2020年中国多家金属3D打印粉末厂商出货将达100吨以上

3D打印直播
2020
08/24
14:11
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2020年8月20日-21日,中国增材制造产业发展芜湖(繁昌)高峰论坛暨2020年中国增材制造产业年会在安徽芜湖市举行,此次年会由工业和信息化部装备工业发展中心、安徽省经济和信息化厅、芜湖市人民政府指导,中国增材制造产业联盟主办,繁昌县人民政府协办,南极熊作为支持媒体对本次会议进行了直播。
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在“产业化推广论坛”上,中航迈特粉冶科技(北京)有限公司副总经理张国军主持了本次高端对话。下面是现场文字速记。
△视频:中国增材制造产业化推广论坛高端对话

主持人:中航迈特粉冶科技(北京)有限公司副总经理张国军
嘉宾:
  • 江苏威拉里新材料科技有限公司常务副总经理许荣玉先生
  • 安徽工程大学教授黄仲佳先生
  • 中科院金属研究所副教授杨柏俊先生
  • 安徽中体新材料有限公司总经理沈宝祥先生


张国军:来自于中航迈特粉冶科技(北京)有限公司,总部位于北京市经济技术开发区,公司下设河北廊坊、江苏徐州两个生产基地,同时设有深圳、香港两个全资子公司。公司主要以液态金属雾化—快速制造技术为核心,开展增材制造金属粉末材料、5G新材料及智能粉冶装备等业务,致力于航空航天、数字医疗、汽车模具等增材制造材料的研发制造,主要服务国防军工和国家重大工程建设,是国家级高新技术企业。
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当今航空航天、汽车制造、模具应用的快速发展,也给增材制造技术带来前所未有的机遇与挑战,增材制造是国家制造强国战略,强化产业创新的重要方向,国家也将增材制造产业发展上升到国家的战略层面。技术创新的层面,材料先行,那材料是3D打印的基础和核心,决定3D打印技术的未来和应用。


如何促进金属3D打印材料的产业发展?

金属3D打印材料行业的发展,需要解决的问题包括:
适合3D打印材料的牌号还较少、微结构—性能的本构关系的认知、成分-组织-性能协同优化及数据积累、热处理强化机理等;
原材料自主可控发展、工艺过程及质量一致性控制、工程化生产中合格率、生产效率、批次稳定性和可靠性,行业标准制(质量控制、验收、考核标准和规范等)。

请几位嘉宾分别发表各自看法和促进增材制造材料产业发展的建议。

3D打印金属材料牌号要有自己的体系
因为增材制造设计的材料现在主要还是沿用以前的锻件牌号,增材制造的工艺特点决定冷速快、组织和锻件有区别。现有的材料体系和增材制造的工艺匹配性是不高的,对于高校和企业来说它的主要问题应该是研发出适合增材制造工艺技术的独有材料体系或者牌号。

不同行业需求,定制不同的3D打印金属材料
许荣玉:我结合威拉里的情况说一说。现在增材制造在国内已经发展得非常好,从业人员也很多了,发展势头和市场增速都非常快。我们主要是从应用端出发,以应用的需求来引导公司的产品开发。各行各业在材料使用过程中的诉求都不一样,比如模具更要求物料接触面的性能,航空航天关注高温力学性能和内部缺陷,医疗行业在意生物相容性等。我们针对具体的应用需求和工艺要求,开发特定专属的的牌号,也有根据使用情况对现有的成分进行调制,到目前为止已经有十多款新材料。

另外我们也在高性能材料体系的研发上做一些探索。举个例子,我们和上交一起做的陶瓷铝合金粉末材料,在商飞等领域已经有了应用,强度可以做到530MPa以上,并且可以针对不同的力学性能、不同的模量需求,可以进行设计定制。但是这些工作还是远远不够,还有很大的空间需要做。威拉里新材料是徐矿公司投资组建的公司,母公司徐矿集团是国内大型的能源集团公司,公司下辖的很多煤矿的井下条件都各有不同,比如岩层、瓦斯、酸碱度等,各个工况都会对材料都会有专门的性能需求,类似这样的需求案例还有很多,威拉里也希望各位能和我们一起投入到新材料开发的工作中来。

