SLM Solutions 馬建立：選區(qū)激光熔化技術(shù)的工業(yè)化進程

2020年8月20日-21日，中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇暨2020年中國增材制造產(chǎn)業(yè)年會在安徽蕪湖市舉行，此次年會由工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)發(fā)展中心、安徽省經(jīng)濟和信息化廳、蕪湖市人民政府指導，中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟主辦，繁昌縣人民政府協(xié)辦，南極熊作為支持媒體對本次會議進行了直播。

△德國SLM Solutions亞太區(qū)總經(jīng)理馬建立先生

在“中國增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展蕪湖（繁昌）高峰論壇”上，德國SLM Solutions亞太區(qū)總經(jīng)理馬建立先生發(fā)表主題演講，題目是《滿足高質(zhì)批量生產(chǎn)的選區(qū)激光熔化技術(shù)》，以下是本場演講的現(xiàn)場速記，經(jīng)大會組委會授權(quán)發(fā)布。

△視頻：馬建立演講《滿足高質(zhì)批量生產(chǎn)的選區(qū)激光熔化技術(shù)》

馬建立：很榮幸能夠參加這樣的活動，在今天也聽到了非常多的行業(yè)同仁分享了非常深入的增材制造方面的研究，今天我和大家分享的主題是針對我們公司的主流技術(shù)選區(qū)激光熔化技術(shù)的工業(yè)化進程。因為這個技術(shù)相對于其他的材料工藝來講還是比較年輕的，但是目前很多人都在說我們處于什么樣的階段 ，什么時候可以真正看到大批量的生產(chǎn)，現(xiàn)在市場的容量到底會有多大？我以一家德國企業(yè)的視角和大家分享我們在這個階段的觀點和進展。

對于增材制造的市場潛力，有各種各樣的渠道可以看到各個不同的調(diào)研機構(gòu)對這個市場的預測，我在屏幕左邊采用的是來自Wohlers  Associates 2020年的版本。2009年開始我們可以看到一些工業(yè)化的應用，過去十年一直保持高速的增長，尤其過去四年平均增長率將近25%，而且在未來它還有大幅增長的趨勢。他們預計從2019-2020年整個增材市場的產(chǎn)值會達到1175億美金，換算到2019年的產(chǎn)值正好是10倍，十年有10倍的增長率，年化平均增長率大概在25%左右。這個10倍的增長從哪里來？除了我們剛剛看到的航空航天一些高附加值、但是保密度極高或者科技含量極高的應用領(lǐng)域之外，它還有很多的機會可以進入到平常百姓家，進入到日常的產(chǎn)品包括汽車行業(yè)，常規(guī)的機械部件也會用到。所以我這邊舉了鑄造行業(yè)的例子，大家知道全球鑄造市場的規(guī)模大概在1240億，中國大概在5千萬噸的規(guī)模，大概占到全球總量的48-52%，這已是全球非常大的載體。
在1240億美金當中以鋁合金為例，如果我們在鋁合金的壓鑄市場當中增材制造能夠占到二十分之一的比例它也有將近100億的市場。所以我們并不是要取代所有的傳統(tǒng)工藝，我們只是大量的現(xiàn)代化體系當中找到適合增材制造技術(shù)發(fā)展的區(qū)間，就得以容納非常大的市場份額，同時也得到很好的回報。周一我剛收到德國寶馬公司允許我們對外分享的消息，他們剛剛把選區(qū)激光熔化技術(shù)的生產(chǎn)體系的認證和質(zhì)量體系的認證全系列的認證和檢測以及公司內(nèi)部標準全部完成，并正式發(fā)布白皮書。從他們的報告中可以看到，工業(yè)化增材制造已經(jīng)走入現(xiàn)實，我們演算了一下，如果我們在效率和成本或者最終的制件成本能夠降到現(xiàn)在的一半，在寶馬公司可以找到比現(xiàn)在空間容量大近十倍的空間去做增材制造技術(shù)的推進，所以市場潛力我想大家還是要保持非常大的信心。

