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张丽娟:增材制造技术发展动态,德国Fromnext2024观展分享

在2024增材制造产业发展论坛暨增材制造产业年会论坛上,山东理工大学教授、国家级特聘专家张丽娟女士,做了“增材制造技术发展动态 ---2024 年Formnext Exhibition 观展分享”报告。




    张丽娟:大家下午好,今天特别开心非常荣幸参加咱们年会的盛典,同时上午我也被荣幸的增补为咱们专家委员会的委员。在这里表态一下,我会尽最大努力协助联盟、行业的朋友们做更多的工作。

    今天其实不叫演讲主题,因为上个月正好是现在这个时间,去法兰克福参加了Formnext Exhibition的展会,我相信在座咱们也有很多朋友和企业家朋友去参展和观展,还是大多数没有去过,我就把我看到的和我看这个过程中的一些感想和大家回顾一下。

    我先说一下我自己,介绍是山东理工大学增材制造研究院的执行院长,同时我还有一个另外一个岗位,是在东莞理工学院3D打印与智能制造中心担任首席科学家,所以我有两个3D打印的团队,在工作。

首先给大家说一下Formnext Exhibition这个展会,这个展会原先过去的全称叫作法兰克福国际精密成型及3D打印制造展览会,目前全球最大的也是最重要的3D打印和增材制造相关的展会。咱们国家也是非常重视,这个现在已经有中国版的了,大家知道在深圳我们也有一个Formnext Exhibition,但是我们的这些国内的重要企业也还是会去法兰克福展示自己的成果。

今年的展会就是19日-22日4天的时间,我全天4天都参加了。但是在2018年我是第一次参加这个,我是2017年回国,2018年第一次参加,到现在为止去了4次。所以对这个展会有一些了解,去的目的其实也没有我自己的技术,也没有我的产品,但是因为我搞这个方面的研究,所以特别希望更加直观、近距离了解这个行业,和开发者、使用者和研究者近距离交流,同时争取寻找一些合作的可能性。

这个数量上,这个不是我数的,这个是咱们Formnext Exhibition小册子里面给的数据,今年是有860家展商,其中中国展商100-110之间,因为可能有没去的。这个是法兰克福展览中心的外观,Formnext Exhibition是他的展会是在11日和12日两个展厅展开的。

我就开始给大家相当于直播一下,我照了很多照片,录了很多视频,挑和大家更相关和我自己更感兴趣的和大家分享一下。

这个是美国的,是实际上原来公司改名了,他这个作为一个龙头企业,3D打印的应用企业,但是现在也转成了服务企业,全产业链的,从材料到装备、技术服务不仅服务第一公司,服务全球的,只要可以相关的,包括医疗等等的。

那么我比较关注一个新的技术的发布就是把黏结剂喷射成型也纳入了他们这个主流的打印工艺,这个打印工艺就是黏结剂喷射,但是打金属材料,所以他成熟现在商业化了这个装备,而且打印的部件也已经在产品上得到应用了。

另外我关注的因为我有这方面的项目,大家知道WAAM增材制造,那么这个就是我现在展示的这个片子就是英国一家大学,这个是电弧熔丝增材制造的鼻祖,他们团队展示的孵化出来的一个新成果,他叫WAAM3D,大家看这个规模、尺寸就是打印出来的件已经非常大了,但是其实这个大小是设备上的问题,那么现在开发出双丝的装备,也就是说是多材料打印了,那么这个多材料打印几年前就已经成为预测的方向,但是现在他们已经开始实施了。

这边展示的设备就是双丝的设备。这个又是另外一个多材料的,钢和铜的,这个是Fraunhofer他们联合开发的,能做出来这个多材料的,这个多材料打成大的同时又可以打出右边这个图的芯片,非常小,大的小的都可以打成多材料的,这个也是很值得关注的。

EOS除了聚合物这块搞了面曝光的新的装备,但是金属材料方面,打印机没有什么新的突破,但是在一些智能化过程监测上做了一些工作,比如说粉末床的铺粉质量,高速相机可以形成闭环这样了,重新铺粉这样。所以没有什么在装备上的一些特殊的,但是打印的件这边有铜合金的,大家知道这个不太好打。

