文/LFWC

圖1：Fraunhofer ILT的Tim Lantzsch博士（左）和奧鋼聯(lián)的Stefan Leuders博士（右），討論了金屬增材制造技術(shù)的當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這些趨勢(shì)有可能改變工業(yè)生產(chǎn)。（圖片來(lái)源：Fraunhofer ILT）

增材制造，特別是金屬3D打印，已經(jīng)從一項(xiàng)有前景的技術(shù)發(fā)展成為了工業(yè)生產(chǎn)中的一種重要生產(chǎn)工藝。工廠工程、航空航天、汽車和金屬加工等行業(yè)正面臨著技術(shù)轉(zhuǎn)型，這種轉(zhuǎn)型將對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

在本篇訪談內(nèi)容中，奧鋼聯(lián)增材制造中心技術(shù)與創(chuàng)新主管Stefan Leuders博士，和德國(guó)弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（Fraunhofer ILT）激光粉末床熔融主管Tim Lantzsch博士，討論了當(dāng)前增材制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，分析了市場(chǎng)中存在的機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)，并介紹了哪些行業(yè)可以從增材制造中受益。

Q：很高興邀請(qǐng)到兩位行業(yè)知名專家就3D打印的未來(lái)進(jìn)行交流。請(qǐng)談?wù)勗霾闹圃斓漠?dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，以及您覺(jué)得哪些發(fā)展非常有前景？

Tim Lantzsch：我看到的一個(gè)重要趨勢(shì)是，材料和應(yīng)用正在越來(lái)越多地適應(yīng)增材制造的具體要求。迄今為止，增材制造中使用的許多材料最初都不是為增材制造工藝而開(kāi)發(fā)的。我們還看到，盡管目前增材制造技術(shù)的使用成本昂貴，但是通過(guò)降低成本和專注于特定的細(xì)分應(yīng)用市場(chǎng)，可以更清楚地突顯這項(xiàng)技術(shù)的附加值。

Stefan Leuders：增材制造的當(dāng)前趨勢(shì)主要集中在如何更全面地應(yīng)用該技術(shù)的具體優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然也要更好地利用這些優(yōu)勢(shì)。一個(gè)不同以往的現(xiàn)象是：人們?cè)絹?lái)越愿意重新思考長(zhǎng)期的開(kāi)發(fā)方法，而不僅僅是單純地考慮用這項(xiàng)技術(shù)制造新產(chǎn)品。對(duì)我來(lái)說(shuō)，增材制造不是為了取代現(xiàn)有的流程，而是通過(guò)其增加產(chǎn)品效益。

Q：“太昂貴”是我們經(jīng)常聽(tīng)到的與增材制造相關(guān)的一個(gè)詞語(yǔ)。在增材制造技術(shù)應(yīng)用中，您遇到了哪些經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)？

Tim Lantzsch：主要的經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)在于系統(tǒng)和材料的高昂成本。這些成本在很大程度上決定了組件的價(jià)格，在這方面仍然有相當(dāng)大的優(yōu)化空間。此外，尚未普及的工藝可靠性是一個(gè)特別重要的因素。我們正在努力將增材制造從一種專業(yè)的小眾技術(shù)，發(fā)展成為一種強(qiáng)大且廣泛適用的技術(shù)，使其在大規(guī)模生產(chǎn)中也顯示出競(jìng)爭(zhēng)力。

Stefan Leuders：一個(gè)關(guān)鍵的經(jīng)濟(jì)因素仍然是成本問(wèn)題。我們看到系統(tǒng)成本的變化越來(lái)越大，材料成本在系統(tǒng)總成本中的占比在增加，這也增加了降低成本的壓力。因此，如何降低增材制造工業(yè)應(yīng)用的成本，仍然是決定未來(lái)增材制造技術(shù)能否開(kāi)辟更多應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵因素。

Q：在您看來(lái)，增材制造的潛力和局限性各有哪些？增材制造能為我們實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)哪些幫助？

Stefan Leuders：增材制造能為可持續(xù)發(fā)展提供巨大潛力，因?yàn)樗�可以大大減少材料的使用量。與減材制造工藝相比，增材制造只熔化建造組件實(shí)際需要的材料。在后期使用階段，增材制造也具有一定優(yōu)勢(shì)，例如能夠降低鋁壓鑄件或注塑成型件的廢品率，這是通過(guò)具有保形冷卻的增材制造工具實(shí)現(xiàn)的。

另一個(gè)重要的方面是，增材制造會(huì)使工具和部件的維修和修復(fù)更加容易。這可以顯著延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，從而減少資源消耗。當(dāng)然，增材制造也存在一定的不足，由于該技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中仍然相對(duì)較新，因此仍需要優(yōu)化自動(dòng)化和過(guò)程可靠性。

