日本加大力度投入3D打印機(jī)國(guó)家項(xiàng)目，提升精度與速度

日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省即將啟動(dòng)開發(fā)世界最高水準(zhǔn)的3D打印機(jī)的國(guó)家項(xiàng)目。日本政府在2014年的預(yù)算案中劃撥了40億日元，用以實(shí)施“以三維成型技術(shù)為核心的制造革命計(jì)劃”。目前，該計(jì)劃已經(jīng)分成32億日元上限的“新一代工業(yè)3D打印機(jī)技術(shù)開發(fā)”和以5.5億日元為上限的“超精密三維成型系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)”兩個(gè)主題，并在公開招募開發(fā)委托單位。
    前一個(gè)主題以可以成型金屬材料的3D打印機(jī)（以下稱：金屬3D打印機(jī)）為對(duì)象，后一個(gè)以成型鑄造模型的3D打印機(jī)（以下稱：砂模用3D打印機(jī)）為對(duì)象。在此類3D打印機(jī)的領(lǐng)域，德國(guó)等歐美地區(qū)目前在裝置的開發(fā)和應(yīng)用兩個(gè)方面都領(lǐng)先。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省此舉的目的，就是為了提高日本的競(jìng)爭(zhēng)力。
    金屬3D打印機(jī)和砂模用3D打印機(jī)的開發(fā)項(xiàng)目除了連同控制程序在內(nèi)的成型裝置本身外，還包括新型粉末材料和實(shí)現(xiàn)后處理自動(dòng)化的周邊裝置的開發(fā)。
    電子束與激光束
    金屬3D打印機(jī)開發(fā)項(xiàng)目所考慮的金屬粉末的燒結(jié)與熔融有兩種方式，分別為電子束方式和激光束方式（圖1）。這兩種方式都把成型速度達(dá)到目前的10倍、產(chǎn)品精度達(dá)到目前的5倍作為最終目標(biāo)，力爭(zhēng)在項(xiàng)目結(jié)束后的2020年投入實(shí)用。

    設(shè)想的兩個(gè)方式分別是向金屬粉末照射電子束和照射激光束。二者的最終目標(biāo)都是使成型速度達(dá)到目前的10倍，使成型物的精度達(dá)到目前的5倍。
    具體來說，兩種方式1小時(shí)成型速度的最終目標(biāo)均為500cc；成型物精度方面，電子束方式的最終目標(biāo)為±50μm，激光束方式為±20μm。除此之外，最大成型尺寸達(dá)到1000×1000×600mm以上、裝置售價(jià)控制在5000萬日元以下也是兩種方式共同的最終目標(biāo)。
    要達(dá)成目標(biāo)，除了提高電子束和激光束的性能之外，還必須為兩種方式開發(fā)適合各自的新型粉末材料。因此，該項(xiàng)目將同時(shí)開展金屬粉末的微細(xì)化、縮小粒徑分布，開發(fā)耐熱性和耐腐蝕性優(yōu)良的新合金和防銹等粉體修飾技術(shù)，提高品質(zhì)并降低成本。
    低成本快遞制作砂模
    砂模用3D打印機(jī)1小時(shí)的成型速度要達(dá)到10萬cc（100L）以上，最終目標(biāo)是使成型的鑄模的制造成本降低到1000日元/kg以下。以中小企業(yè)等為對(duì)象推動(dòng)其實(shí)現(xiàn)廣泛普及，力爭(zhēng)使裝置的售價(jià)降低到2000萬日元以下。項(xiàng)目期限為4年（圖2）。

    通過提高成型尺寸和成型速度提升生產(chǎn)效率，同時(shí)降低裝置的價(jià)格，借此提升鑄模的成本競(jìng)爭(zhēng)力。
    砂模用3D打印機(jī)開發(fā)項(xiàng)目在2013年度曾經(jīng)開展過。項(xiàng)目的名稱也是“超精密三維成型系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)”，成型速度的最終目標(biāo)（10萬cc/h以上）也與本次一致。但2013年度的砂模打印機(jī)開發(fā)項(xiàng)目的預(yù)算規(guī)模的上限僅為1.5億日元，此次的預(yù)算規(guī)模增加到了上次的近4倍。
    與金屬3D打印機(jī)一樣，對(duì)于砂模用3D打印機(jī)，粉末材料的開發(fā)也是一大重點(diǎn)。按照計(jì)劃，打印機(jī)將采用噴嘴噴射粘合劑，利用粘合劑硬化人工砂粉末的方法，除此之外，還要開發(fā)可以用于鑄造高熔點(diǎn)金屬的人工砂和粘合劑、設(shè)法控制對(duì)鑄造流程存在影響的崩壞性，并找出能混合沉積不同砂子的方法。
    還要顧及知識(shí)產(chǎn)權(quán)
    日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省之所以推行上述開發(fā)項(xiàng)目，是出于“新一代3D打印機(jī)投入實(shí)用并商業(yè)化有利于國(guó)家利益”的考慮，項(xiàng)目產(chǎn)生的知識(shí)產(chǎn)權(quán)原則上歸屬參與者。因此，在開展項(xiàng)目時(shí)，要先行進(jìn)行專利調(diào)查，以避免專利糾紛。
    除了日本國(guó)內(nèi)和日本企業(yè)，通過項(xiàng)目達(dá)到實(shí)用水平的3D打印機(jī)還將面向全球市場(chǎng)提供。因此，在開發(fā)之時(shí)，還要遵循ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）和ASTM等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
     開發(fā)項(xiàng)目計(jì)劃于2年后（2015年度末）實(shí)施中期評(píng)估。通過制作試制機(jī)等方式，評(píng)估打印機(jī)能否達(dá)成圖1和圖2中的中期目標(biāo)。
文章來源：中日技術(shù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)