中科煜宸邢飛:《金屬增材制造裝備的發(fā)展現狀及未來趨勢》

南京中科煜宸激光技術有限公司董事長邢飛:《金屬增材制造裝備的發(fā)展現狀及未來趨勢》的主題演講。南極熊3D打印網小編現場聆聽了專家們的演講。下面是現場速記的文字記錄。

邢飛：感謝大家，最后一個發(fā)言，希望我的報告能夠在最后的時候給大家留下一點印象，也歡迎大家會后能跟我有更多的交流和溝通。
    今天講了很多報告，有很多國外的報告，講了很多裝備方面的內容。我今天的報告是我把增材制造裝備的看法跟大家分享一下。
   
3D打印是一種從離散到堆積的過程，是通過數字化技術，把離散的技術通過堆積變成了一個場景，可以覆蓋到很多領域，當然它的過程也非常復雜。
   
（PPT圖示）這是上午都講到的，整個過程發(fā)展非常快，而且市場前景非常廣泛。3D打印應用行業(yè)非常多，從教育行業(yè)一直到軍事領域的應用，非常廣泛。3D打印行業(yè)目前有很多泡沫在里面，實際上3D打印這個技術目前還有很多需要提升的地方，而且整個產業(yè)鏈條還不是很清晰，哪一條技術路線會走到最后也不是很清楚。而且隨著國家的投入，整個產業(yè)會逐漸清楚，長尾效應會出現。
   
我們是做金屬打印的，所以我想重點把金屬打印的技術路線和發(fā)展趨勢分享一下。

3D打印有很多路線，包括FDM，包括電子束的打印，包括電弧打印，包括鋪粉技術，所以3D打印技術很多種。一個3D打印以技術打印為主，它的產量是怎么構成的呢？首先材料很重要，3D打印材料對3D打印發(fā)展是至關重要的條件。中科煜宸有七個院士團隊是做材料的，致力于改變目前3D打印材料的現狀，我們用四種技術，從鈦合金、高溫合金等等材料上解決3D打印制粉問題，包括創(chuàng)新設計，對3D打印都非常重要，尤其是如何結合等材制造條件進行拓撲設計也非常重要。第三塊是融合了工藝大數據軟件，這塊非常重要。再一個是增材制造裝備的批量制造，要求我們的裝備更穩(wěn)定、更可靠、更安全、更健康，而目前的設備也是非常大的一個短板，包括后處理工藝，包括融合制造，包括整個設備的檢測。所以從這些緯度來講，3D打印還有很多技術領域需要快速突破。

但是我們把3D打印單獨拎出來之后，我們從三個緯度來看。首先是能量源，一個是激光的，包括電弧、電子束、激光。當然未來有人提出來增減3D打印裝備，現在3D打印融合了鑄、鍛、洗等等，這可能是未來3D打印發(fā)展的趨勢。但是這里面核心點是取決于材料端，取決于材料的顆粒大小包括科技要素。
   
鋪粉打印機現在發(fā)展非�？焖�，為什么快速？其實道理很簡單，因為鋪粉打印機技術產生了30年了，而且技術相對很成熟，一般都用激光器或者是相關的軟件。但為什么中國鋪粉3D打印機使用這么少呢？原因很簡單，三個方面，第一是刮刀，我們能不能保證我們的刮刀質量，刮完之后厚度是一致的？第二個因素，整個設備，不管是什么軟件，它們有自己的工業(yè)數據庫，我買了它的設備，用它的材料，可以很快速的，很傻瓜式把材料打印出來。但是中國很多企業(yè)，我們買了之后沒有數據庫，所以使用的時候往往不如國外的好，因為缺乏數據庫。第三，整個設備的安全性、可靠性，在核心層面的制造，比如能不能對光束可調？國外可能有，國內沒有，所以造成了我們細節(jié)方面不如別人好。
   
所以SLM有很多方式，包括典型材料，包括Laser等等，不同的3D打印設備有各家不同的特點。比如德國的EOS，有更優(yōu)的工藝軟件，在國內市場現在銷售了200多臺，量是最大的，而且客戶反饋還是不錯的。再比如Concept Laser，但是大尺度的打印機對不對？我個人認為不一定，使用率很低，良品率很低，大件可以分塊，送粉連接，所以大尺度的打印我不認為是未來的方向。