Tim Lantzsch：增材制造的潛力主要在于它能夠創(chuàng)建復(fù)雜的幾何形狀和量身定制解決方案，這在傳統(tǒng)工藝中幾乎是不可能的。當(dāng)然，有針對(duì)性地使用材料，只加工實(shí)際需要的材料，可以顯著減少資源的消耗。當(dāng)考慮產(chǎn)品的整個(gè)生命周期時(shí)，這一點(diǎn)尤其重要。然而，我們也必須記住，材料的生產(chǎn)和加工是能源密集型工作。此外，目前將增材制造工藝整合到現(xiàn)有的生產(chǎn)流程中通常比較困難，因?yàn)樵霾闹圃烊匀槐灰暈橐环N獨(dú)立的技術(shù)。

Tim Lantzsch博士和Stefan Leuders博士一致認(rèn)為：航空航天業(yè)是當(dāng)前金屬3D打印發(fā)展的受益者之一。制造小批量和高復(fù)雜性的輕質(zhì)高性能組件，已經(jīng)成為增材制造的優(yōu)勢(shì)之一。

Stefan Leuders博士強(qiáng)調(diào)，增材制造具有提高可持續(xù)發(fā)展的潛力，特別是通過(guò)維修和修復(fù)工具和部件。維修和修復(fù)部件和工具的能力，是未來(lái)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)關(guān)鍵方面。

圖2：通過(guò)金屬3D打印制造的航空航天部件。（圖片來(lái)源：Fraunhofer ILT）

Q：增材制造目前還面臨哪些技術(shù)障礙？您正在進(jìn)行的研究重點(diǎn)關(guān)注哪些方面？

Stefan Leuders：對(duì)我們來(lái)說(shuō)，一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是開(kāi)發(fā)新的工藝路線，以滿足客戶的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求。以這種方式制造的組件和工具的設(shè)計(jì)和布局，也起著重要作用。此外，奧鋼聯(lián)的增材制造當(dāng)然與“材料”主題密切相關(guān)。在奧鋼聯(lián)集團(tuán)內(nèi)部，我們正在大力開(kāi)發(fā)新材料及其后處理，以充分利用增材制造的技術(shù)潛力。

Tim Lantzsch：增材制造目前面臨的最大技術(shù)障礙之一是材料的多樣性。目前使用的許多材料最初并不是為增材制造而開(kāi)發(fā)的，這往往會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量和性能方面的妥協(xié)。因此，我們正在與材料制造商合作，加快增材制造新材料的資格認(rèn)證。

在Fraunhofer ILT，我們還致力于提高工藝可靠性，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)現(xiàn)有系統(tǒng)，以便可以更穩(wěn)定、更有效地使用增材制造工藝。另一個(gè)主要話題是流程的標(biāo)準(zhǔn)化，以確保大規(guī)模生產(chǎn)中的質(zhì)量一致性。

Q：增材制造行業(yè)正在緩慢地發(fā)生著諸多變化，那么誰(shuí)將是增材制造技術(shù)發(fā)展背后的贏家呢？

Stefan Leuders：長(zhǎng)期贏家是那些準(zhǔn)備對(duì)新技術(shù)進(jìn)行戰(zhàn)略性投資、并同時(shí)應(yīng)對(duì)相關(guān)不確定性的公司。最近的突出例子可以在航空航天和醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域找到。然而，對(duì)我來(lái)說(shuō)，這不僅僅是一個(gè)經(jīng)濟(jì)資源的問(wèn)題，有時(shí)也是一個(gè)企業(yè)的文化問(wèn)題。

另一方面，嚴(yán)重依賴成本驅(qū)動(dòng)的大規(guī)模生產(chǎn)的行業(yè)和公司，對(duì)增材制造技術(shù)的采用相對(duì)困難。此外，增材制造在工具制造方面的應(yīng)用，會(huì)多于制造最終產(chǎn)品。

Tim Lantzsch：確實(shí)，增材制造技術(shù)發(fā)展背后的明顯贏家，是依賴定制、高度復(fù)雜組件的行業(yè)，這些行業(yè)可以充分利用增材制造提供的靈活性和設(shè)計(jì)自由度。在航空航天和醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域，增材制造為優(yōu)化組件提供了巨大機(jī)會(huì)，同時(shí)減少了組件重量和材料使用量。高端汽車工程和賽車運(yùn)動(dòng)也將受益于增材制造帶來(lái)的可能性，特別是通過(guò)生產(chǎn)更輕、更強(qiáng)大的部件。