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2015/4/20
隆源成型:引领3D打印产业应用 助力工业制造创新升级

引言

  近年来,3D打印技术高速发展。据资料显示,2013年全球3D打印产品和服务市场增长34.9%,达到30.7亿美元;预计,至2019年,3D打印的市场规模将达到60亿美元;到2025年,3D打印每年带来的直接经济影响将达到5000亿美元左右,其中工业应用方面的直接经济影响预计在1000-2000亿美元,在包括医疗器械及航空航天主要高端零部件等复杂的小批量定制零件市场的规模预计将达到近8000亿美元的产量。

  各国纷纷投入3D打印产业的浪潮:从2009年美国率先发表“3D打印发展路线图”,2011年成立“3D打印产业协会”,2012年成立“3D打印联盟”,到航空航天局计划将特制3D打印机送入太空,美国正在通过突破智能机器人、人工智能、3D打印三大数字化制造技术,实现“再工业化、再制造化”,夺回制造业主导权。

  欧盟设置基金支持3D打印技术,在多所大学建立了3D打印中心。将尖端领域作为3D打印产业的发展重点,主要由航空航天项目引领突破,如欧盟第六框架项目航空航天组件快速制造等;欧洲空中客车公司推出的3D打印飞机计划将使用机库般大小的3D打印机制造飞机零件,预计2050年前完成。此外,澳大利亚制定了金属3D打印技术路线;南非正在扶持基于激光的大型3D打印机的开发;日本着力推动3D打印技术的推广应用……各个国家都在不断加强3D打印技术的研发及应用。

  中国自20世纪90年代初开始进入3D打印的研究与发展。目前虽然已有一些从事3D打印技术研究的机构,但真正把3D打印技术应用并产业化的企业并不多。三帝打印科技有限公司控股子公司——北京隆源自动成型系统有限公司是国内最早研究和发展3D打印技术的公司之一,其于1994年便研制成功中国第一台激光快速成型机,倾力开发出选区激光粉末烧结(SLS)快速成型机,同时致力于快速成型的应用加工服务。先后推出了AFS-360、500、laserCore5100、5300、7000等型号的SLS装备,拥有400多家设备用户及加工服务用户,遍布航空航天、船舶、汽车制造、军工、电子、铸造行业等领域及研究院所和高校。

  直到今天,世界上能进行激光快速成型机器生产和加工产品的也仅有美国、德国、日本,隆源成型的研发与运用一直与世界先进水平同步发展。

应势而生 厚积薄发

  20世纪80年代以来,世界制造业格局发生了较大变化,欧美一些主要的工业化国家经历了一个“去工业化”的过程,劳动力从第一、第二产业转向第三产业,制造业向新兴工业化国家转移。中国抓住机遇,利用自身优势推动制造业快速发展。80年代中期,国家提出并实施了高新技术研究发展计划,涉及对未来经济和社会发展有重大影响的生物技术、信息技术、自动化技术、新材料技术、激光技术等众多领域,确立了15个主题项目作为突破重点,以追踪世界先进水平。在这种形势下,北京隆源自动成型系统有限公司于1994年应运而生。专门进行快速成型设备的研发和销售,并于创建当年便成功制造了中国第一台SLS快速成型设备——AFS-360。

  SLS快速成型是3D打印技术的一种。3D打印技术也称为增材制造、快速成型等,是一项集光/机/电、计算机、数控及新材料于一体的先进制造技术。区别于传统切削等材料的“去除法”,3D打印技术是以计算机的数据设计文件为基础,通过将粉末、液体片状等离散材料逐层沉积或黏合以构造成三维物体。该技术将三维实体变为若干二维平面,大大降低了制造复杂程度。理论上,只要在计算机上设计出结构模型,就可以应用该技术在无需刀具、模具及复杂工艺的条件下快速地将设计变为实物,这大大拓展了设计人员的设计空间。该技术特别适合于航空航天、武器装备、生物医学、汽车制造、模具等高端领域中批量小、结构非对称、曲面多及内部结构复杂的零部件(如航空发动机空心叶片、人体骨骼修复体、随形冷却水道等)的快速制造,符合现代和未来制造的发展趋势。

