“一個專升本的學生幹了博士生的活” 95後“回爐再造”成功研發工業級3D打印設備


中青報·中青網記者 王海涵 王磊

高考發揮失常,在高職努力練技術投身創業,恰巧與3D打印結緣,為了“回爐再造”,考取專升本並潛心科研、攻克技術難關……25歲的錢陣的人生經歷似乎要比同齡人更加豐富、曲折。

“一個專升本的學生幹了博士生的活” 95後“回爐再造”成功研發工業級3D打印設備

前不久,畢業於安徽信息工程學院的他迎來了人生的“高光時刻”——他領銜的“科創3D——開啓工業級3D打印的中國造”項目獲七屆中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽高教主賽道金獎。這是近年來安徽省省屬高校斬獲的首個主賽道金獎,和他一起同台競技的,大多是全國知名院校的碩、博團隊。 

“一個專升本的學生幹了博士生的活” 95後“回爐再造”成功研發工業級3D打印設備

“沉甸甸”的金獎背後,是安徽信息工程學院(下稱“安信工”)創新創業教育改革成果的體現。該校是由人工智能頭部企業科大訊飛舉辦、安徽省教育廳主管的非營利性應用型大學。作為安徽高等教育的改革試驗田,2019年,該校大膽改革人才選拔與培養模式,探索開設工商管理專業新方向(創新創業方向)(下稱“創業班”)。當年在創業班的專升本考試中,筆試和麪試各佔150分,面試則主要考察學生的創新創業能力,被視為安徽前所未有的突破和創新。(本報2020年11月10日創業週刊曾報道)

錢陣就是首屆創業班學生,當年帶着創業想法和基礎報考了該校,在校期間成功研發出新型SLA和FDM兩種成型原理的3D打印機,將3D打印速度提升3倍,實現所有零部件100%國產化。對此,科大訊飛董事長劉慶峯讚歎道,“一個專升本的學生幹了博士生的活。”

目前,錢陣留在學校創客廣場繼續孵化,人體頭蓋骨模型、汽車外殼、精密的傳動齒輪、模具、零配件、樓盤沙盤……五花八門的3D打印訂單紛紛找上門,讓他和創業小夥伴們應接不暇。

創業靈感來於車間機牀的磨練

我國的3D打印產業已全面進入工業化發展。2020年,全國3D打印產業規模為208億元,其中,3D打印設備產業規模93億元。但一直以來,中國工業級3D打印機存在打印成型速度慢、精度低、核心部件系統依賴進口等問題。

2016年,還在滁州職業技術學院讀大一的錢陣就萌發了革新3D打印技術的念頭。創業團隊剛組建時,只有5名同學,對很多思路還摸不着頭腦,只能從打造硬件開始嘗試。

由於手頭沒資金,一些打印機零部件需要錢陣自己加工。大一下學期,錢陣一有空就去實訓車間裏轉悠,觀察其他老師上課,想學車牀知識和技術。

實訓老師見狀問他:“同學,你是不是想學這個?”

“是的,我想學,我想創最優!”錢陣答道。

“絲”是機械行業對0.01毫米的俗稱,“一絲車八刀,刀刀見鐵屑”被稱為車牀工人最高境界,要把鐵屑車到連儀器都難以測量的精細程度,一般人很難做到。

錢陣向這個目標發起挑戰。別人在用好的車刀練習時,他待在一旁專門挑撿被撞壞的、報廢的車刀,一撿就是一大捆,他一遍遍修復、打磨,覺得“這樣更有挑戰性”。

最終,學校一位資深老師評價:“錢陣磨出的的精度和有十年經驗的老師傅磨出的相差無幾,他車牀工藝的精度已經超過一般工廠的工藝要求”。

大一,錢陣也包攬了學校車牀、銑牀、CAD設計、三維建模等所有技能大賽的冠軍,所有專業課平均分保持在92分以上。

不滿足於現狀的他決定去精密儀器公司做兼職。剛到公司,他注意到,一款奧地利進口機牀的出料口設計不夠科學,於是和老師傅説了自己的想法。隨後,他找了一些紙盒子壘在出料口,改變了出料方式。試用了一個月後,公司最終按照錢陣的想法重新改進了出料口的工藝。因此,他又被調去另一家工廠做鉗工,一週時間,勝任了車間所有崗位。

“企業追求效率,所以我在編數控車牀的程序時,追求‘一刀進,少抬刀甚至不抬刀,速度快,加工精度高’。”得益於在工廠時的觀察和訓練,他悟出了自己的獨家秘訣——“能大刀,不小刀;能高速,不低速;能一刀進,不二刀出”。

後來,在帶領創業團隊設計3D打印機時,錢陣一直秉持高速度、高精度、高強度、國產化、無人化的思路。

正是他用機器高速打印出的精密傳動齒輪,讓一款日本老古董鬧鐘的指針重新動了起來。這一技術理念也幫助他將產品應用拓寬到工業、科研、機器人等領域,他甚至為寶馬、奔馳、奧迪等汽車廠家打印過齒輪。

他算了一筆賬:打印同等數量產品,需要100台普通打印機,如果運用自己的技術,只需要34台。對於企業來説,能一次性減少近900萬固定資產投入,每台設備每年比進口設備節省必要消耗品成本15萬。 

打破思維慣性 做“原創”整機研發

5年多來,他歷經上萬次的軟硬件研發、測試。2019年,一直在觀察行業動態的錢陣發現,大多數企業都是從國外進口打印設備核心配件,因此,國內對打印結構、路徑原理等研究依賴於慣性思維。