材料方面关注到英国焊接材料,配合多材料打印做出了丝丝结合和丝粉结合,丝丝结合就是一个丝包着另外一个丝,丝带着一个芯,比如说钢里面包了铜,或者铜里面包了其他的东西,这个就是复合合金这样的最后形成这样一个结构。然后丝粉比如说想用什么粉强化我这个材料,粉包在丝里面,这个也商业化了。这个是西门子的了,他我不知道这个视频可以不可以放,多功能一体化是有4个功能,第一个功能左边这个图他在增材制造,然后增材制造之后就减材,然后精准测量,精准测量之后再返回,多次精准测量,所以测量精度是5微米级可以达到。

在这个同一个工艺上还可以再做图层,右边这个图现在在减材,然后再测量,然后再测量,全都测量完之后再减材,减到需要的尺寸,然后一会就开始做图层了,增材、减材,测量再减材,多功能一体化的装备,这个主要体现在是控制精准度上,装备控制精准度上。

这个是我遇到了咱们中科煜辰,邢总经理,也是很中心的展位,他带去的大尺寸增材制造装备和一个水导激光加工的,这个也是精密激光方面的展会。这个是还有咱们汉邦的打牙齿的,多激光的装备,也是在展会也是得到很多人的关注的。

那么另外一个大家看NSTM是作为一个标准的测试,美国材料与测试协会,大家知道Wohlers每年都出增材制造报告,他们在那里也宣传,一个宣传标准,另外他们在那里收集信息,收集数据,这样对他写年度报告来做信息准备。

再一个非金属方面的,因为我有陶瓷方面的国家重点研发计划,那么这个是以色列的这样一个公司,主要打芯片,非常小的尺寸的高精度的,最右边那个图是助听器。这个是喷射成型的,材料喷射成型,喷射直接喷射材料,那么他完全实现工业化级的装备,没有实验级全部是生产级,除了打印陶瓷之外,打难熔金属。

这个是法国的,陶瓷打印的装备的一个企业,但是我注意到了他也开辟了金属打印,所以难熔金属右边的那个样品,玫瑰花什么都是用他们自己的3DP工艺来做的,也形成了很好的打印能力和装备。

另外一个也吸引我注意的就是荷兰公司,这个荷兰公司相当于建筑打印,这些都属于一些景观什么的,但是他用的材料很特殊,他工艺基本上是黏结剂,但是用工业废料、陶瓷、混凝土,生物基材料,树皮、竹纤维等等实现打印,打印尺寸大到这个柱子特别高了,这个我做参照物的。

这个是一个英国的,刚才上午咱们德国专家也提到了这个,是新的一个陶瓷3D打印的一个企业,做的陶瓷主要用于过滤技术和过滤装备的一些陶瓷,新材料。那么他的市场占有量已经非常大了,做海水淡化处理的。

这个是奥地利的一个打陶瓷的公司,那么他们也开辟了很多多材料的打印和连续过度。再一个遇到了咱们的广东的有一个很大的展台,是耗材的,金属丝材,但是他们展示很多样品,这里面也赠送小龙,刚才早上说到的。

还有一个比较大的研究机构,这个研究所里我也工作过,他推出了一个同轴电子束的高效、高速打印装备,还有共同推出的超高速激光,那么他们展示的都是一个是打印技术,再一个是装备技术,所以说这个给电子束打印同轴提供了一个方向,效率非常高,没有对准的问题,直接对准。

那么展会除了展览的这些东西之外,还有很多平行的论坛,因为时间关系没有办法分享特别多,也是展会之后6点之后各个很大的厂商都要发布一些信息,还有展示一些未来的技术的一些东西,我尽量都参加了。

这个就是当时我给大家分享我的观感,整体来讲这个展会规模有增大,但是速度没有我们中国市场增大速度那么快,这个参展商的。金属材料相关的仍然占绝大多数,无论是材料装备还是后处理等等,而且刚才我刚才讲的例子打陶瓷的也在进入金属,包括过去也就是打陶瓷的现在打难熔金属,所以金属3D打印市场巨大的,还是应用场景在不断扩大。