  与其他3D打印机技术相比,SLS最突出的优点在于它所使用的成型材料十分广泛。从理论上说,任何加热后能够形成原子间粘结的粉末材料都可以作为SLS的成型材料。目前可成功进行SLS成型加工的材料有石蜡、高分子、金属、陶瓷粉末和它们的复合粉末材料。SLS的成型材料品种多、用料节省、成型件性能分布广泛,加之SLS无需设计和制造复杂的支撑系统,适合多种用途。隆源成型相继成功研究出铸造熔模、蜡模压型及铸造型壳等复杂的工艺制作方法,以及聚苯乙烯粉末、合成材料在3D打印中的应用方法。

  3D打印技术作为目前最为先进的一种制造方式,也代表了目前全球最前沿的科学技术。但是,任何科技产业的发展都并非一蹴而就,都须经过漫长而艰辛的积累才能有所爆发。隆源成型作为国内最早实现3D打印技术产业化、服务化的公司,经过20年的发展,在探索中不断积累,引领并推动了中国3D打印产业的发展。
继1994年创立之初成功研制了中国第一台SLS快速成型设备之后:1995年,通过北京市科委组织的专家鉴定,获得发明专利;1997年,用于精密铸造的烧结材料和快速铸造工艺研究成功,进入复杂金属结构件的快速开发领域;1998年,参加科技部的快速成型示范服务中心项目,设备被两家服务中心选中;2000年,研制成功基于SLS的具有复杂内腔结构的金属零件的快速铸造工艺,为发动机类复杂结构零件的快速制作打下基础,金属材料直接成型技术进入实质开发阶段;2002年,开始与中国工程物理研究院开展大功率激光直接制造金属零件的研究;2004年,与华南理工大学合作开展选区激光熔化金属成型技术。目前均可制造出密度100%的不锈钢和Ni基合金钢零件;2003年,推出大尺寸快速成型设备AFS-450,更稳定、可靠、人性化,速度更快、精度更高;2005年,推出AFS-500,成型尺寸125立升,当年形成销售,并推出可直接蒸汽脱除的烧结精铸蜡,与传统的精密铸造无缝连接,解决了钛合金快速铸造表面粗糙的问题;2008年,开发完成AFS-700成型设备,成型尺寸245立升,是当时最大尺寸的激光粉末烧结设备,满足了绝大部分精密铸件尺寸的要求,设备当年形成销售;2009年,激光烧结砂实现突破。成型砂芯的强度和发气量均达到铸造要求。开始开发铸造覆膜砂烧结成型的专有设备激光制芯机;2010年,LaserCore5300样机开发完成,开始试销……

技术引领 广泛应用


  3D打印免去了传统制造业产品成型的复杂过程,无需模具,一次成型,因此可设计、制作出更复杂的结构。随着技术的不断进步,3D打印在铸造精度上也已经可以与传统方式相媲美,尤其在个性化、小批量和高精度的产品制造上的应用优势尤为明显。

  3D打印相对于传统制造技术的独特优势已为许多行业带来了设计、开发、生产和技术支持方面的深远变化。现已广泛应用于航空航天、军工与武器、汽车与赛车、电子、生物医学、牙科、建筑五金、首饰、游戏、消费品和日用品、食品、建筑、教育等众多领域。并且可以预见的是,该技术将更趋向于日常消费品制造、功能零件制造及组织与结构一体化制造的方向。

  经过20年的探索创新,隆源成型在3D打印领域努力攻克核心技术、结合自身优势进行创新性应用,成为国内3D打印技术应用的领军者,为中国的航空航天、汽车、军工等行业的腾飞做出了突出的贡献。

  航空航天领域:隆源成型凭借自身的技术优势,为我国航空航天等部门及飞机制造企业提供直升机发动机、直升机机匣、蜗轮泵、钛机架、排气道(最大高度达到2800mm)、飞机悬挂件、飞轮壳等飞机零部件的生产和服务:1996年,第一台商品化SLS快速成型机销往北京航空材料研究院,并成功应用于军用航空新产品的开发;1999年,第二代商品化设备AFS-320成功推向市场。快速成型的应用逐步展开,参与完成了若干项国家航空航天重点项目的开发研制任务,如:用于大推力火箭的液氧-煤油和液氧-液氢发动机、卫星陀螺仪框体等。

  军事工业领域:在中国,钛合金已经广泛应用于自行火炮炮塔、构件、装甲车、坦克、军用直升机等制造。1999年,隆源成型以3D打印技术参与完成了多项国家军事工业重点项目的开发研制任务,如:JS-Ⅱ型新式坦克的涡轮增压器,红外制导仪观测镜壳体等;2002年,隆源成型开始与中国工程物理研究院开展大功率激光直接制造金属零件的研究,从而进一步推动了我国军事工业的发展。

