中国增材制造应用的进步

  1989年,激光加工、快速成型领域专家Hans J. Langer博士在德国慕尼黑成立EOS(Electro Optical Systems)公司。目前,EOS已成为全球工业级增材制造领域规模最大的企业之一,提供从增材制造设备、材料、工艺、配套软件、咨询服务在内的整体解决方案。截至2017年底,EOS全球装机总量超过3000台,其中中国市场装机超过300台。按行业划分,目前EOS在中国市场装机量最大的行业是航空航天,其次是模具和医疗。

 

        首先我们来了解一下增材制造的相关知识吧。增材制造(Additive Manufacturing,AM)俗称3D打印,融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础,通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料,按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积,制造出实体物品的制造技术。相对于传统的、对原材料去除-切削、组装的加工模式不同,是一种"自下而上"通过材料累加的制造方法,从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束,而无法实现的复杂结构件制造变为可能。近二十年来,AM技术取得了快速的发展,"快速原型制造(Rapid Prototyping)"、"三维打印(3D Printing )"、"实体自由制造(Solid Free-form Fabrication) "之类各异的叫法分别从不同侧面表达了这一技术的特点。增材制造技术是指基于离散-堆积原理,由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。基于不同的分类原则和理解方式,增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3D打印等多种称谓,其内涵仍在不断深化,外延也不断扩展,这里所说的"增材制造"与"快速成形"、"快速制造"意义相同。

 

  EOS首席执行官Adrian Keppler说,从全球角度看,目前增材制造的成熟应用主要集中在航空航天、医疗及石油天然气行业。这集中体现了增材制造的优势之一:当企业想以较低的成本生产量少价值高的部件时,传统的开模、铸造、切割、组装方式往往会在经济性上遭遇挑战,这类行业会首先选择用增材制造来突破瓶颈。

 

  用工业级塑料、光敏树脂或金属“堆积”而成的产品强度与韧性,是外界对工业级增材制造的最大顾虑之一。据Keppler介绍,在美国、欧洲和俄罗斯,已经有大量直升机部件使用增材制造。不同部件的承载条件不同,目前直升机上的功能部件已大量采用增材制造产品,承受更大载荷的结构部件未来也有望越来越多使用增材制造。

 

  另一个例子是,在西门子公司位于瑞典小镇芬斯蓬的工业燃气轮机工厂,EOS公司的3D打印机采用选择性激光熔化(SLM)增材制造技术生产的涡轮叶片,经过24小时完整全载荷测试后未发现任何破损。燃气轮机涡轮叶片所处的工作环境堪称严苛:零件热负荷接近于所用金属的熔点;涡轮叶片所承受的离心力是净重力的10000倍;叶片尖端的线速度接近声速。

 

  当前,增材制造技术在中国市场的渗透率还远比不上欧洲与美国。Keppler称,中国拥有全球最大的制造业体量,所以绝不会在增材制造领域落后太多。

 

  Keppler回忆说,中国在发展自己的民用航空、航空发动机,在汽车领域正积极推广新能源汽车,在医疗方面,中国消费者也开始追求更多的个性化需求。这些趋势会让中国市场对增材制造产生更多需求,所以中国很快会在增材制造应用方面追上欧美国家,甚至可能超过他们。在欧美市场的孕育和发展过程中,增材制造技术影响力扩大的背后是有企业家愿意承担风险并勇于创新,未来如果越来越多的中国企业也鼓励这样一种冒险或者是创新精神,会加速中国赶超欧美的过程。

 

  Keppler说,增材制造和传统制造各有千秋,相互融合可优势互补、降低生产成本。目前,EOS正在与空客、波音等公司合作,研发未来集成化的增材制造生产线。此外,随着金属3D打印技术在工业领域中的作用与日俱增,EOS与德国航空结构供应商、飞机零配件制造商Premium AEROTEC及汽车制造商戴姆勒公司共同推出了“新一代增材制造”项目。该项目的目标是推动工业3D打印的自动化进程。针对这一目标,该项目组成员将严格检验整个增材制造过程,从金属粉末的运输供应、到打印完成后的加工处理过程,来观察整个零部件生产有哪些步骤能实现自动化,以此推动金属3D打印技术在大规模批量生产中的应用。

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发布日期:2019年03月03日  所属分类:医疗电子