烧结快速成型机，到2000年研制出成型尺寸为350mm*350mm*380mm的点扫描激光烧结快速成型机，截止目前，恒利公司已成功研发出四个SLS系列的设备：HLP-350、HLP-450、HLP-500、HLP-800型。2015年，又发力拓展出另外一块技术领域——金属3D打印，研制出HLJ-300型激光选区熔化SLM金属设备。如今恒利公司已在SLS与SLM两个技术领域拥有多项技术发明专利、实用新型专利及软件著作权。今年恒利公司又将无模铸型制造技术3DP纳入了公司技术体系。

尽管技术起步早，实力积累雄厚，徐宏坦言 “实际上我们是一个以铸造为己任的团队，如公司另外两个主要的产品铸造模拟仿真软件和铝合金电磁浇注设备都是围绕铸造在做，我们当时研究3D打印也是为铸造服务，采用此技术打印铸造用的模具和蜡模。”也因为兵工企业的性质，在过去十几年，北方恒利鲜少对外进行宣传推广。

北方恒利总经理的徐宏另一个重要身份是中北大学的教授及博士生导师，在国家五年规划的“十五”、“十一五”、“十二五”期间，徐宏所在的单位——中北大学铸造工程中心在国防军工科研课题的支持下相继研发出了铸造模拟仿真软件、铝合金电磁浇注设备、粉末激光烧结快速成型设备等一系列科研成果，为了将这些科研成果产业化，2000年4月，中国兵器科学研究院、中北大学、中国兵器新技术推广研究所三方合作投资成立了北方恒利。如今，北方恒利的产品与服务除了在兵器行业，在航空航天、船舶、电子、汽车、高等院校及民营企业也取得了良好的应用效果，公司每年销售收入基本保持在2000-3000万的水平。

而随着2015年国家制定《中国制造2025》智能制造强国战略，国防科工局今年也发布了《关于促进国防科技工业科技成果转化的若干意见》，提出鼓励应用增材制造等先进制造技术，以推动国防科技工业强基工程实施。北方恒利经过15年的发展已经积累了良好的技术基础、市场基础、客户基础、人才基础等，便顺势将今后的工作方向继续放在工业级3D打印设备的研发生产销售及复杂零件快速制造加工服务上。

徐宏称，国防装备快速研制、轻量化、机动性、快速部署等是未来的发展趋势，装备必然采用新结构、新材料。3D打印技术恰恰为新结构、新材料的制造提供一种方法。借助3D打印技术势必可以实现基于构件功能特性的设计与快速试制，提高国防装备的综合性能。

3D打印+传统铸造提升兵器制造

工欲善其事必先利其器，利器之道北方恒利深知其然。

兵器产品的特点是多品种、小批量、结构复杂。北方恒利的专长——铸造是复杂金属零件成形的主要方法之一，采用液态成形原理浇注型腔获得金属零件，而3D打印则可以快速制造出复杂模具和蜡模。在过去的十几年， SLS激光粉末烧结作为传统铸造的辅助技术，北方恒利把两者相结合应用于快速熔模铸造、快速无模组芯铸造等铸造新工艺、新方法，铸造技术借助3D打印技术实现了无需传统的木模或金属模等模具制造，极大地缩短了铸件试制时间，并能任意成型复杂的零件。

但这还不够，徐宏分析道，兵器里面有很多复杂结构金属构件，即使是通过3D打印蜡粉加铸造也很难将这些金属部件做出来，“采用金属直接3D打印技术，用3D打印直接将金属打印出来是发展趋势”，这便是安徽恒利目前主要在做的事情。

徐宏还提到目前金属打印的价值其实还没有真正地发挥出来，因为金属零件涉及到两个重要的方面：控形和控性，控形是形状的控制，控性则考虑零件的内部组织性能，而他们在研究的时候发现这两个方面与实际应用还存在差距，其次在军工上应用的零部件必须通过非常严格的测试验证，否则军方绝对不敢用。不过徐宏谈到“我们目前正在从事多个兵器关键构件直接金属3D打印及测试，只要突破了这控形和控性两个主要方面就可以将直接3D打印金属构件真正地应用起来。”

徐宏向《3D打印世界》总结了3D打印在兵器行业应用，主要可以体现在以下几个方面：

• 新型国防装备快速设计与验证；

• 传统制造方法难以制造的零件；

• 传统制造成本高的零件；

• 改变传统设计理念，从基于制造的设计向基于功能的设计转变。

针对最后一条，他举例，如某装甲车辆减震器部件，原来由多个零件焊接组成，几十道制造工序，而且部件由于焊缝多不致密经常造成漏油等问题，采用3D打印技术优化设计，采用一体化设计并一次打印成型。大大简化了制造工序，提高了部件质量性能。

