德国弗劳恩霍夫Moritz：德国增材制造产业发展现状和趋势

来源：SAMA国际论坛

2019年8月16日，由上海市经济和信息化委员会指导，上海市增材制造协会主办的第四届SAMA国际论坛暨2019一带一路3D打印与智能制造年会在上海盛大开幕。来自中国、美国、英国、法国、德国、韩国、新加坡、以色列、瑞典、埃及、印度、捷克等不同国家和地区的近百位全球顶级专家、行业领袖以及800余位企业代表莅临大会，探讨智能制造和3D打印行业发展，展示和交流智能制造和3D打印技术在航空航天、生物医疗、汽车、模具、文创、影视及消费品等领域的应用。

德国弗劳恩霍夫生产技术研究所模具制造事业部经理Moritz Wollbrink应邀出席并做主旨报告。

我们聊一下增材制造的历史以及德国的增材制造，特别是我所在的城市的增材制造，同时聊一下研究的推进项目，我们会用一些图表和数字说明。我们知道增材制造的潜力和优势，我们不需要传统的工具，比方说一些激光，我们可以改变传统的工具变成比较灵活的方式，他们有自身的一些优点，同时我们不需要专门的工具，我们可以直接进行打印新的零部件。大家对于增材制造的优势和潜力大家非常了解。我们在增材制造方面的技术还有很多潜力和有待挖掘。从一开始打印是很小的数量，包括现在也不是很大，但是我想未来能够打印的东西会越来越多，潜力也是非常大，对于研究和应用来说都是比较有潜力可挖掘的领域。

我们有很多同事也会和一些教授做粉末激光和金属的增材制造，早在1997年就做单组份金属直接激光烧结结果，在1997年的时候，我们会和增材制造连接在一起。1997年做了首个Patent专利，2001年做了首个可嵌入式模具，2008年做了首个可移植的模具。在德国一直做研发方面的增材制造的工作，并且把它运用当中。德国非常注重研究，同时也是注重应用。我们从基础研究开始，基础研究是由政府提供资金帮助，甚至欧盟提供资金作为第二重要研究领域。基础研究我们应用到特殊领域，我们称为应用领域的研究，做的主要靠弗劳恩霍夫生产技术研究所，这个研究所是德国RWTHAACHEN做研究重要的力量。同时咱们还会和所在的RWTHAACHEN技术大学做合作，然后我们会做产品，从应用到行业应用、产品应用，然后再做进一步的产品研发。最后是产学研方面拉近桥梁就是行业协会、网络和中心，比如说上海增材制造协会就起到了协会的桥梁作用，这是我们整个研究环境中非常重要的部分，我们作为研究机构希望能够架起行业桥梁的作用。

接下来我们看一下研究项目的例子，我们称为IDEA，这是美国联邦政府所资助的项目，这个项目是在今年4月份刚刚开始的，而且势头非常好。我们希望能够覆盖整个增材制造的产业链，在这里面可以看到我们发展一种新材料，发展一种新的工艺流程参数，或者发展一种新的范式。同时我们贯穿了整个行业的价值链，比方说很多公司和机构是共同合作，大家可以在左侧下角看到通过IDEA汇聚不同企业做增材制造整个过程，包括它的研究。左下角大家看一下，我们覆盖整个项目的流程，在上面大家看到我们这个项目当中每一个细分，从设计、建模到参数到LPBF工艺，再到去粉、热处理和机底板分离和传统加工和表面处理和质量控制，以及不同行业化整个过程，所以我们从整个行业化的过程，从人力过程到机器到去粉到热处理机底板分离，去除传统的机器加工，取而代之是新型加工。表面的控制处理和质量的控制，整个数字化工程都展现出来把3D打印进入到下一个阶段行业工业的发展当中，这也是工业4.0重要的部分，而没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业化流程，去掉人力的过程。

这是我们其他的一些例子，也是我们所做的能够把理念会聚到一起集思广益，把理念带到行业和应用当中去。我选择了三个创新的例子，这是我们德国的三个例子。第一个项目是大学和发动机做的工厂项目。是校企合作项目，他们做的是发动机页片集成盘，做的是航空发电机方面，我们可以向行业表明3D打印发挥着重要作用，同时还可以展示出全新的理念，能够用一些理念支持我们的制造，不只是制造零部件的增材制造的支持，同时还会使用制造结构做后处理。比方说刚才所说的制造业片非常小非常薄，我们适用镍机的高温核金，运用新发明的激光粉末床融合工艺避免机器所产生的震动，所以能够若干次使用，而且有更多的可能性。咱们用增材制造不仅是产品的增材制造，零部件的增材制造，还可以做后处理，是一个很好的流程。我本人也非常喜欢这样的工艺流程。

