3DSystems邓瀚诚：端到端解决方案持续创新助力数字化增材制造

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。

△美国3DSystems的售前应用经理邓瀚诚

在“产业化推广论坛”上，美国3D Systems的售前应用经理邓瀚诚先生做了《端到端解决方案持续创新助力数字化增材制造》演讲的现场速记。
△视频：邓瀚诚《端到端解决方案持续创新助力数字化增材制造》

邓瀚诚：谢谢增材制造产业联盟给我这个机会作一个分享，我今天给大家作的分享是3DSystems在增材制造端到端解决方案最近的创新成果。我的内容主要分为三个部分：第一个部分给大家介绍一下我们3DSystems以及最近在数字化高速增材制造领域的新技术。第二个部分会介绍新技术和数字化增材制造直接应用在生产上面。第三个部分直接对这个材料作一些评价和分享。

首先简单介绍一下我们3D Systems公司。

图上所示是我们公司的CTO，他在1983年发明全球第一款成熟的3D打印技术，公司成立于1986年，1988年销售全球第一款用于商业化3D打印的装备。通过30多年的发展，3DSystems成为一家覆盖3D硬件、材料、软件以及按需定制服务的一家综合服务商。3DSystems的3D打印产品很多，有尼龙材料，有蜡型材料，有树脂材料，有金属直接打印，也有彩色打印等等。在我们的产品线中，3DSystems自己开发了3D打印软件，旗下还有专门的三维软件产品，还有专门用于医疗类的软件产品，在3D打印材料上我们在一些特种材料也有自己生产的产品。

通过产品线和我们的策略架构，3DSystems希望能够帮助用户实现端到端的基于增材制造技术的生态系统。可能包含数字化，包含设计原理，包含增材制造，包含品质检测和过程管理。在这些过程中，逐渐帮助用户提升生产力，提升增材制造的耐久性，提升它的重复性以及降低总体运行成本，使得增材制造能够在数字化生产方面有更广泛的场景。

我们使用的软件解决方案是3DSystems自己开发的，对于增材制造数据环境而言软件是非常重要的环节，因为基于的都是CAD数据，这个数据可能是设计数据，可能是再优化的数据。我们自己开发的远程软件它是3DConnect，对于3D打印的产业化用户来说往往快速打印是非常重要的附加值，对于硬件装备能够尽早地去诊断出它可能会发生的故障，远比出现之后再进行技术支持更加重要。有了这些新的远程装备对于设备的硬件状态进行实时了解以及实时诊断和通知，可以帮助用户在可能出现问题之前进行未雨绸缪的准备。

刚才是传统的解决方案以及端到端的场景。

第二部分是介绍这一款比较新的技术，Figure4非接触连续式的DLP数字投影打印技术。它通过反向投影一个光源，优质的树脂材料和基于UV光固化工艺的模块化和可扩展的制造解决方案，其中UV光固化工艺只需几分钟的时间。Figure4的系统结构更稳定，这个技术的特点速度非常快，因为低静态体积打印托盘结合非接触式技术的打印速度，最终零件品质和材料成型性能更高，包括韧性、耐久性、耐高温性和弹性体性能的改善。包括单机还可以扩展，以及自动化的产品。目前，这个技术的尺寸相对少一些，大概是6寸左右，在高度可以做到200-350毫米不等。

随着高速的低单体成本，同时性能有所提升之后利用3D打印做塑料原型件的生产可以由更宽泛的和产生的3D打印生产作一个替代或者复合的场景。大家可以看到这个成本曲线，它和注塑成型相结合会越来越宽，一会儿也会介绍3D打印取代中间的方式就是真空浇注。

Figure4使用的方式都是单组分的树脂，随着我们自己的开发研究不同的应用场景包含耐高温弹性材料等等。

最重要的这样一款材料PRO-BLK10，这是目前最佳的生产极材料。在做拉伸实验的时候发现这款材料和普通的相比它有仿热塑性行为，不会发生脆性的断裂，这也代表这款材料在目前有非常好的性能。

当这个材料性能有提升，我们也可以嵌入到生产上，这里要介绍的是堆叠嵌套的概念，所谓的嵌套就是把一个批量多个零件的工作通过嵌套的方式实现多层的打印，这样就不需要在一层打印进行反复翻转。为什么过去其他的3D打印技术不会用到这个工艺方法？3D打印的时间效率非常敏感，所以过去的技术不会用到这个方法，但是由于非接触连续性的光固化技术解决这两个问题，而且由于DLP投影在高度上面可以做得比较高，所以可以利用嵌套的方式实现短时间内的高速大批量的翻转。

