德國弗勞恩霍夫Moritz：德國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

來源：SAMA國際論壇

2019年8月16日，由上海市經(jīng)濟和信息化委員會指導(dǎo)，上海市增材制造協(xié)會主辦的第四屆SAMA國際論壇暨2019一帶一路3D打印與智能制造年會在上海盛大開幕。來自中國、美國、英國、法國、德國、韓國、新加坡、以色列、瑞典、埃及、印度、捷克等不同國家和地區(qū)的近百位全球頂級專家、行業(yè)領(lǐng)袖以及800余位企業(yè)代表蒞臨大會，探討智能制造和3D打印行業(yè)發(fā)展，展示和交流智能制造和3D打印技術(shù)在航空航天、生物醫(yī)療、汽車、模具、文創(chuàng)、影視及消費品等領(lǐng)域的應(yīng)用。

德國弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術(shù)研究所模具制造事業(yè)部經(jīng)理Moritz Wollbrink應(yīng)邀出席并做主旨報告。

我們聊一下增材制造的歷史以及德國的增材制造，特別是我所在的城市的增材制造，同時聊一下研究的推進項目，我們會用一些圖表和數(shù)字說明。我們知道增材制造的潛力和優(yōu)勢，我們不需要傳統(tǒng)的工具，比方說一些激光，我們可以改變傳統(tǒng)的工具變成比較靈活的方式，他們有自身的一些優(yōu)點，同時我們不需要專門的工具，我們可以直接進行打印新的零部件。大家對于增材制造的優(yōu)勢和潛力大家非常了解。我們在增材制造方面的技術(shù)還有很多潛力和有待挖掘。從一開始打印是很小的數(shù)量，包括現(xiàn)在也不是很大，但是我想未來能夠打印的東西會越來越多，潛力也是非常大，對于研究和應(yīng)用來說都是比較有潛力可挖掘的領(lǐng)域。

我們有很多同事也會和一些教授做粉末激光和金屬的增材制造，早在1997年就做單組份金屬直接激光燒結(jié)結(jié)果，在1997年的時候，我們會和增材制造連接在一起。1997年做了首個Patent專利，2001年做了首個可嵌入式模具，2008年做了首個可移植的模具。在德國一直做研發(fā)方面的增材制造的工作，并且把它運用當(dāng)中。德國非常注重研究，同時也是注重應(yīng)用。我們從基礎(chǔ)研究開始，基礎(chǔ)研究是由政府提供資金幫助，甚至歐盟提供資金作為第二重要研究領(lǐng)域。基礎(chǔ)研究我們應(yīng)用到特殊領(lǐng)域，我們稱為應(yīng)用領(lǐng)域的研究，做的主要靠弗勞恩霍夫生產(chǎn)技術(shù)研究所，這個研究所是德國RWTHAACHEN做研究重要的力量。同時咱們還會和所在的RWTHAACHEN技術(shù)大學(xué)做合作，然后我們會做產(chǎn)品，從應(yīng)用到行業(yè)應(yīng)用、產(chǎn)品應(yīng)用，然后再做進一步的產(chǎn)品研發(fā)。最后是產(chǎn)學(xué)研方面拉近橋梁就是行業(yè)協(xié)會、網(wǎng)絡(luò)和中心，比如說上海增材制造協(xié)會就起到了協(xié)會的橋梁作用，這是我們整個研究環(huán)境中非常重要的部分，我們作為研究機構(gòu)希望能夠架起行業(yè)橋梁的作用。