技术改进降低材料成本
沈宝祥:我们安徽中体新材料有限公司总部在加拿大,技术是从加拿大引进过来的,我们的宗旨就是通过技术改进从而降低材料成本。3D打印技术最原始是在材料,如果材料成本很高,无形就制约3D打印行业的发展。所以我们所做的事情,所做的研发在能保证材料质量和各方面性能的基础上,尽最大程度降低材料成本。在降低成本的同时,不断拓展开发应用市场。

应用取决于哪里?我个人认为是设计方面,就像安世亚太从最开始的设计方面能了解到材料的成本可以很低,同时在打印的设备和服务方面尽最大程度降低成本,如果能达成不仅航空航天、汽车、医疗行业,而是在一些民用的比如家电,散热器各方面的器件等等都可以应用到金属材料。那时我们讨论的问题就不是材料的性能怎么样提升,而是怎么样更快速推进产业化发展,如果到那一步在座的同仁才能活得更好、走得更远。

应用端太缺3D打印材料
我对材料这块的了解主要是从市场,因为我自己是应用端,比如我想做高速钢零部件的打印,但是找不到能打印的材料,不知道在座的各位有没有能打印的高速钢?有没有这个系列?从应用端的角度来看,金属材料目前能打印的品种还是非常缺,目前能打印的还是很少。

刚才讲成本问题,成本现在也是一个问题,但是我觉得成本是个事,以后肯定不是事,我们可以想计算机的发展情况,十年前一台计算机六千块钱我们觉得很贵,到现在计算机还是六千块钱,很多新的事物发展都遵循这个规律,所以成本需要一定时间沉淀。但是应用端比如现在对材料需求,据我在市场上看到的远远达不到空缺,很多地方是买不到材料的。这是我从应用端感受的。

3D打印行业如何抱团取暖?


张国军:
感谢几位嘉宾发表的看法,实际上3D打印的材料是非常基础也是非常重要的一环,我们作为粉末材料企业深有感触,通过产学研用高效结合一直是促进增材制造材料、工艺非常重要的,我们在材料、性能、工艺优化乃至于数据积累都是非常有利于助推增材技术的发展,我们产业界最高兴的是把产品性能提升的同时批量化生产,才能提高我们在国内市场的占有量,同时和国外的材料商在性能上进行配对比,批量生产出高品质、高性能、低成本的3D打印金属粉末材料。

3D打印是一个大的产业链条,涉及材料、装备、工艺、服务等产业模块,近些年国内也涌现了一批优秀的增材制造企业,随着增材制造技术的不断发展,供给不断增强,生产效率获得大幅提升,成本进一步下降,批量制造已经成为必然趋势,规模化应用也看到了,五十台上百台规模化的3D打印企业。

在增材制造发展过程中,产业端也会面临很多问题,比如创新问题,核心竞争力的问题、品控问题、产能问题,还有利润、资金等等问题,都是发展过程中的痛点。针对于这些痛点,再加上现在国际形势的瞬息万变,还有在国家层要求的国产化的替代,从材料、装备、工艺、服务最后打印真正国产零件。

所以针对现在大的环境,再加上3D打印这几年的发展,通过我国的增材制造现状,我们怎么才能更好地把增材制造材料、装备、工艺、服务做到良性发展的同时做到较好的生态构建,怎么样进行抱团取暖?希望几位嘉宾在这几个方面给出看法和意见。

优势互补、产学研用
最近增材制造产业涌现很多优秀企业,包括国内的,但是现在各家企业有各自优势。我觉得如果想把这个行业做大,首先合作达到优势互补,另外要加强产学研用(合作)或者整套标准化体系的建设,这需要政府引导,把国内的优势企业集中起来,拓展应用范围,因为现在增材制造的应用范围还是集中在航空航天和医疗,说是很大,但它还是很窄的,如果想拓展这个应用范围,增材制造这个技术需要有些原创的驱动力,这个原创可能要结合增材制造的特点,这个特点怎么拓展新的方向,让大众能接受增材制造,那我想增材制造以后会发展的越来越好。

许荣玉:怎么样让国内3D打印环境更加健康地发展?我觉得还是要把事情做扎实,不要着急。今年在疫情影响下,但是市场应用是有比较大的爆发。在这种情况下,我们要能做一些取舍甚至做一些减法,把原来可以用于生产多赚钱的设备留一台出来做研发,做材料体系的研发。但是光靠企业来做,我们的研发人员最多也就是几十个人,会自己侧重点,很难做到面面俱到。 如果在材料体系的研发方面,高校、科研院所能够和企业更好地结合把国内市场的大循环利用起来,利用大循环让大家真正有机结合在一起,不会盲目、重复的投入,结合应用点把产学研用这一块做起来,这样我想对行业的健康发展有些帮助。

