快速成型、高度靈活的增材制造如何重塑制造業(yè)?答案肯定不是“單打獨(dú)斗”?!拔磥碇圃觳粫?huì)是單純的增材制造或單純的傳統(tǒng)制造,兩者會(huì)通過集成——比如3D打印完之后的后處理,如熱處理或是加工拋光等傳統(tǒng)制造工藝——結(jié)合起來,工廠或車間的信息集成將使上述流程更加順暢?!苯战邮芘炫刃侣劦让襟w采訪時(shí),全球工業(yè)級(jí)增材制造巨頭EOS首席執(zhí)行官Adrian Keppler說道。
把增材制造換個(gè)更為人所熟知的名字,便是3D打印。傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法往往是“做減法”,在制造過程中材料逐漸減少;鍛造、鑄造等熱加工方法,可粗略視為“等材制造”;3D打印(增材制造)逆其道而行,采用打印頭、噴嘴等,通過逐層增加材料的方式制造三維實(shí)體物件。它并不在乎幾何圖形有多復(fù)雜,相反,越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)可能由于鏤空越多,用料越少、成本更低,這與傳統(tǒng)生產(chǎn)恰恰相反。
1989年,激光加工、快速成型領(lǐng)域?qū)<襀ans J. Langer博士在德國慕尼黑成立EOS(Electro Optical Systems)公司。目前,EOS已成為全球工業(yè)級(jí)增材制造領(lǐng)域規(guī)模最大的企業(yè)之一,提供從增材制造設(shè)備、材料、工藝、配套軟件、咨詢服務(wù)在內(nèi)的整體解決方案。截至2017年底,EOS全球裝機(jī)總量超過3000臺(tái),其中中國市場裝機(jī)超過300臺(tái)。按行業(yè)劃分,目前EOS在中國市場裝機(jī)量最大的行業(yè)是航空航天,其次是模具和醫(yī)療。
Keppler說,從全球角度看,目前增材制造的成熟應(yīng)用主要集中在航空航天、醫(yī)療及石油天然氣行業(yè)?!斑@些行業(yè)有個(gè)很大的共同點(diǎn):產(chǎn)品的單件產(chǎn)量相對較低,但價(jià)值卻非常高。”這集中體現(xiàn)了增材制造的優(yōu)勢之一:當(dāng)企業(yè)想以較低的成本生產(chǎn)量少價(jià)值高的部件時(shí),傳統(tǒng)的開模、鑄造、切割、組裝方式往往會(huì)在經(jīng)濟(jì)性上遭遇挑戰(zhàn),這類行業(yè)會(huì)首先選擇用增材制造來突破瓶頸。
用工業(yè)級(jí)塑料、光敏樹脂或金屬“堆積”而成的產(chǎn)品強(qiáng)度與韌性,是外界對工業(yè)級(jí)增材制造的最大顧慮之一。據(jù)Keppler介紹,在美國、歐洲和俄羅斯,已經(jīng)有大量直升機(jī)部件使用增材制造。不同部件的承載條件不同,目前直升機(jī)上的功能部件已大量采用增材制造產(chǎn)品,承受更大載荷的結(jié)構(gòu)部件未來也有望越來越多使用增材制造。
另一個(gè)例子是,在西門子公司位于瑞典小鎮(zhèn)芬斯蓬的工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)工廠,EOS公司的3D打印機(jī)采用選擇性激光熔化(SLM)增材制造技術(shù)生產(chǎn)的渦輪葉片,經(jīng)過24小時(shí)完整全載荷測試后未發(fā)現(xiàn)任何破損。燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片所處的工作環(huán)境堪稱嚴(yán)苛:零件熱負(fù)荷接近于所用金屬的熔點(diǎn);渦輪葉片所承受的離心力是凈重力的10000倍;葉片尖端的線速度接近聲速。
當(dāng)前,增材制造技術(shù)在中國市場的滲透率還遠(yuǎn)比不上歐洲與美國。Keppler稱,中國擁有全球最大的制造業(yè)體量,所以絕不會(huì)在增材制造領(lǐng)域落后太多。“中國在發(fā)展自己的民用航空、航空發(fā)動(dòng)機(jī),在汽車領(lǐng)域正積極推廣新能源汽車,在醫(yī)療方面,中國消費(fèi)者也開始追求更多的個(gè)性化需求。這些趨勢會(huì)讓中國市場對增材制造產(chǎn)生更多需求,所以中國很快會(huì)在增材制造應(yīng)用方面追上歐美國家,甚至可能超過他們?!?Keppler回憶說,在歐美市場的孕育和發(fā)展過程中,增材制造技術(shù)影響力擴(kuò)大的背后是有企業(yè)家愿意承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)并勇于創(chuàng)新,“未來如果越來越多的中國企業(yè)也鼓勵(lì)這樣一種冒險(xiǎn)或者是創(chuàng)新精神,會(huì)加速中國趕超歐美的過程?!?br />
Keppler說,增材制造和傳統(tǒng)制造各有千秋,相互融合可優(yōu)勢互補(bǔ)、降低生產(chǎn)成本。目前,EOS正在與空客、波音等公司合作,研發(fā)未來集成化的增材制造生產(chǎn)線。此外,隨著金屬3D打印技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的作用與日俱增,EOS與德國航空結(jié)構(gòu)供應(yīng)商、飛機(jī)零配件制造商Premium AEROTEC及汽車制造商戴姆勒公司共同推出了“新一代增材制造”項(xiàng)目。該項(xiàng)目的目標(biāo)是推動(dòng)工業(yè)3D打印的自動(dòng)化進(jìn)程。針對這一目標(biāo),該項(xiàng)目組成員將嚴(yán)格檢驗(yàn)整個(gè)增材制造過程,從金屬粉末的運(yùn)輸供應(yīng)、到打印完成后的加工處理過程,來觀察整個(gè)零部件生產(chǎn)有哪些步驟能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,以此推動(dòng)金屬3D打印技術(shù)在大規(guī)模批量生產(chǎn)中的應(yīng)用。
據(jù)介紹,EOS的目標(biāo)是將增材制造的單件產(chǎn)品成本較當(dāng)前水平降低10倍以上。為此,EOS正在開發(fā)不同能量來源更有效、快速地融化金屬或多分子材料以降低制造成本。
來源:3d打印網(wǎng)
編輯:董強(qiáng)
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