SLM Solutions 马建立:选区激光熔化技术的工业化进程

3D打印直播
2020
08/25
17:43
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2020年8月20日-21日,中国增材制造产业发展芜湖(繁昌)高峰论坛暨2020年中国增材制造产业年会在安徽芜湖市举行,此次年会由工业和信息化部装备工业发展中心、安徽省经济和信息化厅、芜湖市人民政府指导,中国增材制造产业联盟主办,繁昌县人民政府协办,南极熊作为支持媒体对本次会议进行了直播。

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△德国SLM Solutions亚太区总经理马建立先生

在“中国增材制造产业发展芜湖(繁昌)高峰论坛”上,德国SLM Solutions亚太区总经理马建立先生发表主题演讲,题目是《满足高质批量生产的选区激光熔化技术》,以下是本场演讲的现场速记,经大会组委会授权发布。


△视频:马建立演讲《满足高质批量生产的选区激光熔化技术》


马建立:很荣幸能够参加这样的活动,在今天也听到了非常多的行业同仁分享了非常深入的增材制造方面的研究,今天我和大家分享的主题是针对我们公司的主流技术选区激光熔化技术的工业化进程。因为这个技术相对于其他的材料工艺来讲还是比较年轻的,但是目前很多人都在说我们处于什么样的阶段 ,什么时候可以真正看到大批量的生产,现在市场的容量到底会有多大?我以一家德国企业的视角和大家分享我们在这个阶段的观点和进展。

对于增材制造的市场潜力,有各种各样的渠道可以看到各个不同的调研机构对这个市场的预测,我在屏幕左边采用的是来自Wohlers  Associates 2020年的版本。2009年开始我们可以看到一些工业化的应用,过去十年一直保持高速的增长,尤其过去四年平均增长率将近25%,而且在未来它还有大幅增长的趋势。他们预计从2019-2020年整个增材市场的产值会达到1175亿美金,换算到2019年的产值正好是10倍,十年有10倍的增长率,年化平均增长率大概在25%左右。这个10倍的增长从哪里来?除了我们刚刚看到的航空航天一些高附加值、但是保密度极高或者科技含量极高的应用领域之外,它还有很多的机会可以进入到平常百姓家,进入到日常的产品包括汽车行业,常规的机械部件也会用到。所以我这边举了铸造行业的例子,大家知道全球铸造市场的规模大概在1240亿,中国大概在5千万吨的规模,大概占到全球总量的48-52%,这已是全球非常大的载体。
在1240亿美金当中以铝合金为例,如果我们在铝合金的压铸市场当中增材制造能够占到二十分之一的比例它也有将近100亿的市场。所以我们并不是要取代所有的传统工艺,我们只是大量的现代化体系当中找到适合增材制造技术发展的区间,就得以容纳非常大的市场份额,同时也得到很好的回报。周一我刚收到德国宝马公司允许我们对外分享的消息,他们刚刚把选区激光熔化技术的生产体系的认证和质量体系的认证全系列的认证和检测以及公司内部标准全部完成,并正式发布白皮书。从他们的报告中可以看到,工业化增材制造已经走入现实,我们演算了一下,如果我们在效率和成本或者最终的制件成本能够降到现在的一半,在宝马公司可以找到比现在空间容量大近十倍的空间去做增材制造技术的推进,所以市场潜力我想大家还是要保持非常大的信心。
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△金属增材制造渐成主流:大量成熟工业客户已经深度参与增材产业链

同时金属增材现在逐步成为主流,而不再是非常细分非常小的行业,在这个图片中,我也收集了大量全球化的工业客户,都是我们在工业制造领域经常会遇到的客户,不管是从原材料,到设备的提供商,包括一些专业的打印服务中心以及最终用户,其实都已经在非常大踏步地投入到增材制造产业中。比如这些行业非常资深的增材制造的打印服务商他们也是在不断加大这方面的投入。对于最终用户来讲这都是大家非常熟悉的一些客户或者工业伙伴,从一些行业媒体,大家在日常交流中也可以找到更详细的例子,在这里不多说。值得一提的是增材制造作为数字化制造的典型代表,在工业软件方面拥抱这个技术拥抱得非常深入。
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△金属3D打印的工业化进程