设计先行,民用化可以大力促进产业化
沈宝祥:产业化发展的前端是在应用设计方面,我看到很多在欧洲和美国他们的设计公司设计能力非常强,在民用方面传统行业中它的设计思维和可利用的领域远远超过我们想象,所以我是希望在中国看到更多的非常优秀的设计公司,能从应用端大家能接触的行业中能使用3D打印增材制造的技术,只有这样我们的材料、设备、打印服务,从根本上促进一个产业链的方方面面发展。
所以要把产业链做大做强,第一步先从设计开始,包括在行业内的人也是无论是做行业还是做设备还是做打印服务,首先要让设计公司了解到我们的潜力是什么。比如在民用行业对成本要求非常高,我们能把成本降到什么样的地步?设计公司了解到之后他们再设计出来很好的产品之后,考虑一下这个是可行还是不可行?大家能不能用?如果天马行空地设计之后,成本一看与航空航天差不多,那民用想都不用想。所以设备、打印、材料、设计多方面降低成本,从而民用化,民用化就是产业化的基础。

3D打印设备和材料要充分结合
我们现在大概分成4个环节,一个是设备、软件、服务,服务是很重要的环节,但是我们再往后看,我觉得以后在3D能走出来的一个是设备一个是材料,我不知道在座有没有往前看的眼光,因为我在材料领域做了很多年,我们不管是从传统的焊接还是锻造,锻造可能对设备或者材料都是比较重要的环节,比如焊材,做好的焊材的材料并不是做焊接服务的人,而是做材料的人,做设备的人。3D打印以后肯定也是往这个方向发展,谁做设备做的好,谁做材料做的好,才能在这个行业做在前端,做服务是不可能的,在安徽能做,我在北京也能做,做不到影响力。从这个角度来看,我觉得我们做材料可能需要和做设备的人联合起来,怎么配合?这是很大的环节。
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多材料金属3D打印可行吗?


观众提问:您好,我是来自无锡的,现在是在芜湖太湖学院自动化系,我本人是繁昌人,繁昌3D打印前段时间我说我去看一看,看了以后感觉很震惊,所以希望能够校企合作以后,主要是以培养学生为主,我把自动化的学生放到企业界实习,因为自动化的学生不断面对3D打印,还对无人机、工业机器人等等。

我就思考一个问题,因为今天是增材制造与产业化推广,3D打印是个性化产品,个性化产品如果走进民用,从航空、汽车走进民用,我本人以前是搞电机的。我一直在想电机研发过程很多要开模具的,在电子转子有钢材、有铜,3D打印能不能在这方面进行多种材料的打印?研发的时候打印转子。因为3D打印个性化怎样进行产业化推广,让产值上去。以前高校以SCI论文为王,我个人认为我们国家资金不能仅仅是以SCI,而应该以解决企业的真正问题(为王),跟企业沟通,把经费真正用于企业技术难点上,考核高校应该以这个方面来考核,国家那么多的资金投出去,只发表SCI论文我觉得是不应该的,这是我作为繁昌人为政府把3D打印做成这样感觉很高兴,同时我们怎么样产业化?怎么把市场做起来?和材料有很大关系,和设备也有很大关系,和市场也有很大关系。

我就想问一下,我们的3D打印能不能多种材料打印?这样民用市场会很大。谢谢。

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许荣玉:我回答一下您的问题,您刚才提到的问题更多是工艺实现方面的问题,据我了解目前在送粉方面,国内的装备和工艺,其实已经有很好的解决办法,铺粉方面在西工大、华南理工也有一些尝试。至于你说的多材料我和中国矿业大学也做过这方面的研发,是一些包覆材料,还是比较基础的研究。在我们这个新兴的行业,研发工作需要项目的支持,或者学校和企业之间联合来做会更加高效的推动。

国产的合金粉末材料为什么不过关?


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观众提问:各位老师,各位专家,我是1997年接触激光的,我们国家的合金粉末到底为什么不过关?一直到现在不敢用,包括高温钛合金、铝合金不敢用,性能不过关,我们有什么好的方法?是什么原因?

