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访谈:处于技术变革中的增材制造及应用前景
材料来源:ACT激光聚汇          

文/LFWC

图1:Fraunhofer ILT的Tim Lantzsch博士(左)和奥钢联的Stefan Leuders博士(右),讨论了金属增材制造技术的当前发展趋势。从长远来看,这些趋势有可能改变工业生产。(图片来源:Fraunhofer ILT)

增材制造,特别是金属3D打印,已经从一项有前景的技术发展成为了工业生产中的一种重要生产工艺。工厂工程、航空航天、汽车和金属加工等行业正面临着技术转型,这种转型将对设计、生产和可持续发展产生深远影响。

在本篇访谈内容中,奥钢联增材制造中心技术与创新主管Stefan Leuders博士,和德国弗劳恩霍夫激光技术研究所(Fraunhofer ILT)激光粉末床熔融主管Tim Lantzsch博士,讨论了当前增材制造技术的发展趋势,分析了市场中存在的机遇和风险,并介绍了哪些行业可以从增材制造中受益。

Q:很高兴邀请到两位行业知名专家就3D打印的未来进行交流。请谈谈增材制造的当前发展趋势,以及您觉得哪些发展非常有前景?

Tim Lantzsch:我看到的一个重要趋势是,材料和应用正在越来越多地适应增材制造的具体要求。迄今为止,增材制造中使用的许多材料最初都不是为增材制造工艺而开发的。我们还看到,尽管目前增材制造技术的使用成本昂贵,但是通过降低成本和专注于特定的细分应用市场,可以更清楚地突显这项技术的附加值。

Stefan Leuders:增材制造的当前趋势主要集中在如何更全面地应用该技术的具体优势,当然也要更好地利用这些优势。一个不同以往的现象是:人们越来越愿意重新思考长期的开发方法,而不仅仅是单纯地考虑用这项技术制造新产品。对我来说,增材制造不是为了取代现有的流程,而是通过其增加产品效益。

Q:“太昂贵”是我们经常听到的与增材制造相关的一个词语。在增材制造技术应用中,您遇到了哪些经济挑战?

Tim Lantzsch:主要的经济挑战在于系统和材料的高昂成本。这些成本在很大程度上决定了组件的价格,在这方面仍然有相当大的优化空间。此外,尚未普及的工艺可靠性是一个特别重要的因素。我们正在努力将增材制造从一种专业的小众技术,发展成为一种强大且广泛适用的技术,使其在大规模生产中也显示出竞争力。

Stefan Leuders:一个关键的经济因素仍然是成本问题。我们看到系统成本的变化越来越大,材料成本在系统总成本中的占比在增加,这也增加了降低成本的压力。因此,如何降低增材制造工业应用的成本,仍然是决定未来增材制造技术能否开辟更多应用领域的关键因素。

Q:在您看来,增材制造的潜力和局限性各有哪些?增材制造能为我们实现可持续发展带来哪些帮助?

Stefan Leuders:增材制造能为可持续发展提供巨大潜力,因为它可以大大减少材料的使用量。与减材制造工艺相比,增材制造只熔化建造组件实际需要的材料。在后期使用阶段,增材制造也具有一定优势,例如能够降低铝压铸件或注塑成型件的废品率,这是通过具有保形冷却的增材制造工具实现的。

另一个重要的方面是,增材制造会使工具和部件的维修和修复更加容易。这可以显著延长产品的使用寿命,从而减少资源消耗。当然,增材制造也存在一定的不足,由于该技术在工业应用中仍然相对较新,因此仍需要优化自动化和过程可靠性。

Tim Lantzsch:增材制造的潜力主要在于它能够创建复杂的几何形状和量身定制解决方案,这在传统工艺中几乎是不可能的。当然,有针对性地使用材料,只加工实际需要的材料,可以显著减少资源的消耗。当考虑产品的整个生命周期时,这一点尤其重要。然而,我们也必须记住,材料的生产和加工是能源密集型工作。此外,目前将增材制造工艺整合到现有的生产流程中通常比较困难,因为增材制造仍然被视为一种独立的技术。

Tim Lantzsch博士和Stefan Leuders博士一致认为:航空航天业是当前金属3D打印发展的受益者之一。制造小批量和高复杂性的轻质高性能组件,已经成为增材制造的优势之一。

Stefan Leuders博士强调,增材制造具有提高可持续发展的潜力,特别是通过维修和修复工具和部件。维修和修复部件和工具的能力,是未来循环经济的一个关键方面。

图2:通过金属3D打印制造的航空航天部件。(图片来源:Fraunhofer ILT)

Q:增材制造目前还面临哪些技术障碍?您正在进行的研究重点关注哪些方面?

Stefan Leuders:对我们来说,一个关键点是开发新的工艺路线,以满足客户的技术和经济要求。以这种方式制造的组件和工具的设计和布局,也起着重要作用。此外,奥钢联的增材制造当然与“材料”主题密切相关。在奥钢联集团内部,我们正在大力开发新材料及其后处理,以充分利用增材制造的技术潜力。

Tim Lantzsch:增材制造目前面临的最大技术障碍之一是材料的多样性。目前使用的许多材料最初并不是为增材制造而开发的,这往往会导致质量和性能方面的妥协。因此,我们正在与材料制造商合作,加快增材制造新材料的资格认证。

在Fraunhofer ILT,我们还致力于提高工艺可靠性,进一步开发现有系统,以便可以更稳定、更有效地使用增材制造工艺。另一个主要话题是流程的标准化,以确保大规模生产中的质量一致性。

Q:增材制造行业正在缓慢地发生着诸多变化,那么谁将是增材制造技术发展背后的赢家呢?

Stefan Leuders:长期赢家是那些准备对新技术进行战略性投资、并同时应对相关不确定性的公司。最近的突出例子可以在航空航天和医疗技术领域找到。然而,对我来说,这不仅仅是一个经济资源的问题,有时也是一个企业的文化问题。

另一方面,严重依赖成本驱动的大规模生产的行业和公司,对增材制造技术的采用相对困难。此外,增材制造在工具制造方面的应用,会多于制造最终产品。

Tim Lantzsch:确实,增材制造技术发展背后的明显赢家,是依赖定制、高度复杂组件的行业,这些行业可以充分利用增材制造提供的灵活性和设计自由度。在航空航天和医疗技术领域,增材制造为优化组件提供了巨大机会,同时减少了组件重量和材料使用量。高端汽车工程和赛车运动也将受益于增材制造带来的可能性,特别是通过生产更轻、更强大的部件。


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