文/LFWC

圖1：Fraunhofer ILT的Tim Lantzsch博士（左）和奧鋼聯的Stefan Leuders博士（右），討論了金屬增材制造技術的當前發(fā)展趨勢。從長遠來看，這些趨勢有可能改變工業(yè)生產。（圖片來源：Fraunhofer ILT）

增材制造，特別是金屬3D打印，已經從一項有前景的技術發(fā)展成為了工業(yè)生產中的一種重要生產工藝。工廠工程、航空航天、汽車和金屬加工等行業(yè)正面臨著技術轉型，這種轉型將對設計、生產和可持續(xù)發(fā)展產生深遠影響。

在本篇訪談內容中，奧鋼聯增材制造中心技術與創(chuàng)新主管Stefan Leuders博士，和德國弗勞恩霍夫激光技術研究所（Fraunhofer ILT）激光粉末床熔融主管Tim Lantzsch博士，討論了當前增材制造技術的發(fā)展趨勢，分析了市場中存在的機遇和風險，并介紹了哪些行業(yè)可以從增材制造中受益。

Q：很高興邀請到兩位行業(yè)知名專家就3D打印的未來進行交流。請談談增材制造的當前發(fā)展趨勢，以及您覺得哪些發(fā)展非常有前景？

Tim Lantzsch：我看到的一個重要趨勢是，材料和應用正在越來越多地適應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發(fā)的。我們還看到，盡管目前增材制造技術的使用成本昂貴，但是通過降低成本和專注于特定的細分應用市場，可以更清楚地突顯這項技術的附加值。

Stefan Leuders：增材制造的當前趨勢主要集中在如何更全面地應用該技術的具體優(yōu)勢，當然也要更好地利用這些優(yōu)勢。一個不同以往的現象是：人們越來越愿意重新思考長期的開發(fā)方法，而不僅僅是單純地考慮用這項技術制造新產品。對我來說，增材制造不是為了取代現有的流程，而是通過其增加產品效益。

Q：“太昂貴”是我們經常聽到的與增材制造相關的一個詞語。在增材制造技術應用中，您遇到了哪些經濟挑戰(zhàn)？

Tim Lantzsch：主要的經濟挑戰(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格，在這方面仍然有相當大的優(yōu)化空間。此外，尚未普及的工藝可靠性是一個特別重要的因素。我們正在努力將增材制造從一種專業(yè)的小眾技術，發(fā)展成為一種強大且廣泛適用的技術，使其在大規(guī)模生產中也顯示出競爭力。

Stefan Leuders：一個關鍵的經濟因素仍然是成本問題。我們看到系統(tǒng)成本的變化越來越大，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)應用的成本，仍然是決定未來增材制造技術能否開辟更多應用領域的關鍵因素。

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

Stefan Leuders：增材制造能為可持續(xù)發(fā)展提供巨大潛力，因為它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，例如能夠降低鋁壓鑄件或注塑成型件的廢品率，這是通過具有保形冷卻的增材制造工具實現的。

另一個重要的方面是，增材制造會使工具和部件的維修和修復更加容易。這可以顯著延長產品的使用壽命，從而減少資源消耗。當然，增材制造也存在一定的不足，由于該技術在工業(yè)應用中仍然相對較新，因此仍需要優(yōu)化自動化和過程可靠性。

Tim Lantzsch：增材制造的潛力主要在于它能夠創(chuàng)建復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。當然，有針對性地使用材料，只加工實際需要的材料，可以顯著減少資源的消耗。當考慮產品的整個生命周期時，這一點尤其重要。然而，我們也必須記住，材料的生產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有的生產流程中通常比較困難，因為增材制造仍然被視為一種獨立的技術。

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

Stefan Leuders博士強調，增材制造具有提高可持續(xù)發(fā)展的潛力，特別是通過維修和修復工具和部件。維修和修復部件和工具的能力，是未來循環(huán)經濟的一個關鍵方面。

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

Q：增材制造目前還面臨哪些技術障礙？您正在進行的研究重點關注哪些方面？

Stefan Leuders：對我們來說，一個關鍵點是開發(fā)新的工藝路線，以滿足客戶的技術和經濟要求。以這種方式制造的組件和工具的設計和布局，也起著重要作用。此外，奧鋼聯的增材制造當然與“材料”主題密切相關。在奧鋼聯集團內部，我們正在大力開發(fā)新材料及其后處理，以充分利用增材制造的技術潛力。

Tim Lantzsch：增材制造目前面臨的最大技術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發(fā)的，這往往會導致質量和性能方面的妥協。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證。

在Fraunhofer ILT，我們還致力于提高工藝可靠性，進一步開發(fā)現有系統(tǒng)，以便可以更穩(wěn)定、更有效地使用增材制造工藝。另一個主要話題是流程的標準化，以確保大規(guī)模生產中的質量一致性。

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

Stefan Leuders：長期贏家是那些準備對新技術進行戰(zhàn)略性投資、并同時應對相關不確定性的公司。最近的突出例子可以在航空航天和醫(yī)療技術領域找到。然而，對我來說，這不僅僅是一個經濟資源的問題，有時也是一個企業(yè)的文化問題。

另一方面，嚴重依賴成本驅動的大規(guī)模生產的行業(yè)和公司，對增材制造技術的采用相對困難。此外，增材制造在工具制造方面的應用，會多于制造最終產品。

Tim Lantzsch：確實，增材制造技術發(fā)展背后的明顯贏家，是依賴定制、高度復雜組件的行業(yè)，這些行業(yè)可以充分利用增材制造提供的靈活性和設計自由度。在航空航天和醫(yī)療技術領域，增材制造為優(yōu)化組件提供了巨大機會，同時減少了組件重量和材料使用量。高端汽車工程和賽車運動也將受益于增材制造帶來的可能性，特別是通過生產更輕、更強大的部件。