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自主研发给3D打印机装上“聪明大脑”

2021-12-21 10:50:16 来源：潇湘晨报官方百家号

钱阵

钱阵领衔的“科创3D——开启工业级3D打印的中国造”项目日前荣获七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛高教主赛道金奖。这是近年来安徽省省属高校斩获的首个主赛道金奖，和他一起同台竞技的，大多是全国知名院校的硕、博团队。

钱阵当年高考发挥失常，在高职努力练技术投身创业，恰巧与3D打印结缘，为了更上一层楼，他专升本，考取安徽信息工程学院创业班，在校期间成功研发出新型SLA和FDM两种成型原理的3D打印机，将3D打印速度提升3倍，实现所有零部件100%国产化。对此，科大讯飞董事长刘庆峰赞叹道：“一个专升本的学生干了博士生的活。”

25岁的钱阵是安徽信息工程学院首届创业班学生。安徽信息工程学院是由科大讯飞举办、安徽省教育厅主管的非营利性应用型大学。作为安徽高等教育的改革试验田，2019年，该校大胆改革人才选拔与培养模式，探索开设工商管理专业新方向（创新创业方向），即创业班。创业班的专升本考试中，笔试和面试各占150分，面试则主要考察学生的创新创业能力，被视为安徽前所未有的突破和创新。（本报2020年11月10日创业版曾报道）

目前，钱阵留在学校创客广场继续孵化，人体头盖骨模型、汽车外壳、精密的传动齿轮、模具、零配件、楼盘沙盘……五花八门的3D打印订单纷纷找上门，让他和创业小伙伴们应接不暇。

为创业在车间苦练车床技术

长期以来，中国工业级3D打印机存在打印成型速度慢、精度低、核心部件系统依赖进口等问题。2016年，还在滁州职业技术学院读大一的钱阵就萌发了革新3D打印技术的念头，他组建了5人团队，从打造硬件开始尝试。由于手头没资金，一些打印机零部件需要自己加工。大一下学期，钱阵一有空就去实训车间里转悠，旁听车床技术课。

“丝”是机械行业对0.01毫米的俗称，“一丝车八刀，刀刀见铁屑”被称为车床工人最高境界，要把铁屑车到连仪器都难以测量的精细程度，一般人很难做到。

钱阵向这个目标发起挑战。别人在用好的车刀练习时，他专门挑拣被撞坏的、报废的车刀练习，一遍遍修复、打磨，觉得“这样更有挑战性”。

大一的钱阵也包揽了学校车床、铣床、CAD设计、三维建模等所有技能大赛的冠军，所有专业课平均分保持在92分以上。一位老师说：“钱阵磨出的精度和有十年经验的老师傅相差无几，他车床工艺的精度已经超过一般工厂的工艺要求。”

在精密仪器公司做兼职时，钱阵注意到，一款奥地利进口机床的出料口设计不够科学，就和老师傅说了自己的想法。他找了一些纸盒子垒在出料口，改变了出料方式。试用一个月后，公司最终按照钱阵的想法重新改进了出料口的工艺。

“企业追求效率，所以我在编数控车床的程序时，追求‘一刀进，少抬刀甚至不抬刀，速度快，加工精度高’。”得益于在工厂时的观察和训练，他悟出了自己的独家秘诀——“能大刀，不小刀；能高速，不低速；能一刀进，不二刀出”。

后来，在带领创业团队设计3D打印机时，钱阵一直秉持高速度、高精度、高强度、国产化、无人化的思路。

正是他用机器高速打印出的精密传动齿轮，让一款日本老古董闹钟的指针重新动了起来。这一技术理念也帮助他将产品应用拓宽到工业、科研、机器人等领域，他甚至为宝马、奔驰、奥迪等汽车厂家打印过齿轮。

钱阵算了一笔账：打印同等数量产品，需要100台普通打印机，如果运用自己的技术，只需要34台。对于企业来说，能一次性减少近900万固定资产投入，每台设备每年比进口设备节省必要消耗品成本15万。

打破思维惯性做“原创”整机研发

5年多来，钱阵历经了上万次的软硬件研发、测试。

2019年，钱阵发现大多数企业都是从国外进口打印设备核心配件，他决定从打造“原创”的激光器入手，力求提升打印精度。为了学习前沿技术，钱阵托国外的朋友帮助搜集核心部件学习资料，但一家外国企业却出价100万元。钱阵只能靠网上能搜索到的有限的视频，“脑补”出新部件的工作原理和方式。网上的相关书籍和视频都要收费，还只能限时浏览，他就快速点击翻阅，拼命把内容记下来。

研究资料的缺失，反倒让他跳出了传统的定式思维，自主研发出“闭环高速不失真振镜”，让打印速度提升30%，从而突破了核心部件国外进口限制，解决了“卡脖子”问题。

“打个比方，在3D打印系统中，振镜是核心的中枢部件，好比人的心脏，那么激光光束就好比血液。通过振镜控制、改变激光光束方向，最终形成图案，控制打印精度。”钱阵解释道。

虽然有了原创的激光器和振镜，但很多相应的特种金属零配件在市场上却买不到，钱阵只能买来原材料自己动手加工。飞出来的铁星经常烫伤他的手，有时铁屑扎进肌肉里直到化脓了才发现。

新型设备的颠覆性变革在于，以往3D打印机工作时，通过一来一回、往复运动让物体成型，但机器来回运动会造成一定误差和间隙。他另辟蹊径，巧妙设计了单趋向成型的打印运动轨迹，降低耗材和成本，再次提升打印速度。

凭借长期积累的机械制造经验，设计模型、反复测试，钱阵团队最终自主研发出算法、主控板及控制系统，相当于给打印机更换了更聪明的“大脑”，这也打破了国外在3D打印算法系统上长期垄断的局面。

“钱阵造出新型3D打印整机的经历，体现了大学生创业者的逆向思维、工程积累、工匠精神和产品意识。”安徽信息工程学院院长吴敏评价道。

创新创业教育的意义

“在创业班进一步学习和孵化，让我的创业不断档，越来越系统。”钱阵说，专升本以后，他与不同专业的师生交流，创业团队也扩充至20余人，囊括机械设计与制造及其自动化、软件工程、计算机科学与技术、人工智能、工商管理、财务管理等专业的学生。学校则依托创业孵化基地，予以环境营造、导师指导、政策扶持等支持，助力钱阵的项目成长，项目还得到了科大讯飞的高级专家团队的专业辅导。

吴敏介绍，创业班的课程设计、培养方案与传统四年制本科教学不同，从初创意识到运营方案，再到产品市场，围绕企业的发展历程来专门设计课程。同时，创业班吸纳国企、民企总监以上级别的高管成立专家库，在直接传道授业的同时，还能给项目提供一些实际帮助。

“大学生创新创业成功率或许不高，但能培养学生的创新精神和动手能力，涵养他们能拼肯干的品质，让他们经历一番折腾，今后进入企业，或是当上职业经理人时，能够独当一面，这才是创业教育的意义所在。”在吴敏看来，高校创新创业教育、培养一定要和地方产业发展结合起来。把现代工厂设备搬进实验室，学生直接上手，模拟工业环境。

“学校将和芜湖市政府联合共建创新创业学院，吸纳更多有创业基础和经验的学生前来就读，孵化、扶持他们的创业项目，为地方发展培养更多产业工程师与青年创客。”他说。

中青报·中青网记者王海涵王磊来源：中国青年报（ 2021年12月21日 11 版）

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