△金屬增材制造漸成主流：大量成熟工業(yè)客戶已經(jīng)深度參與增材產(chǎn)業(yè)鏈

同時金屬增材現(xiàn)在逐步成為主流，而不再是非常細分非常小的行業(yè)，在這個圖片中，我也收集了大量全球化的工業(yè)客戶，都是我們在工業(yè)制造領(lǐng)域經(jīng)常會遇到的客戶，不管是從原材料，到設(shè)備的提供商，包括一些專業(yè)的打印服務中心以及最終用戶，其實都已經(jīng)在非常大踏步地投入到增材制造產(chǎn)業(yè)中。比如這些行業(yè)非常資深的增材制造的打印服務商他們也是在不斷加大這方面的投入。對于最終用戶來講這都是大家非常熟悉的一些客戶或者工業(yè)伙伴，從一些行業(yè)媒體，大家在日常交流中也可以找到更詳細的例子，在這里不多說。值得一提的是增材制造作為數(shù)字化制造的典型代表，在工業(yè)軟件方面擁抱這個技術(shù)擁抱得非常深入。

△金屬3D打印的工業(yè)化進程

金屬增材工業(yè)化進程大概處在什么樣的階段？這兩天我和很多同行聊的時候都會討論非常多的話題，我們把增材分為三個階段：
第一個階段研發(fā)以及樣件的試制，對于賣在國內(nèi)的機器包括很多的用戶來講更多的理解是我要去了解增材制造技術(shù)，我了解這是一個什么樣的東西，適當探索它的潛力，形成基本認知，大部分外國品牌賣到中國機器當中一直到今天為止還有30-40%的用戶處于這樣的階段。對于我們來講，更多換專注于研發(fā)、學術(shù)研究以及技術(shù)路線的探索，同時在過程中去積累比較好的技術(shù)儲備。
但是更多的用戶現(xiàn)在處于什么樣的階段？我們叫為轉(zhuǎn)型階段，小批量的生產(chǎn)，也就是階段二，這個時候我們也可以看到很多例子，我們要進行驗證論證，商飛的張總也提到做了很多嘗試，但是真正在飛機上還沒有開始，這就是第二階段正在做的事情，我們要做很多零件的研發(fā)或者預研的同時進入生產(chǎn)和驗證準備工作。對于設(shè)備廠商來講除了告訴什么是增材制造之外，我們還要提高設(shè)備的質(zhì)量，同時大幅度提高生產(chǎn)效率，因為只有這樣才能看到增材進一步落入更多的產(chǎn)業(yè)中。從全球分布來講，尤其是歐洲、美國以及亞洲的新加坡、日本這方面相對保守一點，基本上70%的用戶已經(jīng)進入第二階段，甚至其中會有30%也就是總體的20%逐步進入第三階段的過程。至于我們所在的行業(yè)或者所在的項目處于階段一、階段二還是階段三，我覺得大家可以自己去歸類，對于每個階段來講有些不同的理解。  


簡要介紹SLM Solutions，我們是金屬增材技術(shù)的開創(chuàng)者，從2000年開始開發(fā)選區(qū)激光技術(shù)設(shè)備，目前提供多種造型尺寸的設(shè)備并提供最多4激光的配置。行業(yè)之類引領(lǐng)很多技術(shù)路線的推進，比如多激光技術(shù)在2001年就推出雙激光的280設(shè)備，這在行業(yè)是非常早的，在2013年我們就推出四激光的設(shè)備，非常好的是現(xiàn)在我看到同行都討論多激光，和兩三年前大家對多激光的各種擔心相比有非常大的進步，這個多激光路線是非常確定的，我們公司已經(jīng)非常早地去積累的這樣的經(jīng)驗。目前，我們?nèi)�球�?00多臺機器的裝機量，大概有一千多支激光在世界各個區(qū)域在生產(chǎn)，同時我們有超過50項非常核心的技術(shù)專利，也是這些專利驅(qū)動了我們這家公司從MCP順利更改為SLM  Solutions的名字。所應用的行業(yè)除了國內(nèi)非常熟悉的航空航天之外，在汽車、醫(yī)療、能源以及開放式的打印服務都已經(jīng)像星星之火、可以燎原，在很多行業(yè)有非常多的好的應用案例。我分享一點我感觸非常深的大家都不會把自己第一手的科研成果第一時間展示給行業(yè)，所以當我們看到很多行業(yè)非常好的案例都要往前推4-6年甚至更長的時間，因為他們確實需要這么長的時間儲備這個技術(shù)研發(fā)同時形成產(chǎn)品，到真正形成量產(chǎn)到形成壁壘才愿意去分享，這也是我們判定我們處于什么樣階段的標準，如果我們看到同行的產(chǎn)品開始啟動我們這個想法，我們需要知道六年以前同行已經(jīng)開始這個方面的研究。