他決定從打造“原創”的激光器入手,力求提升打印精度。研發過程中,錢陣必須學習前沿技術,他曾託國外的朋友幫助蒐集核心部件學習資料,但一家外國企業卻出價一百萬。錢陣無奈,只能瀏覽網上能搜索到的有限的視頻,“腦補”出新部件的工作原理和方式。

網上的相關書籍和視頻要收費,只能在網上限時瀏覽。他就快速點擊翻閲,拼命把內容記下來。因此,他的記憶力也大幅提升。

研究資料的缺失,反倒讓他跳出了傳統的定式思維,自主研發出“閉環高速不失真振鏡”,讓打印速度提升30%,從而突破了核心部件國外進口限制,解決了“卡脖子”問題。

“我打個形象且通俗的比方,在3D打印系統中,振鏡是核心的中樞部件,如果將其比作人的心臟,那麼激光光束就能比作血液。通過振鏡控制、改變激光光束方向,最終形成圖案,控制打印精度。”錢陣解釋道。

不過,研發過程中,不斷有質疑聲傳來——“你一個專升本的學生,搞什麼科研?”面對質疑,錢陣並不在意。“我的信條就是走自己的路,將每一項技術、每一個理念學到極致。”

雖然有了原創的激光器和振鏡,但很多相應的特種金屬零配件在市場上卻買不到,錢陣只能買來原材料自己動手加工。飛出來的鐵星經常燙傷了他的手,鐵屑也扎進肌肉裏,但他醉心工作,絲毫沒有察覺。一星期後,才注意到,手部傷口已經化膿。

研發過程充滿了不確定性,有一次打印高強度特種材料時,錢陣發現,無論如何調試,機器一直不運行,忙活一整天都找不到原因,他就耐下性子,一遍遍調試摸索、仔細查看。他最終發現,是機器的一個不起眼的小參數和某項材料性能有偏差。打那以後,問題迎刃而解。

新型設備的顛覆性變革在於,以往3D打印機工作時,通過一來一回、往復運動讓物體成型,但機器來回運動會造成一定誤差和間隙。他另闢蹊徑,巧妙設計了單趨向成型的打印運動軌跡,降低耗材和成本,再次提升打印速度。

有了以上技術基礎,他一鼓作氣,憑藉長期積累的機械製造經驗,設計模型、反覆測試,最終自主研發出算法、主控板及控制系統,相當於給打印機更換了更聰明的“大腦”,這也打破了國外在3D打印算法系統上長期壟斷的局面。至此,“原創”整機研發大功告成。

“錢陣造出新型3D打印整機的經歷,體現了大學生創業者的逆向思維、工程積累、工匠精神和產品意識。”安徽信息工程學院院長吳敏評價道。

創新創業教育的意義是什麼

“在創業班進一步學習和孵化,讓我的創業不斷檔,越來越系統。”錢陣説,考上專升本以後,他與不同專業的師生交流,創業團隊也擴充至二十餘人,囊括機械設計與製造及其自動化、軟件工程、計算機科學與技術、人工智能、工商管理、財務管理等專業的學生。

學校則依託創業孵化基地,予以環境營造、導師指導、政策扶持等支持,助力錢陣的項目成長。每當打印出一個新產品的時候,錢陣也會主動找機械學院的專家探討精度問題。管理學院對他開辦企業給予指導和關注。“我們學習如何推銷產品及定價時,用到了管理經濟學的知識,團隊還學會了看公司財務報表。”

“平時,學生通過模擬軟件學習公司註冊、管理、運營等內容,考核方式也接地氣,除了理論,還重點考核項目流水、營業額、行業認可度、團隊成員合作能力等指標。”吳敏介紹,創新班的課程設計、培養方案與傳統四年制本科教學不同,從初創意識到運營方案,再到產品市場,圍繞企業的發展歷程來專門設計課程。

同時,創業班吸納國企、民企總監以上級別的高管成立專家庫,在直接傳道授業的同時,還能給項目提供一些實際幫助。科大訊飛的高級專家團隊就對錢陣的項目進行了專業輔導。10月下旬,科大訊飛相關部門專程來考察投資。未來,團隊將在醫療、航空航天、快速原型開發等領域拓展業務。

今年,創業班新招95名學生,一進校就申報了26個創業項目。據統計,三屆創業班共招生262人,共53個項目正在孵化期,學校為每個項目配備創業導師。

早在5年前,學校構建了創業教育三層金字塔體系。人才培養成效究竟如何?“互聯網+”大賽不僅是對學生創業、商業、職業素養等能力的全方位檢驗,也是對學校教育體系、教育質量、科技成果轉化與應用能力的國家級大考。 今年,該校報名的參賽項目有627項、參賽學生2491人,各項數據均創歷史新高。共36個項目獲得省賽入場券,23支隊伍晉級省決賽,並取得了4金19銀的優異成績,獲獎數位列全省前列。

“大學生創新創業成功率或許不高,但能培養學生的創新精神和動手能力,涵養他們能拼肯幹的品質,讓他們經歷一番折騰,今後進入企業,或是當上職業經理人時,能夠獨當一面,這才是創業教育的意義所在。”在吳敏看來,高校創新創業教育、培養一定要和地方產業發展結合起來。把現代工廠設備搬進實驗室,學生直接上手,模擬工業環境。

“學校將和蕪湖市政府聯合共建創新創業學院,吸納更多有創業基礎和經驗的學生前來就讀,孵化、扶持他們的創業項目,為地方發展培養更多產業工程師與青年創客。”他説。

“一個專升本的學生幹了博士生的活” 95後“回爐再造”成功研發工業級3D打印設備

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錢陣研發的3D打印機。受訪者供圖

來源:中國青年報客户端

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