金属增材工业化进程大概处在什么样的阶段?这两天我和很多同行聊的时候都会讨论非常多的话题,我们把增材分为三个阶段:
第一个阶段研发以及样件的试制,对于卖在国内的机器包括很多的用户来讲更多的理解是我要去了解增材制造技术,我了解这是一个什么样的东西,适当探索它的潜力,形成基本认知,大部分外国品牌卖到中国机器当中一直到今天为止还有30-40%的用户处于这样的阶段。对于我们来讲,更多换专注于研发、学术研究以及技术路线的探索,同时在过程中去积累比较好的技术储备。
但是更多的用户现在处于什么样的阶段?我们叫为转型阶段,小批量的生产,也就是阶段二,这个时候我们也可以看到很多例子,我们要进行验证论证,商飞的张总也提到做了很多尝试,但是真正在飞机上还没有开始,这就是第二阶段正在做的事情,我们要做很多零件的研发或者预研的同时进入生产和验证准备工作。对于设备厂商来讲除了告诉什么是增材制造之外,我们还要提高设备的质量,同时大幅度提高生产效率,因为只有这样才能看到增材进一步落入更多的产业中。从全球分布来讲,尤其是欧洲、美国以及亚洲的新加坡、日本这方面相对保守一点,基本上70%的用户已经进入第二阶段,甚至其中会有30%也就是总体的20%逐步进入第三阶段的过程。至于我们所在的行业或者所在的项目处于阶段一、阶段二还是阶段三,我觉得大家可以自己去归类,对于每个阶段来讲有些不同的理解。  


简要介绍SLM Solutions,我们是金属增材技术的开创者,从2000年开始开发选区激光技术设备,目前提供多种造型尺寸的设备并提供最多4激光的配置。行业之类引领很多技术路线的推进,比如多激光技术在2001年就推出双激光的280设备,这在行业是非常早的,在2013年我们就推出四激光的设备,非常好的是现在我看到同行都讨论多激光,和两三年前大家对多激光的各种担心相比有非常大的进步,这个多激光路线是非常确定的,我们公司已经非常早地去积累的这样的经验。目前,我们全球有600多台机器的装机量,大概有一千多支激光在世界各个区域在生产,同时我们有超过50项非常核心的技术专利,也是这些专利驱动了我们这家公司从MCP顺利更改为SLM  Solutions的名字。所应用的行业除了国内非常熟悉的航空航天之外,在汽车、医疗、能源以及开放式的打印服务都已经像星星之火、可以燎原,在很多行业有非常多的好的应用案例。我分享一点我感触非常深的大家都不会把自己第一手的科研成果第一时间展示给行业,所以当我们看到很多行业非常好的案例都要往前推4-6年甚至更长的时间,因为他们确实需要这么长的时间储备这个技术研发同时形成产品,到真正形成量产到形成壁垒才愿意去分享,这也是我们判定我们处于什么样阶段的标准,如果我们看到同行的产品开始启动我们这个想法,我们需要知道六年以前同行已经开始这个方面的研究。
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△SLM Solutions 的3D打印发展之路

我们最早的时候做快速原型是从70年代就开始,但是这个技术真正萌芽期大概在2000年左右,1998到2002年我们叫SLM这个技术的萌芽期,这位老先生70多岁,他告诉我当时做出来第一台可以用激光器去加工实体的方式时,它加工一立方厘米的小块,最开始的时候他打了两三天,非常慢,几乎没有工业价值。随着技术不断进步,到后面大功率激光器的引入,不断发展的激光技术也快速应用到这个行业,所以在2006年,2007年已经开始使用400瓦的激光器,也是行业内第一家开始进行铝合金和钛合金的3D打印的厂商。2006年到2010年这个阶段整个行业我们叫技术的成长期而这个成长期获得很多科研界的认同,和增材相关的文章大家会发现增材制造技术在这个阶段不再作为一个概念,而是确实很多学者和机构深入研究这个技术所打印的实体,我们看到大量报告去证明 它的性能能够超过铸造甚至能够接近达到锻造的水准,而且这样的性能具备工业价值。也就是说2000到2005年是技术萌芽期没有什么工业价值,2005-2010年在科研上得到认同这个东西在实体可以用,但是还是面临很大的挑战就是效率极低、成本极高,美国GE公司2008年开始有小团队尝试这个技术完全是对于技术研究角度,然后在2010年成立专业团队,那个时候东西是好的,但是成本太高。
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△SLM Solutions 设备概览

进入到2010年-2015年我们认为这是行业真正能够飞入寻常百姓家大家认知的阶段,非常典型的代表案例包括对奥巴马作为国家战略去宣传增材制造,包括多激光的技术也让很多的工业用户发现这个技术不但做的东西可以,而且它的效率还有倍增可能,而倍增可能带来成本的降低,成本降低意味着我们可以有更多的产品享受这个技术所带来的优势。这个阶段是工业接受期。我刚才在那张图片展示很多的工业企业起步的时间差不多都是2010-2015年进入这个行业,尝试使用这个技术,即便他们认为今天的成本或者效率不能够满足我的批量化要求,但是随着技术进步,它一定是能够让我们充分应用它,而这个时间可能会非常快。在2016年以后推出了800设备,就是第二阶段到第三阶段的转化,我们推出很多工业化的配置,后面会有一个视频和大家分享,工业化的视频是为了储备一些前沿的企业和产品能够进入批量生产能够不再只在实验室,而是作为生产工具,还有很多科研和研发工作要做。这是作为解决方案的提供商我们对增材方案的理解和实践行动。