我們去年在杭州展出上推出了2KW的SLM打印設備，我們自己也打了一些件，發(fā)現雙振鏡打印機還是有一定難點的。

第二塊也是中科煜宸的優(yōu)勢，我們在送粉打印市場，在國內80%以上是我們提供的。粉適合于高效率、低成本，打印大型構件，可以用在整個零件的表面強化，或者激光再制造，也可以用在零部件快速制造方面，而且適合大型構件，整體粉末利用率比較高。所以這個技術得到了快速應用，它有很多優(yōu)點：第一可以定制化，第二可以實現在線檢測，而且我們有自己的工藝數據庫。
   
再來看一下國外，包括EFESTO公司，包括Optomec公司，都是比較早的公司，給大黃蜂打印部件，目前我們做的承載效率是700立方厘米每小時。我們公司的產品分幾種，一個是1米以下的，這款產品面向的是航空發(fā)動機，因為航空發(fā)動機大部分是1米以下的。第二個是1500，像航天領域，因為航天領域很多導彈這個尺度就夠了。再一個是面向航空領域定制化的設備，有3米多的，有4.5X4.5米的，當然有些買了我們的設備稱自己做的，沒關系。功率從16000瓦到12000瓦，多種功率搭配，而且使用我們自己的軟件和數控系統，實現了設備無人化。
   
還有電子束打印，GE收購了瑞典的ARcam公司，包括西北有色金屬院等等，都有電子束打印。

   

再有是電弧打印，電弧打印我認為是一個非常重要的方向，因為它打印成本很便宜，非常低廉的路線，但是它的難度比較多。因為電弧打印，如果保證自件的高質量，以及設備的高穩(wěn)定，所以要求難度比較高，它適合毛坯件打印。   
   
我們是在前面為北京理工大學提供了一臺帶氬氣保護的3米X1.5米的設備，主要是打印坦克的整體零部件。包括增減材復合設備等等。我們在過去兩年多，我們跟大連合作伙伴提供了三套設備，難點是增減軟件方面，目前還是分離式的，目前還是需要提升的地方。
   
第三是應用領域。一個是航空領域，3%航空重量可以使用3D打印技術，應用非常廣泛，從起重架，包括支撐件、支撐梁等等。航空發(fā)動機也比較多，從整體液盤，包括機匣等等。包括醫(yī)療行業(yè)的應用，比較多的應用是植入物。包括汽車領域應用也比較多。包括模具的打印，模具未來電弧增減材應該是很好的方向，因為它的成本比較低，把減材和增材融合在一起做打印它有比較明顯的優(yōu)勢。包括創(chuàng)新設計，我個人觀點創(chuàng)新設計不只是增材，要把減材先進的連接技術，包括摩擦焊、鉚接等等融合在一起才叫創(chuàng)新設計，它是對整個制造有幫助。所以不是單一的工藝，是融合的ME，來實現產品的快速制造。
   
最后談談我對金屬打印進行的思考。我們雖然不預測未來，但是談談我的分享和思考。

   

3D打印技術約束因素很多，分兩類參數，一類是過程參數，一類是環(huán)境參數，很多參數影響打印過程。但是我們怎么實現快速高效打印，保證制件的產品質量？制件缺陷分幾種，一個是冶金缺陷，包括應力應變，通過在線檢測，包括反應控制，可以保證增材過程中的穩(wěn)定性和可靠性。但是難度也比較大，中科煜宸已經實現了接近40個信號參數，40個傳感器，我們來保證設備的安全、穩(wěn)定可靠，但是獲取了數據之后，因為大數據首先得獲取數據，你沒有數據怎么分析？大數據建云平臺是很虛的，所以我要在線獲取數據，獲取數據才能分析，分析之后指導我的工藝策略。工藝策略分兩類，第一根據產品特性分區(qū)，在每個區(qū)域內進行優(yōu)化，這是把很多院士的思想變成很多人工智能的算法，最終才能實現3D打印裝備的大眾化。比如我們買了中科煜宸的設備，但對不起，我不會用，我得從北航、西工大等等招聘幾個博士生過來拿材料做實驗，實驗完了之后才能打印東西出來，如果都這么做3D打印不可能起來，也不可能大眾化。首先，這個設備應該有自己的數控系統，有自己的大腦，一個大學畢業(yè)生或者技校畢業(yè)生就可以打印出來，這就是基于一套人工智能軟件，它有很多工業(yè)設計，就像人工大腦一樣。我們有，但還不是最終版，我們會進行升級，我們希望升級完之后真正使這個設備在行業(yè)內推開，能夠使這個設備大眾化。其實今天有很多分享，很少有人講到算法的細節(jié)，我覺得這不太好。
   