另外，徐宏还提出了两个看得见的3D打印在军工方面潜在的实际应用：

首先是在火炸药制造方面，火炸药制造是兵器行业的特色，目前恒利已经开始在做这方面的研究。异形药柱及变燃速变组份药柱传统制造难以制造，因此3D打印技术在火炸药制造上有巨大的应用需求。并且也因为火炸药不能用热源加工，SLS与SLM这种以激光为能源的技术在火炸药制造上并不适用，因此使用粘结剂喷射成型的3DP技术在这里便大有用武之地。这也是恒利目前所拥有的三种工业3D打印技术之一。

其次是结构功能一体化构件增材制造，如隐身结构材料，现在提出的隐身概念是结构功能一体化，在蜂窝状的结构上含进隐身材料就可以进一步提高隐身效果，以达到躲避雷达和红外线的探测的效果，而这种蜂窝状的结构对于传统制造来说是一个极大的挑战，因此3D打印便能很好地适用于此。

当然金属直接3D打印也有其自身的缺陷，徐宏提到，首先，金属直接3D打印成本高；其次，直接金属3D打印的零部件组织性能还没有得到很好的验证，很多行业想用但不敢用；更重要的是所使用的打印材料也存在局限性，目前3D打印应用最多的金属材料是钛合金和不锈钢，铝合金还不成熟，而镁合金与铸铁3D打印还不能用。

因此针对3D打印的这些缺陷，徐宏认为大力发展直接金属3D打印SLM、激光粉末烧结SLS+传统铸造、粘结剂喷射打印3DP这三种技术，彼此相互补充、共同推进，是“中国兵器工业增材制造技术研究应用中心”目前的初步定位。

军民融合开辟更广阔的道路

北方恒利2000年研制出第一台激光粉末烧结设备，据徐宏透露，在前几年3D打印机的销售量并不大，每年只有4、5台的量，应用于航空航天、船舶、兵器等领域，其中又以兵器应用据多。2015年国家将军民融合上升为国家战略，北方恒利也看中了民用领域的巨大应用潜力，恒利公司近些年来已经在拓展民用企业的应用市场，已经涉足核电发动机、石油化工、汽车等零部件的制造。

“十二五”已经结束，目前恒利公司也在制定公司的“十三五”规划。发展计划主要体现在以下几方面：

一是股改融资，进一步增强公司资金实力；

二是军民融合应用，建设复杂零件快速制造基地，拓展“3D打印+传统制造”的应用服务；

三是基于应用需求3D打印设备的创新研发（如火炸药3D打印）；

四是扩大产业规模实现公司上市目标。

针对这些规划，去年，北方恒利成立了中国兵器工业集团增材制造技术应用中心，并计划随着条件的成熟将在华南、华北、西南等区域与当地比较知名的企业合作共同建立分中心，借此打开3D打印行业应用的困境。

2015年9月，作为中国兵器工业集团增材制造技术应用中心安徽分中心，也是北方恒利在全国中心战略布局的第一个站点，安徽恒利正式成立，主要负责金属3D打印设备的研发与销售及加工制造服务。

安徽恒利地处美丽的芜湖春谷，不仅得到了繁昌县政府的大力支持，华东地区拥有众多的军工企业，也给安徽恒利提供了近水楼台之便，自公司成立后，已经有一批企业在模具制造方面使用安徽恒利的设备；其次恒利也看中了奇瑞汽车总部位于芜湖的地利条件，目前，安徽恒利也与之顺利地进行了对接。

可以说安徽恒利是北方恒利与繁昌县政府进行合作的一个非常成功的案例，也为北方恒利在之后的道路拓展上提供了典型示范。

目前，安徽恒利已经建设了一支十几人的技术研发团队，成员均为本科生以上学历，其中教授/博士生导师1人、副教授3人，具有博士后学位4人、博士学位3人，硕士学位4人，公司员工大学生人数占总人数的90%以上。

谈到上市的日程安排，徐宏表示，北方恒利是国有企业，谈上市是自己无法把控的，因此将以安徽恒利作为载体，实现公司的上市目标。安徽恒利在今年的销售收入目标是2000万，徐宏自信这是可以做到的。明年安徽恒利将争取实现3000万以上的销售目标，并落实为高新技术企业，为新三板上市这一目标打好基础。他坦言，“三到五年才能把安徽恒利运作成一个新三板上市公司。”

“设备是工具，用设备生产出高品质零件才是目的。”北方恒利及安徽恒利的总设计师徐宏清醒地认识到“3D打印+传统制造”已经在兵器领域大施所长，它也必将成为民用领域的一把“利剑”，恒利将坚定不移地将3D打印设备的研发与生产高品质金属零件进行到底。

《3D打印世界》2016年7月刊主题：聚焦3D打印工业应用

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