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3D增材制造即將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，超越粉末床

2022-02-14

金屬3D打印技術(shù)正在進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段，而傳統(tǒng)的打印技術(shù)受于成本限制，新型增材概念正在動(dòng)搖整個(gè)金屬3D打印市場(chǎng)，在現(xiàn)有的技術(shù)模式之下，如何積極參與技術(shù)路線，維護(hù)與創(chuàng)造新的成本控制技術(shù)，優(yōu)化并完善新的增材制造解決方案和結(jié)構(gòu)化模塊，取得新時(shí)代的3D打印發(fā)展的主導(dǎo)地位，成為企業(yè)發(fā)展重中之重的內(nèi)容。

新機(jī)遇帶來(lái)復(fù)雜性金屬3D打印或增材制造市場(chǎng)正在發(fā)展，制造業(yè)企業(yè)需要對(duì)此做出相應(yīng)的舉措。過(guò)去，增材制造是一種制作原型昂貴的小眾技術(shù)，而如今對(duì)于某些大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用而言，增材制造的價(jià)格正變得更為企業(yè)所接受。這一突破不僅得益于激光粉末床熔化領(lǐng)域的發(fā)展，其是一種在金屬應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)較為成熟的技術(shù)；還得益于替代性增材技術(shù)的發(fā)展，例如直接能量沉積、粘合劑噴射、金屬噴射與金屬擠制等。這些更新的技術(shù)正在刺激市場(chǎng)，人們普遍認(rèn)為這些技術(shù)有望降低增材制造的成本。隨著這些技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用不再局限于燃?xì)鉁u輪燃機(jī)、衛(wèi)星電機(jī)與定制假肢等高精尖零件的生產(chǎn)制造，增材制造也越來(lái)越普及。能夠受益于增材制造設(shè)計(jì)自由、小批量集約化生產(chǎn)等特點(diǎn)的領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。

但這里就有一個(gè)問(wèn)題。從項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)中我們得知，許多企業(yè)都在努力挖掘增材制造的新潛力。但其中太多企業(yè)都在采取一種觀望態(tài)度。一些相較活躍的企業(yè)通常也只關(guān)注激光粉末床熔化和電子束粉末床熔化，偶爾關(guān)注直接能量沉積。它們甚至忽略了需要三至五年，甚至更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)精心設(shè)計(jì)整體生產(chǎn)技術(shù)戰(zhàn)略的需求。為何這么多企業(yè)躊躇不前？我們不難得出答案。是的，新技術(shù)固然帶來(lái)了新機(jī)遇，但也使局面變得愈加復(fù)雜。新企業(yè)攜最新技術(shù)進(jìn)入市場(chǎng)，企業(yè)越來(lái)越難以保證掌握最先進(jìn)的技術(shù)，也越來(lái)越難以將有時(shí)過(guò)熱的營(yíng)銷宣傳與新技術(shù)的真正能力區(qū)分開來(lái)。那么，企業(yè)應(yīng)該對(duì)此做些什么？我們認(rèn)為，所有的企業(yè) 都需要掌握市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，制定適當(dāng)?shù)膽?zhàn)略。接下來(lái)，我將詳細(xì)地研究激光粉末床熔化技術(shù)，了解其在零件性能、產(chǎn)量大小與成本等方面的表現(xiàn)，以及將來(lái)如何發(fā)展變化。然后，我們?cè)俎D(zhuǎn)而研究替代技術(shù)，概述替代技術(shù)的作用和在相同領(lǐng)域的表現(xiàn)。最后，為了幫助躊躇不前的企業(yè)向前發(fā)展，我們提出了一個(gè)四步走流程的建議，供企業(yè)用來(lái)制定全面的路線圖，作為其未來(lái)技術(shù)戰(zhàn)略的基礎(chǔ)。

激光粉末床熔化——零件成本不會(huì)下降到現(xiàn)價(jià)的十分之一說(shuō)到金屬零件的增材制造，我們首先會(huì)想到激光粉末床熔化。激光粉末床熔化一直是金屬零件增材制造的核心，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。金屬零件的增材制造體系由德國(guó)率先開發(fā)，目前市場(chǎng)仍由三家德國(guó)公司主導(dǎo)：EOS, SLM Solutions和Concept Laser。自從Concept Laser 被通用電氣收購(gòu)以來(lái)，已經(jīng)成為了GE Additive的一部分。激光粉末床熔化在制造高性能的小批量形狀復(fù)雜的工業(yè) 生產(chǎn)中較為常見，典型的例子包括原型產(chǎn)品、用以航空航天和競(jìng)賽中的輕量化零件，或是種植牙等定制化產(chǎn)品等，這些都屬于小眾化的應(yīng)用。激光粉末床熔化主要用于制造相對(duì)較小的零件，對(duì)于這些較小的零件，小型的成型包膜就已足夠。批量大小則在很大程度上取決于具體的應(yīng)用，通常從單一零件，如功能性原型或定制假體，到幾百個(gè)零件的應(yīng)用。由于設(shè)備技術(shù)較為復(fù)雜，激光粉末床熔化一直以來(lái)成本較高。

毫無(wú)疑問(wèn)，激光粉末床熔化的成本將會(huì)繼續(xù)下降。但在接下來(lái)的三至五年中，現(xiàn)有訂單的成本不會(huì)大幅下降。圖C顯示了激光粉末床熔化技術(shù)從2014至2020年間的成本變化軌跡，明確與熔模鑄造加工等中等至大批量應(yīng)用的傳統(tǒng)制造相比，激光粉末床熔化的成本需要在多大程度上得以降低。短期內(nèi)，零件成本預(yù)計(jì)不會(huì)出現(xiàn)突破性的下降。

就目前而言廣泛應(yīng)用于金屬3D打印市場(chǎng)中的產(chǎn)業(yè)都具有一定規(guī)模的高產(chǎn)值或尖創(chuàng)技術(shù)，盡管金屬3D打印技術(shù)在精密工程、原型制造、航空航天、渦輪引擎等產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著重要的作用，但是本身高成本的生產(chǎn)制造費(fèi)用成為其發(fā)展的最大制約因素，伴隨著新的激光粉末床熔化技術(shù)，將有望將金屬3d打印零件費(fèi)用控制在一個(gè)可以接受的范圍之內(nèi)

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