法国Alain院士报告:增材制造技术纵览

3D打印人物
2019
09/24
11:41
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IAME中国(西安)国际3D打印博览会暨高峰论坛
报告主题:增材制造技术纵览
报告人:Alain BERNARD法国国家技术科学院院士,南特中央理工学院教授,法国增材制造协会副会长(法国)

女士们、先生们,各位同行们,特别荣幸代表法国国家技术科学院来做演讲,给大家介绍我们系统的想法,我们从卢院士演讲中知道在整个行业中未来所面对的一些挑战,尤其在制造行业中所面对的一些瓶颈,还有一些本身的特点。我们知道在制造行业中整个世界范围内,我们有很多的方法,有很多的学科都被融入进来,我们确实是有很多成熟发展的阶段,但是在人本思想的驱动下,我们面对更多的挑战问题,我们需要更多研究员携手起来进行合作,也需要共同去发展我们的行业和工业,包括我们的信息技术,还有最先进的增材制造的一些理念和信息。我们提到有增材、减材、等材等等不断更迭变化技术的概念和技术的层次,我现在想要跟大家介绍更多考虑全景的内容。
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我想跟大家聊到最多的一点是在未来发展中一个产业链的集群,我们看到增材有非常广阔的应用,而且它需求的量也是逐步显现,不断地增加,我们在未来所使用的增材,当然是我们必须要让它变的更为高效,更重要的碰到的一个挑战性的问题,我们看到有一些破坏,我们使用过程中所产生的浪费,尤其是在循环经济中,循环经济最为提倡要提高这种高效的应用,而且也要考虑到生态环境的影响,在我们去制造和再制造整个环境中,我们看到这也是有很多应用的场景和应用的范围。我们有很多这种原件跟它进行对比,对它进行研究,尤其最近这一段时间,米兰理工学院研发出一些新的技术和新的应用场景。

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我们看到工业4.0的革命,其实我们演化出来最基础的制造业的场景,我们有很多的挑战,尤其是在灵活性、应用性等等的特点都是不断地突显出来,尤其是我们需要实现这种可持续性的制作业的发展,这是我们外来发展前瞻性的场景,而且我们需要对此基于非常大的考虑,我们看到未来的时候,我们需要看到很多的设备由不同的组件来组成的,我们看到整个产业链它的增速情况都是非常大的,尤其在未来后期发展中,在销售之后,它的后销售期会有更多的步骤进来,我们看到一些3D打印的部件和设计的设备,就像之前卢院士提到,在过去的发展中,尤其是在行业的发展中,尤其是在学术方面,我们很多的研究都是要不断地去铺开,涉及到各个层次和各个领域。

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大家看一下,我们总共有7个标准化的技术,我们有主轴性的,我们有很多不同的技术来帮助我们对设备进行更新换代,尤其在应用场景中,这是非常漂亮的我们需要做的事情,我们需要大家进行团队化的运作,尤其是进入到很多的项目中去,尤其在增材制造方面,我们会有更多的考量和考虑,我们有很多的设备。当然中国作为很强劲的竞争者,尤其在装备制造行业,中国的制造方会看到有法国的一些制造竞争者,尤其在未来的发展中,我们看到人工智能,以及电子设备它这种智能化的发展会带来更为广阔战斗的场景。

我们不仅仅是要关注异件的方面,我们还要放到整个产业链的方面,我们有不同的产品,产品类别是不同的,我们还要关注到功能性的产品,光生产是不够的,要有更多价值链的赋予,有很多专业需要跨专业,跨行业进行合作,这方面合作前景比较大,尤其是软件和硬件需要更多的结合,而且这也是非常明显的状况,像计算机、机器人等等行业的发展,也是不断地融合到增材制造行业中的。如果不是最为迅猛的这些技术浪潮的涌现,我们更多考虑到技术的层面。它整个价值链的铺开基于增材制造行业所展开的,我们需要对这个价值链有不同的切分,第一个部分是对价值链进行设计,我们需要对整个价值链的工作进行置备,比如原材料的部分,原材料是价值链最重要的一个部分。而且还有在整个原材料使用之后,制造之后,它回收处理的情况也是需要我们考虑到,在价值链循环处理的部分。

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可持续性的发展,还要必须在整个价值链实现可控的情况。我们需要对人才进行培育,我们需要让后期的生产人员具备相当的技术能力,具备相当的技巧和功能,我们不断地向前发展,尤其是在欧洲这个领域中,很多制作业也变的越来越有效,很多时候根据客户的下单情况根据定单生产。
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我们看最基础的部分,过程中我们越来越明白到一个非常重要的情况,我们在整个价值链中有很多的参与者,互相之间会产生互动的最主要的关键性元素,对于整个价值链我们想给它赋予价值的话,我们有很多的环节它需要密切进行整合和互动。我们需要跟不同的行业,不同的方面进行沟通,有些时候需要技术方面的咨询,有些时候需要对价值链进行管控。