这个就是在125×70×350毫米的尺寸上一个一百多个套件生产，在5个小时内。这是在过去无法想象的。它的处理方式和其他的光固化打印技术比较类似，也是清洗、干燥再做二次固化，以达到我们官方标定的性能。 在支撑的比例上面，这样一个几百个零件的生产批次里，我们6.8公斤的材料消耗当中有6.5公斤最终成为零件的输出，只有0.3公斤是支撑的消耗。在我们的机器和其他的3D打印机器一样也有自己直接使用最终产品装在上面进行成品的生产。

关于这个技术可以介绍小批量生产怎么取代聚氨酯。为什么会引用聚氨酯浇注的技术？在十多年前3D打印刚刚进入小批量生产市场的时候，3D打印没有办法解决两个问题：一个是材料性能的问题，聚氨酯正好成为3D打印和注塑材料中间的一种选项；第二个没有办法解决时间效率的问题，所以会用3D打印通过翻模覆膜的方式进行几十件小批量的生产。随着材料性能解决，随着生产效率也越来越高之后，直接3D打印它可以有非常好的取代聚氨酯浇注的方法。

我们以一个零件为例，如果使用浇注方法用3D打印，比如原型件可能消耗半天或者大半天的时间，然后要开一个硅胶模也会消耗半天时间，得到一个零件首件肯定是第二天，一天8-10小时可能实现4-5批次聚氨酯浇注生产，这样进行25件生产的时候可能需要一周的时间。如果你使用我们这个材料每个班次做12个零件。这样就可以得到一个效率曲线，这个效率曲线在过去单纯是3D打印技术是没有过的。

在一些更复杂的比如汽车内饰的出风口内外框，外框可以用聚氨酯浇注的方式。像这样一个结构我们有5套内框和外框在6个半小时之内实现打印和生产。这样一来我们和真空浇注比较可以实现当日直接交付首批零件，并且在同一时间范围内生产的零件更多，有更小的设计限制。第三就是可重复的精度和光洁度。

最后一部分会共享这个新的技术关于材料的评价。

第二款材料是抗冲击性的材料，这款材料典型特点就是抗疲劳有更好的表现，它在无缺口的悬臂梁式抗冲击实验中不会发生断裂。

在医用材料上我们也有不同的材料种类，生物相容性，另外这个材料本身还可以满足对透明度或者是耐高温的要求。300-AMB有非常高的耐高温性能，无需后道热处理工序。

看一下以这款耐高温材料做的容器。这个价值不仅在于进容器内壁接近100度沸腾的水，因为沸腾水蒸汽会发生凝固，凝固放热过程中会对容器内壁的影响更大，会比单纯接触一百摄氏度沸水影响会更大。

随着我们做的数字化产品越来越多，抗压、减震或者密封的应用场景也会需要3D打印，也有对应的弹性软材料解决方案。

最后分享一下我们理解的材料对于3D打印技术应用于直接生产上需要满足哪些？第一必须要有全面的、一致的数据表，最好对生产材料有一个长期的抗性研究，过去在光敏树脂领域这一块研究相对比较少。我们看一下第一个就是在机械性能的各向同性上，这个技术最重要的就是性能要比其他非金属的3D打印技术要好很多，大家可以去官网参考我们给大家提供的延展页，我们在延展页第一个提出的把所有各向上的机械性能数据也提供给用户，当用户实现小批量生产的时候进行工艺预设和摆放的过程不用考虑机械性能的局限对生产方向的限制。

长期环境稳定性我们也做了研究，我们在长期的等效实验当中，室内可以达到7年，室外可以达到1.5年。在环境油液相容性上，如果汽车用在动力相关的部件不是简单的内饰件，功能件或者生产零部件一定会要求与一些化学液或者油液接触，我们也做了一些研究，将一个生产出来的靶向数据作为一个参考，拉深强度和抗冲击等等放在里面，然后把不同的油液或者化学液进行长期和短期接触，看数据变化，相对来说性能变化更少的化学油液对这款材料更适应。

生物相容性内容之前有提到，就不再赘述了。

我今天的分享就是这些，谢谢大家。