△SLM Solutions 的3D打印發(fā)展之路

我們最早的時候做快速原型是從70年代就開始，但是這個技術(shù)真正萌芽期大概在2000年左右，1998到2002年我們叫SLM這個技術(shù)的萌芽期，這位老先生70多歲，他告訴我當時做出來第一臺可以用激光器去加工實體的方式時，它加工一立方厘米的小塊，最開始的時候他打了兩三天，非常慢，幾乎沒有工業(yè)價值。隨著技術(shù)不斷進步，到后面大功率激光器的引入，不斷發(fā)展的激光技術(shù)也快速應用到這個行業(yè)，所以在2006年，2007年已經(jīng)開始使用400瓦的激光器，也是行業(yè)內(nèi)第一家開始進行鋁合金和鈦合金的3D打印的廠商。2006年到2010年這個階段整個行業(yè)我們叫技術(shù)的成長期而這個成長期獲得很多科研界的認同，和增材相關(guān)的文章大家會發(fā)現(xiàn)增材制造技術(shù)在這個階段不再作為一個概念，而是確實很多學者和機構(gòu)深入研究這個技術(shù)所打印的實體，我們看到大量報告去證明 它的性能能夠超過鑄造甚至能夠接近達到鍛造的水準，而且這樣的性能具備工業(yè)價值。也就是說2000到2005年是技術(shù)萌芽期沒有什么工業(yè)價值，2005-2010年在科研上得到認同這個東西在實體可以用，但是還是面臨很大的挑戰(zhàn)就是效率極低、成本極高，美國GE公司2008年開始有小團隊嘗試這個技術(shù)完全是對于技術(shù)研究角度，然后在2010年成立專業(yè)團隊，那個時候東西是好的，但是成本太高。

△SLM Solutions 設(shè)備概覽

進入到2010年-2015年我們認為這是行業(yè)真正能夠飛入尋常百姓家大家認知的階段，非常典型的代表案例包括對奧巴馬作為國家戰(zhàn)略去宣傳增材制造，包括多激光的技術(shù)也讓很多的工業(yè)用戶發(fā)現(xiàn)這個技術(shù)不但做的東西可以，而且它的效率還有倍增可能，而倍增可能帶來成本的降低，成本降低意味著我們可以有更多的產(chǎn)品享受這個技術(shù)所帶來的優(yōu)勢。這個階段是工業(yè)接受期。我剛才在那張圖片展示很多的工業(yè)企業(yè)起步的時間差不多都是2010-2015年進入這個行業(yè)，嘗試使用這個技術(shù)，即便他們認為今天的成本或者效率不能夠滿足我的批量化要求，但是隨著技術(shù)進步，它一定是能夠讓我們充分應用它，而這個時間可能會非�？�。在2016年以后推出了800設(shè)備，就是第二階段到第三階段的轉(zhuǎn)化，我們推出很多工業(yè)化的配置，后面會有一個視頻和大家分享，工業(yè)化的視頻是為了儲備一些前沿的企業(yè)和產(chǎn)品能夠進入批量生產(chǎn)能夠不再只在實驗室，而是作為生產(chǎn)工具，還有很多科研和研發(fā)工作要做。這是作為解決方案的提供商我們對增材方案的理解和實踐行動。

SLM Solutions核心價值首先我們是這個技術(shù)的發(fā)明者，也是引領(lǐng)多激光設(shè)備的驅(qū)動商，同時這家公司非常專注的一點是這個技術(shù)一定要進入大批量的工業(yè)生產(chǎn)，才認為是這個技術(shù)的成熟期，可能和一些友商相比有一些分歧和不同的認知，但是我們堅定認為合理的效率和質(zhì)量，合理的成本能夠得到大范圍的應用才是這個技術(shù)真正的春天，我們現(xiàn)在只是在孕育春天的到來。為了滿足這樣的效率和質(zhì)量，我們是行業(yè)最早使用雙向鋪粉，我們最早突破多激光搭接區(qū)的銜接，同時在使用過程把系統(tǒng)安全作為系統(tǒng)非常重要的一部分，后面我會講到系統(tǒng)安全，就是我們可以保證金屬粉末在整個循環(huán)周期內(nèi)不會接觸空氣，在密閉的惰性氣體保護氛圍去工作，無論是健康還是系統(tǒng)的穩(wěn)定性都是根本性的保障。同時還有一點，我們所有的材料和供應參數(shù)是完全開放的，開放的原因是什么？開放的原因是讓更多的同行能夠更快、更好地利用這個技術(shù)，同時在應用領(lǐng)域中要開發(fā)出更多的應用場景，這樣這個技術(shù)才可以得到真正的推進和發(fā)展。