另外一个部分增材制造业有哪些关键的参与者?从这张图中我们看到,我们在很多时候专家和学者有很多不同的争论和讨论,第一个部分是功能方面的整合最重要,我们现在大家打开来一个视野,我们在18世纪的时候已经提到功能的问题,我们在设计产品的时候,产品的功能是我们最为主导的一个因素,因为我们生产产品的时候就要考虑到这个产品是用于什么用的?从这个角度讲我们有融合的趋势,比如说对于具体的一些功能,我们对于市场进行调查,对于产品进行设计,设计产品的功能。这一部分应该是非常容易理解的,我们有很多的模子,我们生产车间会有很多的模具,这些都会帮助我们生产产品,让产品具有特定的功能,这也是取决于我们对于这个产品所赋予的功能的定义,来去更多的考虑这部分,其他的技术来比较,像材料学和其他的学比较,我们更多基于需求进行生产,而且我们还有探测器的部分,我们可以放入智能化的东西,我们可以通过遥感器或者探测器来获取最基础的信息,从而进入下一步的发展。

我们必须考虑到智能化的问题,我们会设定一些特定的结构,这些结构会有特定的功能,比如说它会具备保形冷却的功能,减震的功能。右边的图是一个医疗器械,在我们生产的时候,这是非常独特的医疗器械,它是精准的测试的仪式,采取了机器人控制的原理,我们需要对功能进行整合,对于增材制造方面,我们需要把我们的关注点放在材料使用的层次,我们要减少材料的需求,我们可能需要一些新的材料,这些新的材料非常贵,我们使用的时候就要尽可能优化材料的使用。

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现在阶段我们可以使用很多的软件,软件会帮助我们的设计者选择最性能优良的,对产品性能特别匹配的材料,有些时候我们需要把一些材料的性能进行优化,比如材料的量需要对此进行改良,或者对它进行增量,有些时候我们对它的密切进行很好的改良,比如增加它的密度,需要有30%材料的减少,我们就可以设模对它比较,那种材料更适合我们产品的生产。这部分中我们如果选择对的材料,可以更好更优化减少材料的需求,这也是一个平衡的过程。如果说大家有很好的检测,也只是在未来性能考量的部分中,我们需要有这样一个模拟的过程来考虑材料的性能。

另外一个部分是我们所要看到的零的额外的费用,比如有很多除了结构性以外,它材料具有相对的复杂性和多样性,比如在20年之前,我们有一个非常复杂的设备生产我们的产品,在瑞典瑞士和其他的欧洲国家,我们有大规模生产的需求,所以在大规模生产需求的时候要考虑到制造业的制模。在一些其他的领域,尤其现在社会的发展过程中,我们有很多大规模生产的设备,我们研发了很多家用性的产品尤其是具有同样生产功能的,大规模产业功能的家庭性的设备或者产品。但是我们一下子就可以把它的成本更好管控下来,把成本降下来,也是同样一种类型功能的产品。

最底下左边这个图也是我们产品在设计之初,我们就使用了增材制造的工艺和方法,设计的时候设计是非常复杂的,因为设计很多想法是不断地要柔和,在卢院士的讲解中,我们知道创新性是非常重要的,因为很多创新性是多领域,多学科的一种跨学科的延伸,它可以帮助我们实现复杂化和多样性的功能,我们为了更好推进这个部分的发展,我们还要考虑到生态的问题,这是给我们的环境带来越来越少的影响,我们需要非常具有创新性的想法,在这个行业中不仅要做到精准,甚至要提高我们科技的能力,但最重要的一部分是要有新材料的引进来做创新。

我们也需要去改善其他的一些方面,比如说像其他新的法国的公司,他们有的时候会考虑,比如操作机器的人,机器的运作会不会对人身带来一些影响?所以我们更为考虑人的安全和人健康的情况,这是比较人本主义的一个想法。我们更多考虑到备件的问题,这主要是根据客户的需求进行量身订作,一旦客户有需求,比如需要5个不同类型的功能,或者在任何地方,任何时候,我们只要能够知道客户的需求,如果说这个客户的需求是航空类使用还是海洋方面的使用,我们就可以很快找到相关精准对接的模型,来对此进行装配件的制备。我们还要考虑到数字化的物流体系,从设计开始已经有物流的存在,到产品生产之后进行配送,也是跟我们的电子物流息息相关,我们未来想要减少整个生产环节中的浪费,所以也是要优化数字化的物流网络,尤其在整个世界范围内,我们看到有很多海上陆上,以及各种类型的交通网络。我们现在看到中国的基础设施建设非常强大,我们想要把价值链更好地发挥,就要考虑到数字化物流的网络。
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数据为王,我们有很多的技术在这一块可以使用,我们有更多标准化的制定来更加强价值链的价值,提供更多附加价值。在这部分发展中我们应该整合各个不同领域的技术,像制造行业中的格式化,还有我们整体展现的技术,我们看到有很多的挑战展现在我们面前,我们一旦设计出来产品,我们应该更多考虑到我们不再需要工具,我们有很多空间可以弥合,有很多技术已经非常成熟了。像市场方面我们有很多的竞争对手,有一些传统的产品我们会碰到很多的竞争者,我们最主要碰到的挑战是原材料的问题,原材料直接影响到我们产品应用的范围,对于同一个批次的原材料,我们可以达到最高级别的标准。最上面的图片,有些时候我们需要更多减少在整个价值产业链中对材料的浪费,右边下边这一幅图,我们有6家设备制造商,所以大家可以算一下他们一个月的产量大概有多少,我们现在变的越来越高效。

