你是否知道全球第一臺商用的金屬3D打印機來自德國利希滕費爾斯;你是否知道當減材制造(金屬切削)還在探索自動化的時候,金屬材料的增材制造(3D打印)已經小有成果;你是否還知道2015年在全球制造業、經濟均步入增長趨緩甚至驟停的時期,有一家“德國制造”全年業績增長54%!而你又是否知道3D打印不再僅是停留在研發階段的產物,為適應市場需求生產式的3D打印機正在興起……——這就是Concept Laser,一家專注于金屬3D打印機超過15年的企業,他們開創了金屬3D打印機的多項先河,并還在不斷描繪未來。
在2016年4月刊中,本刊的《激光技術推動工藝和產品創新》一文里就曾提到,早在2013年刀具制造商MAPAL開始了激光熔融工藝的開發,并與Concept Laser公司進行合作,于次年憑借激光熔融工藝(3D打印)制造鑲片內冷卻麻花鉆頭OTD系列以及液壓膨脹夾頭等。想來利用3D打印技術進行生產的模式已經暗潮涌動。那這究竟是否會在未來成為趨勢?
在前不久的2016 TCT亞洲展期間,本刊記者首次采訪了這家有點兒“傳奇”色彩的增材制造領域的大咖,公司區域銷售經理Gary Ding向我們揭秘了Concept Laser公司的發展足跡,以及未來在金屬3D打印機市場的抱負。
Concept Laser 中國區負責人Gary Ding 先生
在2016 TCT Asia上海展現場,并接受了記者的采訪
從塑料燒結技術到激光熔融工藝的堅持
Concept Laser公司成立于2000年,2001年研發出世界上首臺金屬3D打印機,這也是全球第一臺投入商用的金屬3D打印機M3 linear。其實早在公司成立之前(1998年),Concept Laser公司的創始人兼執行合伙人Frank Herzog就開始研究LaserCUSING(激光熔融)工藝,他始終認定如果材料燒結的模式在塑料上可行的話,那么在金屬上
也一定能夠做得到。在工藝研發的初期,部件中的應力和不能完全熔融的金屬粉末是Frank Herzog要面臨的最大的兩項挑戰。然而經過不懈的努力,通過隨機照射(智能曝光)技術和固定激光發生器的引入,使得這些問題都得到了解決。
據Gary介紹,和傳統的切削加工工藝相比,激光熔融工藝的優越性使其在許多領域都可以很好地應對加工環節中所要面臨的現實挑戰,從而成為解決這些問題的不二之選。在數字化時代,對于加工領域的專家而言,增材制造技術的特點主要體現在自動化程度高、加工速度快、質量好、材料多樣性和生產環境友好性等多個方面。最后,應用在數字化過程鏈上的增材制造技術也是對“工業4.0”戰略的一貫落實。
經過16年的發展,如今Concept Laser已占據全球領先位置,其加工解決方案涵蓋小型設備(50 x 50 x 70mm3)直至世界最大的同類型設備(800 x400 x500mm3)。Gary介紹說,現在Concept Laser的設備在全球的保有量超過570臺,其中有超過50臺在中國裝機。歐洲依然是其最大的市場,約有超過360臺的設備扎根。從Gary展示的公司成立至今的發展數據中不難發現,在2013開始Concept Laser公司可謂駛入了高速發展的快車道。這一時期,也正是傳統制造業開始將3D打印作為補充進行協同研發、制造的起步階段。
細數公司發展中的里程碑時,Gary坦言Concept Laser的每一次創新和變化都好比市場的風向標。譬如2012年推出了全球最大的金屬3D打機設備X Line1000 R,其構建尺寸能達到630 x 400 x 500mm3,該系統的核心部件是弗勞恩霍夫激光技術研究所(ILT)開發的1000W的激光光學系統,就組件大小和構建速率從400W到1000W無疑是一個巨大的跳躍。X Line1000 R目前仍然是金屬3D打印機領域最大的設備,除此外,Concept Laser還推出了它的更新款產品X Line 2000 R。
從研發階段到批量生產 3D打印被重新“定義”
在3D打印領域,現在已經從研發與制作樣件的階段步入到批量生產、量化的階段。“在這一過程中,客戶的新需求也隨之而來——重視質量監控。比如我們通過傳統工藝生產的部件,可以使用各種檢查方案來批量化檢測。但用激光3D打印,則會因為每個工件的激光功率的差別,無法保證每個件的質量完全一樣。”Gary解釋道,而對于醫療行業中的一些敏感的部件,一旦工件不合格則無法使用,但你又不可能將每個零件都進行疲勞測試。“所以我們研發了‘QM’(質量監控)的模塊——確保在打印過程中,時時監控、確保所打印的工件是合格品。QM帶來的里程碑式的意義在于,令Concept Laser完成了從樣件制造時代邁向批量化生產時代必備的要求。”