第二步，有了這種算法之后我怎么去打印它？是直接打嗎？不是的，我這里有模式識別、神經網絡，有一些算法和策略，這些策略就是經驗，這個經驗形成了算法和軟件，才能使設備更加傻瓜化、智能化，包括結合制造約束條件進行創(chuàng)意設計。
   
最終這個軟件是這樣的，有計算機推演學，有人工智能，有摹刻數學，有PID，這個系統才能保證設備的智能化。最開始我們買一臺激光器，我們來做激光的修復，簡單的激光熔覆，或者簡單的3D打印技術。最后結合人工智能軟件這個設備就是智能的設備，有人工智能，有模塊，有數據，人很少參與。當然還有很多新的路線，比如噴射流技術，比如金屬打印技術，所以還有很多新的技術路線。

最后介紹一下我們的公司。中科煜宸2013年成立，目前公司有200多人，在設備銷售方面我們在國內產值是最高的，我們有9000認證，也是第四屆創(chuàng)新大賽的總冠軍，江蘇省3D打印中心也在我們公司，目前團隊研發(fā)人員比較多。包括總書記、萬剛部長，包括李強書記都到我們公司調研過，包括很多院士都來調研過。

我們總部在南京，今年8月底我們沈陽院建設完成，我們面向航空領域提供航空產品。因為剛才提到了，通過產品不斷提升我們設備的性能。我們在安徽有基地，是做再制造的，面向一般工業(yè)，目前寶鋼所有設備都是我們的，包括山東能源、徐工。我們在貴州也有基地，是面向軍工企業(yè)做航空的3D打印和維護。

   

這是南京的基地，目前正在建設的一個4萬平的南京基地，安徽1.6萬平米，沈陽1.6萬平米，到目前將形成8萬平的研發(fā)制造基地，在國內應該是最大的。
   
我們分幾塊，一個是快速制造技術或者叫3D打印技術。第二塊是先進連接技術，是以激光焊接摩擦焊為主的技術。所以首先我們以研發(fā)為主體，從材料端、設備端、工藝軟件端到整個應用端的研發(fā)路線。在增材制造方面有金屬3D打印裝備，有激光再制造裝備，還有很多核心器件，包括CAM軟件，包括在線軟件系統、傳感器，我們的加工頭送粉器達到了100%國產化，除了大功率激光器，材料方面我們也在自己做。

送粉打印方面，我們分為高校版的，高校版是面向學校的，因為送粉設備比較貴，所以我們做了相對比較便宜的高校設備，但所有功能都是齊全的，包括軟件和在線監(jiān)測都是有的。包括面向航空發(fā)動機的8060，這是標準款，非常成熟的產品，已經銷售了幾十套了。1500是面向航空領域的，這個產品也賣了很多套了，包括大型3到4米的，也賣了很多套了，都是非常成熟的產品。
   
（PPT圖示）這是以6060面向航空發(fā)動機可以做很多部件。這是最早給北航的設備，包括五洲的設備，也是我們提供的。
   
鋪粉我們有250和400兩款，目前因為競爭很激烈，不作為主要產品，這塊都是我們自己用為主，并不對外進行銷售。
   
電弧打印設備，分兩種設備。
   
FDM我們也做，我們的安徽公司在做，現在已經覆蓋了40多所高校，200多所中小學，以教育培訓和實驗室為主，這塊做的也不錯，年銷售產品接近1萬臺，在國內量也是比較大的。
   
這是在很多學校，包括南京大學、東北大學，在很多學校做的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地以及實驗室。
   