左边这幅图是一个批次的产品,主要是生产轮胎的产品,像汽车行业中轮构的生产需要很多产品这就涉及到装备制造业,所以我们需要往这个方向发展,这个产品需要很多年的使用,所以要考虑到它的持久耐用性,我们也运用到了3D打印技术。

最后一个部分是高效性,我们需要降低风险和很多的挑战,从这个角度来看,这也就是为什么我们今天有这样的会议,我们也有很多摄像头在我们的技术中。在三个月之前,我们有很多合作的人根据这种技术做相关的合作,尤其像中国的一些企业,我们可以更多跟他们取得合作,在这个图片中有很多的产品,产品的类别非常多样,我们有很多产品的设备,我们需要把它放再一个系统化的构架中去考虑。

最后一个部分我想跟大家更多阐明一个问题,我们功能可以更多的设计,但是在增材制造行业中有很多不同应用的场景,当然我们可以根据需求进行生产,从这个角度讲,我们可以很好地降低产品原材料的使用,根据数字化的情况,我们有很多数字化的技术,帮助我们获取最基础的信息,更好地优化我们的价值链。在两年之前我有机会参观北京合作伙伴的公司,同时我们看到整个铸造和制造业确实沿着这个路线图去发展的。

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对于结论的部分,我们能做的事情还有很多,卢院士刚才给大家展现出来很多应用场景,新材料的涌现我们会变的更为灵活,我们有更灵活的装配件,很多不同的制造阶段中,这些功能会不停地整合,尤其是对于配件的量级,它会变的越来越大,比如说有些时候,它有向宏观和微观发展的趋势,像微观领域中会发展到纳米级别,我们可以看到在整个设计中,增材制造可以考虑这个零件的设计和材料的特性,而且制造后可以考虑到产品种类和定制的问题,我们需要使用必要的材料,而且减少能源的消耗,减少制造的时间,而且减少对环境的影响。

我们需要强大软件的支持,需要大量验证的过程,所以我们需要很多模拟性的工作,当然这不是一件简单的事情,我们需要建模,进行很多模拟的实验,这些实验都要变的更为高效,这些实验促进产品走向生产的进程。如果这些产品智能化之后,我们需要对它进行控制,比如现在有很多热源的选择,像电弧,电子束,激光束,新的热源不断地产生,我们在整个向前推动的过程中,我们已经在法国取得了一些比较好的项目。我们整个环节都是对它进行监控的,在产品生产链的中间,还有产品生产之后的环节,如果想要实现生产力的提升我们都是非常有信心,我们需要不断地开发和研发,更好适应产品产业技术发展的趋势,尤其是在不同领域中形成不同跨界的融合,

在很多其他方面中,我们都有一些瓶颈需要突破,很明显,我们至少有一个更强劲的对于智能设备的控制,我们有非常大的独特性。增材制造有很大的独特性,它有很多不同的步骤和阶段,比如它有智能化结合的阶段,也有和机器人结合的阶段。如果可以的话,我想给大家用一个简短的视频做结尾,这个展现增材制造工厂的未来,首先我们有一个控制室,在这个控制室可以决定预算,并且对此进行扫描,制造阶段会对设备进行考量。这个盒子有循环使用材料的过程,我们有很多的解决方案,对于在整个盘子上面很多零件对它进行分类,我们会发现有一些可能的问题产生,对此进行监控,我们会有系统的步骤,这就是我们增产制造工厂未来的场景,我们会变的越来越灵活,而且未来就在我们眼前,而且会有很多机器人进入到我们生产的环节中去。

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我们现在做一个总结,我们需要强调在生产过程中技巧和技能的打磨需要对此进行培训,我们需要支持数字化的发展,尤其是开发更多强有力的工具,帮助我们更好进行生产。而且我们必须更多了解到功能性是最主要的产品的特性,要以产品的功能性为主。当然,我们也是未来产品技术发展的先驱者和领导者,我们希望中法之间能够建立合作的纽带,尤其是作为工程师的领域,还有法国技术部门,我们需要有更多新的技术层次,更多进行深度的合作和讨论,谢谢大家的聆听。



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