嘉宾回答:

实际现在合金粉末的制备涉及到很多东西,首先就是原材料。最开始你要选矿,杂质的控制,我们买来的原材料和国外的提纯技术差距就很明显,这是制约行业的痛点。我们现在的母合金原料,如果我们选择国产,那和国外的提纯技术有一定的差距,我们做出来的合金粉末流动性或者外观这些和国外是没有差别的,但实际用激光烧结或者打印的时候就发现和国外的差距。

从合金粉末的制备工艺或者设备来讲这个差别是不大的,因为现在大部分引进的应该是气雾化或者电极技术,有国外的产品也有国产设备,从装备和工艺来讲粉末生产的企业是可以达到国际同类水平的,但是制约我们的是原材料的问题。如果我们用国外的材料,成本也是限制企业发展。

沈宝祥:为什么会觉得国外的粉比较好?个人觉得首先目前3D打印一般是用粉末床工艺,首先都是从国外的设备开始,原先设计都是以国外的标准为核心,比如SLM solutions还是EOS,首先在粉末上面我们用惯了他们的参数,随着国内的技术发展、制粉设备和制粉工艺以及一致性和质量提升,和国外相比已经不是那么明显,相差没有那么大,国外传统的粉末供应商质量好毋庸置疑,但是比如我们以铝合金为例,你说他们比我们好吗?真不见得,无论是流动性也好还是氧含量也好不比它差,而且价格还比它便宜。主要就是我觉得传统认为国外的好,因为是用他们的设备,对粉末和参数设定会有一定的保护,高强铝,空客有的发明专利,但很多国内做粉厂家在模仿或者接近,有很多家在做高强铝,这也是国内相关同仁在努力的方向,当然做这个粉不难,难的是把它做得更好,而且还是不侵权它的专利,这是核心。

许荣玉:台上很多做粉末的企业年龄最大的也就五六岁,国外的这些企业大部分都是成年了。做粉末和做其他行业一样需要有应用数据反馈,来进行提升、升级和迭代。前几年都处于成长发展阶段,但是从2018年以来,金属粉末的用量有很大的增长,今年我们这几家应该都差不多出货量达到在百吨以上,粉末越稳定使用的客户越多,反馈的数据越多,金属粉末材料快速迭代,现在已经非常稳定,已经能和进口的优质粉末相媲美,在一些单品上还有领先。除了材料体系的研发,还有制粉装备的自动化,现在有很多制粉装备是依靠经验积累数据,通过管理控制,如果在装备能有些自动化的东西,减少人为因素的影响,这样减少操作人员的技术依赖和经验依赖,粉末品质也会更加稳定。至于高强铝,一会儿下来跟你们聊聊我们的陶瓷铝,这个强度也是很大的。



张国军:我们材料的同仁,心里是有底气的,国内的材料企业,可以说做的高温合金、钛合金、模具钢、铝合金等合金粉末材料完全可以达到使用要求了。我再从三个维度来说一下。
第一个我觉得是增材制造行业规则。因为中国的增材制造产业发展之初大部分是国外进口打印机,要求匹配国外进口粉末,所以当时国内金属粉末材料应用还比较有限。
第二个维度是成本和核心装备。刚才说我们母合金熔炼的核心装备主要集中在国内的大院大所和钢铁企业,生产的母合金质量尚可,但是价格偏高,导致国内的粉末制造商生产粉末的成本较高。
第三个层面是国内大型打印装备快速发展,国产的3D打印机应用快速发展,国内也涌现出2-3家打印装备媲美国际,这个时候材料商和国产设备商进行良好的互补合作,研发更宽工艺窗口的合金粉末材料,才能得到批量应用,再加上这几年的市场需求量的提升,我们这几年金粉粉末材料出货量连年攀升,国产材料有信心,将来用国产材料、国产装备打印出真正的国产零部件指日可待。
现在整个增材制造产业发展趋向于综合解决方案的提供和解决,拿高温合金来讲,通过这几年和军工和配套单位的配合,从使用不同工况、不同环境下要求高温性能,通过材料成分设计-粉末开发-打印验证-性能评价一整套研发生产测试体系,目前中航迈特已经开发出几十种成熟的适用于3D打印合金粉末材料,每一种材料都包含推荐的打印工艺参数包、后处理工艺参数包以及常温高温性能数据等。






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