第三塊是激光再制造，這是一個成熟的市場，來替代電鍍噴涂，目前我們在推出一款超高速再制造，超高速再打印�，F速度可以達到100米每分鐘，打印精度可以達到鋪粉的打印精度，所以不一定非大尺寸。目前超高速這方面訂單比較多，打印表面非常光滑，而且速度非�？�，非常高的效率。也歡迎大家到我們公司調研這個產品，這個產品在一般工業(yè)上會取代很多傳統的方法，包括電鍍、噴涂、電焊，這個訂單量非常大。當然方法有很多種，有機器人的、機床類的、龍門結構的等等。面向很多領域，包括航空再制造、石化行業(yè)再制造，包括電力行業(yè)再制造，包括冶金行業(yè)、鐵路行業(yè)、礦山領域。也可以做現場的修復，比如這個軋鋼牌坊壞了，或者比較大，100多噸，可以到現場來修復，現場打印。目前寶鋼、武鋼、馬鋼、鞍鋼都是我們的客戶，現場修復我們基本上包了。包括模具的修復以及很多應用。
   
最后談談云，剛才很多人講到云，我們是能夠可知的云，我們設備上有很多傳感器，真正把數據獲取回來。當客戶購買我們多臺設備的時候，我們會真正達到云制造平臺的概念，這些東西我們都是有的。
   
從客戶端到配送、設計、制造。我們的數據庫管理軟件，如何使3D打印應用更加大眾化，不是非得專家來使用這個設備。我們的在線監(jiān)測設備，包括激光器、送粉器、加工頭，含氧量、含水量，包括設備運動所有參數的獲取和檢測。比如溫度過高或者氧含量過高，或者粉塵濃度高會有報警，我們分紅燈、綠燈、黃燈，這個問題我們完全解決掉了。包括工藝數據庫，真正通過在線把很多工藝和材料提取出來，為什么用自己的國產軟件做呢？你打印哪個軟件，我可以知道用的哪個參數，這還有安全嗎？所以一定要有自己的數據庫管理軟件。3D打印行業(yè)，我倒希望能夠把心沉下來，故事少講，把產品做好，把核心技術做好，你的產品就會好，不一定非得老外的東西就會好，我們的數碼打印國際上沒有對標的，沒有辦法抄襲別人，都是我們自己研發(fā)，不像鋪粉可以看看別人怎么做的。
   
包括送粉器，在國內銷量也是最大的，我們的送粉器超過國外的送粉器。我們的加工頭，國外6千瓦以上激光溶覆頭是不存在的，這塊很關鍵，保證我們材料的可靠性。包括材料，也希望這塊未來跟很多單位有合作。
   
焊接自動化，從ME制造工業(yè)相關，不是3D打印一種技術能夠解決問題，還包括激光焊接技術，很多核心器件，是一起構成了創(chuàng)新設計。我們也分很多種，包括固定是龍門設備，頭也是我們自己做。
   
（PPT圖示）這是我們給625所做的激光焊接，包括高鐵轉向架的焊接，很多人說高鐵轉向架3D打印，實際上沒有必要，多貴？所以很多概念不一定準確，是偽概念，實際上是一種融合結果。包括核電的制造，也不是全部用3D打印來做，一部分用3D打印技術來做。包括我們給美國西部材料提供的設備，生產半導體行業(yè)部件的焊接。汽車行業(yè)用的更廣泛，現在大家知道未來汽車，未來汽車ES8整個車身焊接設備是我們提供的，我們旁邊是ABB、庫卡，我們的良品率是96%，國外公司良品率是85%。通過這個項目，我們把國內生產汽車的車身接下來了。包括現在特斯拉和交流電機，整個電機整個研發(fā)制造是我們公司完成的，我們提供兩個產線，目前已經量產了，因為都是同步永磁電機。所以這塊都是核心技術的突破，我們通過工藝和產線給制造業(yè)提供解決方案。再到座椅拷貝的染色焊接，包括超高速這塊。
   
目前我們總部在南京，歡迎大家有時間到南京總部交流，到我們貴州基地、安徽基地以及上海基地來參觀指導。目前所有基地加在一起有400多臺設備，這里面的設備包括10000瓦光纖激光器，12000瓦的DSK（音譯）激光器，10000的半導體激光器，這些激光器的功率在國內也是最高的。我們各種平臺都有，我們是把研發(fā)放在第一位，所以是跟客戶一起成長。
   
最后感謝大家，希望我這個報告比前面的更加有營養(yǎng)。謝謝。