△SLM Solutions 擁有多項核心專利

專利這幾個都是局限著目前金屬增材往更快的效率或者更大的尺寸發(fā)展的非常核心的部分，包括鋪粉速度，包括大疊區(qū)掃描以及維持整個艙室的清潔。我們所提供的設(shè)備目前來說從最小的125到最大的800，在右邊圖上可以看出尺寸不斷變大，當然在不斷變大的過程中也輔以成形效率的不斷提升，成形效率不斷提升來自于更多的激光以及更好的管控。同時作為工業(yè)化設(shè)備 做一個非常小的東西是非常容易的，但是做大的東西難度會逐步提升。隨著多激光和數(shù)量增加效率也會逐步提升。同時我們大量提供質(zhì)量監(jiān)控的系統(tǒng)，我們可以監(jiān)控到每個熔池的數(shù)據(jù)，全部形成數(shù)據(jù)的綜合體。

還有安全的粉末處理。我去過很多同行工廠，我看到很多還在用手篩，這是不安全的，不管是員工健康還是產(chǎn)品質(zhì)量，甚至會影響到設(shè)備的穩(wěn)定性。進入工業(yè)化階段，除了設(shè)備之外還開發(fā)了很多生產(chǎn)級的工業(yè)化的周邊配置包括全自動閉環(huán)的供應系統(tǒng)，還有全封閉的拆件站，打包好要在保護的環(huán)境取出來，還有持久過濾器模塊PFM，不需要天天換濾芯。我們的800已經(jīng)可以滿足很多大型工業(yè)化制件生產(chǎn)，尺寸已經(jīng)到了850的高度，可以完成很多高質(zhì)量的生產(chǎn)，尺寸做到之后同時穩(wěn)定生產(chǎn)，這是800的獨到優(yōu)勢。我后面有一個簡短視頻給大家看一下。

當設(shè)備越來越大的時候，對于整個缸的處理和搬運會變得越來越難，而就需要自動化的機械裝置實現(xiàn)這個操作。零部件打印完成對于缸的處理，完成以后這個缸就可以非常清潔地把這個零件取出來，這個粉末也得到完好的系統(tǒng)回收。這樣一個簡單的生產(chǎn)環(huán)節(jié)就結(jié)束了。

最后給大家發(fā)一個彩蛋，我剛才反復強調(diào)效率的問題，我們在今年11月份會發(fā)布下一代600系列的機型，新機型會比今天的效率再提高3倍，估計會有超過10個激光，這么多個激光會達到什么效果？這是我去年在德國展會放的兩個樣件，左邊是鋁合金整板的架，實際打印時間據(jù)說不到兩天，右邊是飛機發(fā)動機的壓氣機的機匣，打印重量接近80公斤，我們打印時間是一個星期以內(nèi)，最低幾天時間，目前還不方便分享太多。當我們要打印的工件尺寸和重量變大的時候如果還是使用一個激光、兩個激光，打印時間可能要長達一個月甚至更久，那你很難去控制它的應力、變形；也就是說不光尺寸要大效率還要高，才能穩(wěn)定的把高質(zhì)量的東西生產(chǎn)出來，過程中就需要更高的激光或者更高的效率完成，我們認為這一臺機器有可能會成為整個行業(yè)的第一臺具備真正工業(yè)化生產(chǎn)效率的機器，也希望大家關(guān)注我們公司的一些新聞，到今年11月份可以去看這臺機器的發(fā)布，這確實會再次引領(lǐng)整個行業(yè)的技術(shù)進步。

作為增材技術(shù)的開拓者，我們盡可能不斷提高它的效率和質(zhì)量，來滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求，這也是我們這個公司的愿景，希望我們下一代設(shè)備真正帶領(lǐng)金屬增材制造進入大批量生產(chǎn)。

我今天要分享的就是這么多，謝謝大家。