SLM Solutions核心价值首先我们是这个技术的发明者,也是引领多激光设备的驱动商,同时这家公司非常专注的一点是这个技术一定要进入大批量的工业生产,才认为是这个技术的成熟期,可能和一些友商相比有一些分歧和不同的认知,但是我们坚定认为合理的效率和质量,合理的成本能够得到大范围的应用才是这个技术真正的春天,我们现在只是在孕育春天的到来。为了满足这样的效率和质量,我们是行业最早使用双向铺粉,我们最早突破多激光搭接区的衔接,同时在使用过程把系统安全作为系统非常重要的一部分,后面我会讲到系统安全,就是我们可以保证金属粉末在整个循环周期内不会接触空气,在密闭的惰性气体保护氛围去工作,无论是健康还是系统的稳定性都是根本性的保障。同时还有一点,我们所有的材料和供应参数是完全开放的,开放的原因是什么?开放的原因是让更多的同行能够更快、更好地利用这个技术,同时在应用领域中要开发出更多的应用场景,这样这个技术才可以得到真正的推进和发展。
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△SLM Solutions 拥有多项核心专利

专利这几个都是局限着目前金属增材往更快的效率或者更大的尺寸发展的非常核心的部分,包括铺粉速度,包括大叠区扫描以及维持整个舱室的清洁。我们所提供的设备目前来说从最小的125到最大的800,在右边图上可以看出尺寸不断变大,当然在不断变大的过程中也辅以成形效率的不断提升,成形效率不断提升来自于更多的激光以及更好的管控。同时作为工业化设备 做一个非常小的东西是非常容易的,但是做大的东西难度会逐步提升。随着多激光和数量增加效率也会逐步提升。同时我们大量提供质量监控的系统,我们可以监控到每个熔池的数据,全部形成数据的综合体。

还有安全的粉末处理。我去过很多同行工厂,我看到很多还在用手筛,这是不安全的,不管是员工健康还是产品质量,甚至会影响到设备的稳定性。进入工业化阶段,除了设备之外还开发了很多生产级的工业化的周边配置包括全自动闭环的供应系统,还有全封闭的拆件站,打包好要在保护的环境取出来,还有持久过滤器模块PFM,不需要天天换滤芯。我们的800已经可以满足很多大型工业化制件生产,尺寸已经到了850的高度,可以完成很多高质量的生产,尺寸做到之后同时稳定生产,这是800的独到优势。我后面有一个简短视频给大家看一下。

当设备越来越大的时候,对于整个缸的处理和搬运会变得越来越难,而就需要自动化的机械装置实现这个操作。零部件打印完成对于缸的处理,完成以后这个缸就可以非常清洁地把这个零件取出来,这个粉末也得到完好的系统回收。这样一个简单的生产环节就结束了。
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最后给大家发一个彩蛋,我刚才反复强调效率的问题,我们在今年11月份会发布下一代600系列的机型,新机型会比今天的效率再提高3倍,估计会有超过10个激光,这么多个激光会达到什么效果?这是我去年在德国展会放的两个样件,左边是铝合金整板的架,实际打印时间据说不到两天,右边是飞机发动机的压气机的机匣,打印重量接近80公斤,我们打印时间是一个星期以内,最低几天时间,目前还不方便分享太多。当我们要打印的工件尺寸和重量变大的时候如果还是使用一个激光、两个激光,打印时间可能要长达一个月甚至更久,那你很难去控制它的应力、变形;也就是说不光尺寸要大效率还要高,才能稳定的把高质量的东西生产出来,过程中就需要更高的激光或者更高的效率完成,我们认为这一台机器有可能会成为整个行业的第一台具备真正工业化生产效率的机器,也希望大家关注我们公司的一些新闻,到今年11月份可以去看这台机器的发布,这确实会再次引领整个行业的技术进步。

作为增材技术的开拓者,我们尽可能不断提高它的效率和质量,来满足工业化生产的需求,这也是我们这个公司的愿景,希望我们下一代设备真正带领金属增材制造进入大批量生产。

我今天要分享的就是这么多,谢谢大家。




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