虽然是仍然以粉末材料为主,但是像刚才看到丝材,还有多材料,这个多种工艺打印齐头并进的,在这个情况下。

那么激光粉末床方面,大尺寸多激光仍然是重点,原来的问题现在不是问题了,几乎所有的厂商包括中国的都已经解决了这个技术问题。高效能、高效率、低成本是所有增材制造用户和研究者和生产者追求的共同目标,这点毫无疑问,因为很多欧美他们的展品上都标上了价格,比如说打了一个发动机叶片,他标上打印时间多长时间,用了多少材料,这一个最后合的成本是多少美元,都把这个价格给出来了,这样用户也可以进行选择。

那么多材料打印也已经发展起来了。

那么分领域情况,刚才也点到了,我从材料、设备、工艺和尺寸来讲,可用的打印材料是越来越多了,打印的多材料在多种工艺上都体现出来了,在设备上智能化、自动化程度不断提高,多激光搭接的工艺控制,铺粉质量监控,刚才讲的西门子的那个精准控制,另外单一工艺虽然是主流,但是复合工艺在发展,整个打印的展会上看到了多个电弧+激光,丝材+粉材,增材+减材,增材+增材的,还有很多小的企业展示这些方面的技术进步,另外在尺寸方面,我这里写的越来越大,越来越小,越来越精,真是这样的,越来越大是特别大,那么十米,几米金属可以达到几米,那么越来越小就是芯片和电子里面的东西,越来越小,而且精度要求越来越高,因为3D打印这个技术逐渐越来越用在终端产品上了,尽量减少加工,减少后续的处理这样的工艺,缩短工艺流程。

另外中国展商的情况是2015年不到30家,到2024年是100余家,咱们国内还有很多想去还没有去,我知道,但是现在去的这一百多家都是增材制造相关的,无论是装备、材料、软件等等的这些方面,那么工业级设备和消费级设备装备是同步发展的,然后展示的打印材料依然是金属和聚合物为主。配件和服务商也在展会进行亮相,这个配件就是说装备的配件,后处理配件等等,整体的市场发展速度,刚才已经说了,中国的发展速度比国际上的平均发展速度要快,这个是我个人很强烈的感觉,那么在这个同时感受到技术成熟度和市场成熟度增材制造这个技术是越来越成熟了,而且是稳步提升的。

大型头部企业不断成长和扩大,小型创新型企业大量涌现。展望一下前景,就是说由于技术成熟度、生产力和工业化成熟度不断提高,预期增材制造市场是持续增长的,这个大家都看好,同时成本也会持续下降的,如此带来的相应技术和经济方面的挑战,需要工业界和研发部门联手共同努力来解决。这个不是单方面的,另外它的适用不是说增材制造这个技术我们拿来就代替传统制造技术,必须评估增材制造技术它本身的优势,能给这个产品所带来的附加值和创新性,那么应用现状是现在已经原型开发、快速模具、终端产品,方方面面都已经用到它了,增材制造差异化对这个差异化的认识也是越来越清晰,所以能够精准的选择增材制造工艺所对应的应用。

那么产业发展趋势我个人觉得就是合并与融合,这样的趋势,就是合并大家强强联合,那么融合就是取长补短,这样的一个态势才可以使得产业做大做强,同时关注到了AI技术有很多,特别是弗朗获福他们展示很多AI技术的在增材制造中的应用,这个也是未来或者近几年发展的重点趋势。

这个就是我的观感,我花半分钟介绍一下我的团队,我是做金属和陶瓷3D打印,工艺就是咱们主流工艺,比如说SLM,BG,电弧熔丝,陶瓷是光固化等等这些都做,这个是有一些项目支撑的,科技部的先进结构和复合材料专项里面的3D打印的项目,另外广东省有一个基础和重大基础研究项目,是研究增材制造的材料和工艺,这个应用基础方面的项目,山东省有一个重大创新工程项目,是陶瓷和陶瓷打印装备的,还有梯度材料,金属梯度材料这方面。

最后就是感谢大家聆听,欢迎大家到淄博烧烤城和东莞松山湖参观指导交流,谢谢大家!

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