3DSystems鄧瀚誠：端到端解決方案持續(xù)創(chuàng)新助力數(shù)字化增材制造

2020年8月20日-21日，中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國增材制造產(chǎn)業(yè)年會在安徽蕪湖市舉行，此次年會由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心、安徽省經(jīng)濟(jì)和信息化廳、蕪湖市人民政府指導(dǎo)，中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主辦，繁昌縣人民政府協(xié)辦，南極熊作為支持媒體對本次會議進(jìn)行了直播。

△美國3DSystems的售前應(yīng)用經(jīng)理鄧瀚誠

在“產(chǎn)業(yè)化推廣論壇”上，美國3D Systems的售前應(yīng)用經(jīng)理鄧瀚誠先生做了《端到端解決方案持續(xù)創(chuàng)新助力數(shù)字化增材制造》演講的現(xiàn)場速記。
△視頻：鄧瀚誠《端到端解決方案持續(xù)創(chuàng)新助力數(shù)字化增材制造》

鄧瀚誠：謝謝增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟給我這個機會作一個分享，我今天給大家作的分享是3DSystems在增材制造端到端解決方案最近的創(chuàng)新成果。我的內(nèi)容主要分為三個部分：第一個部分給大家介紹一下我們3DSystems以及最近在數(shù)字化高速增材制造領(lǐng)域的新技術(shù)。第二個部分會介紹新技術(shù)和數(shù)字化增材制造直接應(yīng)用在生產(chǎn)上面。第三個部分直接對這個材料作一些評價和分享。

首先簡單介紹一下我們3D Systems公司。

圖上所示是我們公司的CTO，他在1983年發(fā)明全球第一款成熟的3D打印技術(shù)，公司成立于1986年，1988年銷售全球第一款用于商業(yè)化3D打印的裝備。通過30多年的發(fā)展，3DSystems成為一家覆蓋3D硬件、材料、軟件以及按需定制服務(wù)的一家綜合服務(wù)商。3DSystems的3D打印產(chǎn)品很多，有尼龍材料，有蠟型材料，有樹脂材料，有金屬直接打印，也有彩色打印等等。在我們的產(chǎn)品線中，3DSystems自己開發(fā)了3D打印軟件，旗下還有專門的三維軟件產(chǎn)品，還有專門用于醫(yī)療類的軟件產(chǎn)品，在3D打印材料上我們在一些特種材料也有自己生產(chǎn)的產(chǎn)品。

通過產(chǎn)品線和我們的策略架構(gòu)，3DSystems希望能夠幫助用戶實現(xiàn)端到端的基于增材制造技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)。可能包含數(shù)字化，包含設(shè)計原理，包含增材制造，包含品質(zhì)檢測和過程管理。在這些過程中，逐漸幫助用戶提升生產(chǎn)力，提升增材制造的耐久性，提升它的重復(fù)性以及降低總體運行成本，使得增材制造能夠在數(shù)字化生產(chǎn)方面有更廣泛的場景。

我們使用的軟件解決方案是3DSystems自己開發(fā)的，對于增材制造數(shù)據(jù)環(huán)境而言軟件是非常重要的環(huán)節(jié)，因為基于的都是CAD數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)可能是設(shè)計數(shù)據(jù)，可能是再優(yōu)化的數(shù)據(jù)。我們自己開發(fā)的遠(yuǎn)程軟件它是3DConnect，對于3D打印的產(chǎn)業(yè)化用戶來說往往快速打印是非常重要的附加值，對于硬件裝備能夠盡早地去診斷出它可能會發(fā)生的故障，遠(yuǎn)比出現(xiàn)之后再進(jìn)行技術(shù)支持更加重要。有了這些新的遠(yuǎn)程裝備對于設(shè)備的硬件狀態(tài)進(jìn)行實時了解以及實時診斷和通知，可以幫助用戶在可能出現(xiàn)問題之前進(jìn)行未雨綢繆的準(zhǔn)備。