正是因為對于生產需求的不斷呼之欲出,一種全新的機器和設備架構— —“AM Factory of Tomorrow”方案又再一次令Concept Laser公司成為業界矚目的焦點,同時也預示著增材制造技術將在質量、靈活和效率等方面達到一個新高度,其設備在生產環境中的模塊化集成方式通過全新的過程組件架構方法也將開創業界先河。“AM Factory of Tomorrow的精髓在于能將生產從構造任務的準備、跟進以及增材制造過程分解到任意可組合的模塊當中,通過相對較大的構造空間可以在不同的時間內執行不同的構造任務,從而大幅度降低此前孤立設備的‘停機時間’。”這種新的生產方案蘊藏著巨大地用于改善生產鏈中附加值的潛力,相比之前方案中純粹的設備數量疊加方法,很好地解決了占地大、效率低的問題。
Gary表示“AM Factory of Tomorrow”是一種能讓工業批量生產更進一步的全新方法,將生產與準備過程實現“技術設備脫鉤”。增材制造生產的時間窗口將提升至“24/7水平”,所有組件都將具備更高的可用性。自動化的物料流將明顯減輕操作人員的壓力。通過接口可以將激光熔融設備集成到傳統的CNC技術設備中,這對例如混合型部件以及下游工序(后處理 / 精加工)來說,都具有重要意義。據悉,這一方案將在2016年進行全面推廣。
多項首創 金屬3D打印世界精彩無限
從截止目前Concept Laser在全球的裝機數量不難發現,金屬3D打印市場的趨勢還是以歐洲市場為主,“但是亞洲市場正緊隨其后,并極有可能在未來幾年有機會趕超。”在亞洲市場現有的106臺Concept Laser設備中,差不多一半安裝在了中國。“我們的品牌在中國屬于口碑式企業,于2011年通過代理商正式進入這一市場。當時我們設備的主要應用領域集中在牙科和醫療領域,且在中國市場的占有率還是很偏高的。”Gary透露,中國有兩大家醫療骨科領域的巨頭都選擇了Concept Laser的設備,這為這兩公司的研發和產品升級帶來了莫大的幫助。“一般取得醫療許可需要等待的時間較長,大概三至四年,加上這又是一個新興的領域,所以未來會有一個爆發式的增長,只是目前還處于市場的潛伏期。”
專注于彈性椎間盤植入物加工的意大利Tsunami Medical Srl 公司就得益于Concept Laser的激光熔融技術。LaserCUSING的增材式金屬激光熔融法在人體“脊椎籠”的生產應用,可以很好地保留鈦和PEEK 方案中的優勢而消除兩者的劣勢。現在,采用金屬激光熔融法制造出的鈦材質部件可以同時擁有生物兼容性和所需的塑料彈性。其制成的脊椎籠擁有復雜幾何結構的同時,卻無需后續處理即可保證最佳的表面結構。
中國的發展速度很快,但現在航空航天領域還處于起步階段,所以對大型設備需求還不像外國市場這么大,“目前中國市場的需求還是在中型設備方面,但能慢慢感受到對大型設備需求的轉變,當然這些主要是來自于客戶觀念的轉變。因為如果客戶要從傳統加工方式到更高級的加工方式來解決他們的問題,就需要不斷學習,緊跟市場發展。同時,值得欣慰的是中國方面的扶持力度非常大。”
未來,無論是中國C919大飛機項目,還是波音、空客等都會將部分產線在中國進行本地化,屆時中國航空市場將掀起新一輪的熱潮。而在航空領域,Concept Laser擁有絕對的話語權。前不久,Concept Laser憑借在航空領域成功應用的3D打印技術——空客 A350 XWB 的連接件采用 3D 打印的生產方式——入圍了“2014 年德國經濟創新獎”的最終評。評審團的評定意見:這種跨行業的開發形式,徹底改變了飛機構件的制造方式和民用飛機的“輕量化”途徑。在飛機制造過程中,若要實現規模效應,每一批次產品生產規模的大小比大批量生產更為重要。而采用激光熔融技術無需高額的鑄模投資成本和模具成本。此外,激光增材制造方法還可提供比常規制造方法更高的造型自由度。像制作凹槽和內部的通道,例如冷卻通道。在航空工業中,飛機制造商已經在考慮用該工藝生產電子設備的冷卻元件和智能的液壓部件。未來3D 金屬打印可實現“仿生”飛機構造和輕量化結構。
正是這首款“打印”出來的航空鈦合金連接件,令Frank Herzog 先生和他的兩位項目合作伙伴一起被提名為“2015 年度德國未來獎”的候選人。該獎項是由德國總統設立的科技和創新獎項,獲獎者均為工業和科研領域的開發人員,他們通過各種項目和創新計劃,以特殊的方式維護了德國作為創新基地的地位。Frank Herzog 先生的提名可謂實至名歸。
采訪的尾聲,Gary坦言,“專注于金屬3D打印機的Concept Laser公司還只是一家小公司。盡管我們的設備好,但市場銷售網絡還需加強,目前主要靠口碑式的銷售。過去兩年,我們在美國成立了分公司,增長非常快。我們計劃今年在中國成立分公司,中國市場會成為后起之秀。中國分公司的職能主要是更好的服務客戶,包括培訓、安裝、零部件的備件,同時配合銷售伙伴,在各領域一起前進。”
當然還有一個很重要的原因,“中國的客戶,無論是哪個領域的,對高新尖科技的求知欲、緊跟時代的節奏,是遠高于其它國家市場的。從最開始的接觸、感興趣、到下單購買設備,整個周期上遠快于日本、韓國、臺灣地區等。當然這也有利有弊,需要將市場實際狀況相結合。”
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