接下來我們看一下研究項目的例子，我們稱為IDEA，這是美國聯(lián)邦政府所資助的項目，這個項目是在今年4月份剛剛開始的，而且勢頭非常好。我們希望能夠覆蓋整個增材制造的產(chǎn)業(yè)鏈，在這里面可以看到我們發(fā)展一種新材料，發(fā)展一種新的工藝流程參數(shù)，或者發(fā)展一種新的范式。同時我們貫穿了整個行業(yè)的價值鏈，比方說很多公司和機構(gòu)是共同合作，大家可以在左側(cè)下角看到通過IDEA匯聚不同企業(yè)做增材制造整個過程，包括它的研究。左下角大家看一下，我們覆蓋整個項目的流程，在上面大家看到我們這個項目當(dāng)中每一個細分，從設(shè)計、建模到參數(shù)到LPBF工藝，再到去粉、熱處理和機底板分離和傳統(tǒng)加工和表面處理和質(zhì)量控制，以及不同行業(yè)化整個過程，所以我們從整個行業(yè)化的過程，從人力過程到機器到去粉到熱處理機底板分離，去除傳統(tǒng)的機器加工，取而代之是新型加工。表面的控制處理和質(zhì)量的控制，整個數(shù)字化工程都展現(xiàn)出來把3D打印進入到下一個階段行業(yè)工業(yè)的發(fā)展當(dāng)中，這也是工業(yè)4.0重要的部分，而沒有太多人工在里面或者人力操作在里面，取而代之更多是全新的工業(yè)化流程，去掉人力的過程。

這是我們其他的一些例子，也是我們所做的能夠把理念會聚到一起集思廣益，把理念帶到行業(yè)和應(yīng)用當(dāng)中去。我選擇了三個創(chuàng)新的例子，這是我們德國的三個例子。第一個項目是大學(xué)和發(fā)動機做的工廠項目。是校企合作項目，他們做的是發(fā)動機頁片集成盤，做的是航空發(fā)電機方面，我們可以向行業(yè)表明3D打印發(fā)揮著重要作用，同時還可以展示出全新的理念，能夠用一些理念支持我們的制造，不只是制造零部件的增材制造的支持，同時還會使用制造結(jié)構(gòu)做后處理。比方說剛才所說的制造業(yè)片非常小非常薄，我們適用鎳機的高溫核金，運用新發(fā)明的激光粉末床融合工藝避免機器所產(chǎn)生的震動，所以能夠若干次使用，而且有更多的可能性。咱們用增材制造不僅是產(chǎn)品的增材制造，零部件的增材制造，還可以做后處理，是一個很好的流程。我本人也非常喜歡這樣的工藝流程。

另外一家公司AMNextGen，把增材制造推向下一個臺階。三家公司做汽車、做航空還有做制造的結(jié)合在一起，他們有同樣的策略，同樣的目標(biāo)會聚在一起實現(xiàn)增材制造行業(yè)化過程。他們做了下一代AM增材制造的設(shè)施設(shè)備展示我們用增材制造今天可以實現(xiàn)什么，并且他們還構(gòu)建了增材制造的大環(huán)境生產(chǎn)零部件。還有一個雙向合作的例子，TRUMPF雙邊合作，綠色激光打印貴重金屬，我們使用這樣的激光使用新材料在打印過程中。打印貴金屬像金和銅，用綠色激光打印，這是全新的應(yīng)用。咱們可以把它用在增材制造方面，可以推向下一個臺階。

大家看到這是2019年的數(shù)據(jù)，關(guān)于3D打印技術(shù)德國有超過10萬個專利申請，這是真正的產(chǎn)品的樣品，大家可以看到我們的合作可以達到這樣的效果。因為有很多產(chǎn)品已經(jīng)在市場上可以找到，這些產(chǎn)品都是由公司研發(fā)的，當(dāng)然也是在我們公司和研發(fā)機構(gòu)之間進行合作。我們也知道德國最重要的產(chǎn)業(yè)就是汽車行業(yè)，包括BMW還有各種電動汽車，我們3D打印了一個部件，就是頂部的操縱板，就是由增材制造生產(chǎn)的。所以我們在BMW系列車中都可以找到增材制造。另外是西門子的汽輪機的頁片，這樣的頁片也是由我們西門子制造，這個制造把我們的技術(shù)應(yīng)用在了頁片當(dāng)中。我們可以看到頁片載量達到11噸，并且每小時可以達到1600千米的速度。而且他們液體的溫度也可以達到1.250攝氏度。這很有趣，因為我們知道制造業(yè)并不僅僅是針對這一些小批量的生產(chǎn)，同時也可以去為我們帶來新的產(chǎn)品的機遇。比如說我們可以去把它應(yīng)用在葉片的生產(chǎn)中，比如說更好的應(yīng)對我們的高溫或者等等溫度、提升溫度。