剛才是傳統(tǒng)的解決方案以及端到端的場景。

第二部分是介紹這一款比較新的技術(shù)，F(xiàn)igure4非接觸連續(xù)式的DLP數(shù)字投影打印技術(shù)。它通過反向投影一個光源，優(yōu)質(zhì)的樹脂材料和基于UV光固化工藝的模塊化和可擴展的制造解決方案，其中UV光固化工藝只需幾分鐘的時間。Figure4的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，這個技術(shù)的特點速度非常快，因為低靜態(tài)體積打印托盤結(jié)合非接觸式技術(shù)的打印速度，最終零件品質(zhì)和材料成型性能更高，包括韌性、耐久性、耐高溫性和彈性體性能的改善。包括單機還可以擴展，以及自動化的產(chǎn)品。目前，這個技術(shù)的尺寸相對少一些，大概是6寸左右，在高度可以做到200-350毫米不等。

隨著高速的低單體成本，同時性能有所提升之后利用3D打印做塑料原型件的生產(chǎn)可以由更寬泛的和產(chǎn)生的3D打印生產(chǎn)作一個替代或者復(fù)合的場景。大家可以看到這個成本曲線，它和注塑成型相結(jié)合會越來越寬，一會兒也會介紹3D打印取代中間的方式就是真空澆注。

Figure4使用的方式都是單組分的樹脂，隨著我們自己的開發(fā)研究不同的應(yīng)用場景包含耐高溫彈性材料等等。

最重要的這樣一款材料PRO-BLK10，這是目前最佳的生產(chǎn)極材料。在做拉伸實驗的時候發(fā)現(xiàn)這款材料和普通的相比它有仿熱塑性行為，不會發(fā)生脆性的斷裂，這也代表這款材料在目前有非常好的性能。

當(dāng)這個材料性能有提升，我們也可以嵌入到生產(chǎn)上，這里要介紹的是堆疊嵌套的概念，所謂的嵌套就是把一個批量多個零件的工作通過嵌套的方式實現(xiàn)多層的打印，這樣就不需要在一層打印進(jìn)行反復(fù)翻轉(zhuǎn)。為什么過去其他的3D打印技術(shù)不會用到這個工藝方法？3D打印的時間效率非常敏感，所以過去的技術(shù)不會用到這個方法，但是由于非接觸連續(xù)性的光固化技術(shù)解決這兩個問題，而且由于DLP投影在高度上面可以做得比較高，所以可以利用嵌套的方式實現(xiàn)短時間內(nèi)的高速大批量的翻轉(zhuǎn)。

這個就是在125×70×350毫米的尺寸上一個一百多個套件生產(chǎn)，在5個小時內(nèi)。這是在過去無法想象的。它的處理方式和其他的光固化打印技術(shù)比較類似，也是清洗、干燥再做二次固化，以達(dá)到我們官方標(biāo)定的性能。 在支撐的比例上面，這樣一個幾百個零件的生產(chǎn)批次里，我們6.8公斤的材料消耗當(dāng)中有6.5公斤最終成為零件的輸出，只有0.3公斤是支撐的消耗。在我們的機器和其他的3D打印機器一樣也有自己直接使用最終產(chǎn)品裝在上面進(jìn)行成品的生產(chǎn)。

關(guān)于這個技術(shù)可以介紹小批量生產(chǎn)怎么取代聚氨酯。為什么會引用聚氨酯澆注的技術(shù)？在十多年前3D打印剛剛進(jìn)入小批量生產(chǎn)市場的時候，3D打印沒有辦法解決兩個問題：一個是材料性能的問題，聚氨酯正好成為3D打印和注塑材料中間的一種選項；第二個沒有辦法解決時間效率的問題，所以會用3D打印通過翻模覆膜的方式進(jìn)行幾十件小批量的生產(chǎn)。隨著材料性能解決，隨著生產(chǎn)效率也越來越高之后，直接3D打印它可以有非常好的取代聚氨酯澆注的方法。