另外一家公司AMNextGen，把增材制造推向下一个台阶。三家公司做汽车、做航空还有做制造的结合在一起，他们有同样的策略，同样的目标会聚在一起实现增材制造行业化过程。他们做了下一代AM增材制造的设施设备展示我们用增材制造今天可以实现什么，并且他们还构建了增材制造的大环境生产零部件。还有一个双向合作的例子，TRUMPF双边合作，绿色激光打印贵重金属，我们使用这样的激光使用新材料在打印过程中。打印贵金属像金和铜，用绿色激光打印，这是全新的应用。咱们可以把它用在增材制造方面，可以推向下一个台阶。

大家看到这是2019年的数据，关于3D打印技术德国有超过10万个专利申请，这是真正的产品的样品，大家可以看到我们的合作可以达到这样的效果。因为有很多产品已经在市场上可以找到，这些产品都是由公司研发的，当然也是在我们公司和研发机构之间进行合作。我们也知道德国最重要的产业就是汽车行业，包括BMW还有各种电动汽车，我们3D打印了一个部件，就是顶部的操纵板，就是由增材制造生产的。所以我们在BMW系列车中都可以找到增材制造。另外是西门子的汽轮机的页片，这样的页片也是由我们西门子制造，这个制造把我们的技术应用在了页片当中。我们可以看到页片载量达到11吨，并且每小时可以达到1600千米的速度。而且他们液体的温度也可以达到1.250摄氏度。这很有趣，因为我们知道制造业并不仅仅是针对这一些小批量的生产，同时也可以去为我们带来新的产品的机遇。比如说我们可以去把它应用在叶片的生产中，比如说更好的应对我们的高温或者等等温度、提升温度。

其他的一些想法，包括可以把我们这些材料，比如说金属的材料和其他的陶瓷材料结合在一起使用，这也是一个好的机会。其他的航空领域LIEBHERR领域，这是重要的德国航空领域公司，也是航空领域的供应商。这是增材制造的典型样品，在这里我们帮它减少35%的重量，它是拥有阀门组的执行器，使用在了A380当中。

我们现在研发和行业中有很多合作，这样的合作可以把我们的产品从研发层面提升到实实在在的应用当中，同时我们也会在德国有一些研发中心，比如说我们的增材制造中心，我们会有会员制，我们大概有30个公司是我们中心的会员。当然这30个公司来自不同的行业，比如说材料行业或者是汽车能源使用应用行业，不同的行业也是让我们觉得合作很有趣。因为AM工艺项目也是利用不同公司的优势。我们有一个非常棒的大学帮助我们工程方面进行很好的研发。不仅仅是将不同的研发行业结合在一起，同时也是把我们在城市不同的研发中心结合在一起，我们现在有50个研发中心共同去合作，可以帮我们开展不同的项目，包括即便是同一个大学不同的人员，他们之前并不认识，但是在AMCD工作之后就相互认识，还有其他的研发合作伙伴。还有一些双边合作，比如说增材制造技术中心之间的合作等等。

如何能够进行成功的增材制造，我们德国是怎样取得成功的。首先当然是能够进行合作，大家都知道formnext，它对于德国的公司很重要，德国公司之间可以相互认识，同时也可以帮助德国公司和国际的其他公司牵线搭桥，还有一些其他小型的会议活动。这些活动可以帮助我们结识更多公司和更多的研发机构。所以在幻灯片的下部大家可以看到是增材制造这个领域我们公司的经验是非常丰富，现在有37%公司都有相应的经验，如果仅仅看一下我们的机械制造，基本上50%的公司都是有增材制造经验的。33%的公司已经处于信息化的状态，所以可以让他们公司了解最新的制造领域发生的进展。

对于德国来说，德国在很多国际的领域上都有所涉足，德国在欧洲也有非常重要的地位。在欧洲德国对于增材制造领域是非常重要的。大家都认识这些LOGO，大家可以看到这里的数据，这些都是世界上领先的公司，在增材制造领域都是全球领先的公司。这些数据是跟德国增材制造相关的，关于全球增材制造的装机量和安装量，我们看到德国也是名列前位。在美国、日本、中国位于这三个国家之后，我们也知道中国是增材制造非常大的市场，对于未来的工程来说或者增材制造来说重要的一个点，我们要知道在本国有多少打印公司，如果你已经对增材制造有兴趣，所以你就可以了解这样相关的技术。德国有40%的家庭都已经拥有了3D打印机，超过了一半的德国家庭将会去购买3D打印机，所以不仅仅在行业当中使用，在家家户户，在个人领域也是有所应用，并不仅仅如此，对于我们就业来说也是非常重要。从这张图中可以看到与2017年相比我们现在有88%的就业增长是增材制造所带来的。主要在机械和设备工程方面，然后在汽车、医学、航空领域。这些领域增材制造都带来新的就业机会。