其他的一些想法，包括可以把我們這些材料，比如說金屬的材料和其他的陶瓷材料結(jié)合在一起使用，這也是一個好的機會。其他的航空領(lǐng)域LIEBHERR領(lǐng)域，這是重要的德國航空領(lǐng)域公司，也是航空領(lǐng)域的供應(yīng)商。這是增材制造的典型樣品，在這里我們幫它減少35%的重量，它是擁有閥門組的執(zhí)行器，使用在了A380當(dāng)中。

我們現(xiàn)在研發(fā)和行業(yè)中有很多合作，這樣的合作可以把我們的產(chǎn)品從研發(fā)層面提升到實實在在的應(yīng)用當(dāng)中，同時我們也會在德國有一些研發(fā)中心，比如說我們的增材制造中心，我們會有會員制，我們大概有30個公司是我們中心的會員。當(dāng)然這30個公司來自不同的行業(yè)，比如說材料行業(yè)或者是汽車能源使用應(yīng)用行業(yè)，不同的行業(yè)也是讓我們覺得合作很有趣。因為AM工藝項目也是利用不同公司的優(yōu)勢。我們有一個非常棒的大學(xué)幫助我們工程方面進行很好的研發(fā)。不僅僅是將不同的研發(fā)行業(yè)結(jié)合在一起，同時也是把我們在城市不同的研發(fā)中心結(jié)合在一起，我們現(xiàn)在有50個研發(fā)中心共同去合作，可以幫我們開展不同的項目，包括即便是同一個大學(xué)不同的人員，他們之前并不認識，但是在AMCD工作之后就相互認識，還有其他的研發(fā)合作伙伴。還有一些雙邊合作，比如說增材制造技術(shù)中心之間的合作等等。

如何能夠進行成功的增材制造，我們德國是怎樣取得成功的。首先當(dāng)然是能夠進行合作，大家都知道formnext，它對于德國的公司很重要，德國公司之間可以相互認識，同時也可以幫助德國公司和國際的其他公司牽線搭橋，還有一些其他小型的會議活動。這些活動可以幫助我們結(jié)識更多公司和更多的研發(fā)機構(gòu)。所以在幻燈片的下部大家可以看到是增材制造這個領(lǐng)域我們公司的經(jīng)驗是非常豐富，現(xiàn)在有37%公司都有相應(yīng)的經(jīng)驗，如果僅僅看一下我們的機械制造，基本上50%的公司都是有增材制造經(jīng)驗的。33%的公司已經(jīng)處于信息化的狀態(tài)，所以可以讓他們公司了解最新的制造領(lǐng)域發(fā)生的進展。

對于德國來說，德國在很多國際的領(lǐng)域上都有所涉足，德國在歐洲也有非常重要的地位。在歐洲德國對于增材制造領(lǐng)域是非常重要的。大家都認識這些LOGO，大家可以看到這里的數(shù)據(jù)，這些都是世界上領(lǐng)先的公司，在增材制造領(lǐng)域都是全球領(lǐng)先的公司。這些數(shù)據(jù)是跟德國增材制造相關(guān)的，關(guān)于全球增材制造的裝機量和安裝量，我們看到德國也是名列前位。在美國、日本、中國位于這三個國家之后，我們也知道中國是增材制造非常大的市場，對于未來的工程來說或者增材制造來說重要的一個點，我們要知道在本國有多少打印公司，如果你已經(jīng)對增材制造有興趣，所以你就可以了解這樣相關(guān)的技術(shù)。德國有40%的家庭都已經(jīng)擁有了3D打印機，超過了一半的德國家庭將會去購買3D打印機，所以不僅僅在行業(yè)當(dāng)中使用，在家家戶戶，在個人領(lǐng)域也是有所應(yīng)用，并不僅僅如此，對于我們就業(yè)來說也是非常重要。從這張圖中可以看到與2017年相比我們現(xiàn)在有88%的就業(yè)增長是增材制造所帶來的。主要在機械和設(shè)備工程方面，然后在汽車、醫(yī)學(xué)、航空領(lǐng)域。這些領(lǐng)域增材制造都帶來新的就業(yè)機會。