我們以一個零件為例，如果使用澆注方法用3D打印，比如原型件可能消耗半天或者大半天的時間，然后要開一個硅膠模也會消耗半天時間，得到一個零件首件肯定是第二天，一天8-10小時可能實現(xiàn)4-5批次聚氨酯澆注生產(chǎn)，這樣進(jìn)行25件生產(chǎn)的時候可能需要一周的時間。如果你使用我們這個材料每個班次做12個零件。這樣就可以得到一個效率曲線，這個效率曲線在過去單純是3D打印技術(shù)是沒有過的。

在一些更復(fù)雜的比如汽車內(nèi)飾的出風(fēng)口內(nèi)外框，外框可以用聚氨酯澆注的方式。像這樣一個結(jié)構(gòu)我們有5套內(nèi)框和外框在6個半小時之內(nèi)實現(xiàn)打印和生產(chǎn)。這樣一來我們和真空澆注比較可以實現(xiàn)當(dāng)日直接交付首批零件，并且在同一時間范圍內(nèi)生產(chǎn)的零件更多，有更小的設(shè)計限制。第三就是可重復(fù)的精度和光潔度。

最后一部分會共享這個新的技術(shù)關(guān)于材料的評價。

第二款材料是抗沖擊性的材料，這款材料典型特點就是抗疲勞有更好的表現(xiàn)，它在無缺口的懸臂梁式抗沖擊實驗中不會發(fā)生斷裂。

在醫(yī)用材料上我們也有不同的材料種類，生物相容性，另外這個材料本身還可以滿足對透明度或者是耐高溫的要求。300-AMB有非常高的耐高溫性能，無需后道熱處理工序。

看一下以這款耐高溫材料做的容器。這個價值不僅在于進(jìn)容器內(nèi)壁接近100度沸騰的水，因為沸騰水蒸汽會發(fā)生凝固，凝固放熱過程中會對容器內(nèi)壁的影響更大，會比單純接觸一百攝氏度沸水影響會更大。

隨著我們做的數(shù)字化產(chǎn)品越來越多，抗壓、減震或者密封的應(yīng)用場景也會需要3D打印，也有對應(yīng)的彈性軟材料解決方案。

最后分享一下我們理解的材料對于3D打印技術(shù)應(yīng)用于直接生產(chǎn)上需要滿足哪些？第一必須要有全面的、一致的數(shù)據(jù)表，最好對生產(chǎn)材料有一個長期的抗性研究，過去在光敏樹脂領(lǐng)域這一塊研究相對比較少。我們看一下第一個就是在機械性能的各向同性上，這個技術(shù)最重要的就是性能要比其他非金屬的3D打印技術(shù)要好很多，大家可以去官網(wǎng)參考我們給大家提供的延展頁，我們在延展頁第一個提出的把所有各向上的機械性能數(shù)據(jù)也提供給用戶，當(dāng)用戶實現(xiàn)小批量生產(chǎn)的時候進(jìn)行工藝預(yù)設(shè)和擺放的過程不用考慮機械性能的局限對生產(chǎn)方向的限制。

長期環(huán)境穩(wěn)定性我們也做了研究，我們在長期的等效實驗當(dāng)中，室內(nèi)可以達(dá)到7年，室外可以達(dá)到1.5年。在環(huán)境油液相容性上，如果汽車用在動力相關(guān)的部件不是簡單的內(nèi)飾件，功能件或者生產(chǎn)零部件一定會要求與一些化學(xué)液或者油液接觸，我們也做了一些研究，將一個生產(chǎn)出來的靶向數(shù)據(jù)作為一個參考，拉深強度和抗沖擊等等放在里面，然后把不同的油液或者化學(xué)液進(jìn)行長期和短期接觸，看數(shù)據(jù)變化，相對來說性能變化更少的化學(xué)油液對這款材料更適應(yīng)。

生物相容性內(nèi)容之前有提到，就不再贅述了。

我今天的分享就是這些，謝謝大家。