  汽车制造领域:SLS技术特别适合于内部结构极其复杂的发动机缸体、缸盖、进排气管等部件,其与铸造技术的结合,衍生出快速铸造技术,可有效地应用于发动机设计开发阶段中样机的快速制造。2001年,隆源成型成功研发的汽车关键结构件的快速成型与快速制造工艺,开始为汽车企业提供缸体、缸盖、进气管、变速箱壳体的RP服务;2006年,隆源成型激光直接成型铸造砂芯技术推向市场,销售第一台专门用于铸造砂芯的成型设备,并成功用于汽车发动机缸体、缸盖和增压器的快速开发;2011年,隆源成型为满足柴油机等行业需求,开始研发大尺寸激光制芯机;通过与广西玉柴机器股份有限公司、东风商用汽车工艺所合作,研发出柴油缸体缸盖的快速制造方法与工艺等。

  生物医药领域:隆源成型与北京大学口腔医院合作,由口腔医院将患者的CT扫描数据从CT工作站经Magics软件处理后传输至PC机上,以标准格式(Dicom 格式)刻录存储,后提供给隆源,隆源据此开发研制了AFS-320型快速成型机。该设备采用选区激光粉末烧结法,原料为聚苯乙烯粉末,制作成实体模型,可用于口腔医疗中颧上颌骨骨纤维异常增生等症状,并取得了很好的疗效。同时,在陈旧性颧骨颧弓粉碎性骨折的治疗中,临床应用结果表明,治疗效果良好。

持续运营 卓越管理

  如果说技术实力是企业发展的支撑力的话,那么管理和运营则是企业实现可持续发展并赢得竞争的重要砝码。作为国内最早实现3D打印技术产业化、服务化的公司,隆源成型不仅拥有雄厚的技术实力,同时也有一套适合自身发展的管理运营策略。

  公司的创始人、董事长宗贵升,拥有美国德克萨斯大学材料学与工程专业博士学位,是世界首批3D打印博士之一,专攻3D打印研究,获得二十多项专利。20年来,宗贵升博士始终坚持不懈地在中国航天航空、汽车、摩托车、机械设备制造领域推广3D打印技术,讲学百余次,培养了众多3D打印行业的人才及用户,并使得隆源成型成为国内3D打印行业20年持续运营的名牌企业。为提升企业管理水平,宗贵升博士先后在美国500强跨国企业中任全球管理高职,拥有超过20年的企业管理和研发管理经验,在3D打印、五金家居、网络信息技术、并购整合等领域经验丰富。

  在其带领下,隆源成型拥有一支稳定而卓有成效的团队,从总工程师、市场总监到技术骨干等,都是创业至今的老员工,他们专业知识全面,专业技术过硬,市场经验丰富,具有良好的协作和沟通能力,能深入而准确地把握客户的产品设计、开发及制作要求,通过科学严谨的工作流程,结合长期的实践经验,为客户提供最适合的解决方案。

  在服务型导向的商业模式正悄然改变传统工业企业的商业模式的今天,隆源成型以其独具特色的服务体系,为客户提供着专业的一站式解决方案。公司所拥有的国内顶尖设备,可为客户提供小批量生产的一整套设备和服务,以及产品的个性化定制服务。同时,利用工艺全面和技术实力雄厚的优势, 针对产品设计开发的不同阶段,提供最佳的设备与技术手段。24小时在线咨询服务,加之分设全国多地的分公司和办事处,可令客户随时随地得到专业的帮助。

开放创新 制造升级

  过去30年来,中国已使全球制造业发生革命性变化。2010年,中国超过美国成为制造业第一大国,制造业产出占世界的比重为19.8%。在制造业22个大类中,我国在七个大类中名列世界第一。据统计,2013年中国工业占GDP的37%。“中国制造”为中国经济的腾飞和世界经济的发展做出了巨大贡献。

  然而,随着“中国制造”人口红利的难以为继,以及全球制造业的悄然“回流”,我国劳动力成本优势逐渐丧失,制造企业的利润空间面临进一步被压缩的困境。“中国制造”仍徘徊在价值链的底端,绝大多数工厂还处于劳动密集的“规模化流水线”阶段。中国要成为制造业强国,改变处于国际分工和产业链中低端的现状,还有很长的路要走。

  因此,在当前我国制造业转型升级、加快转变发展方式的历史性关键时期,如果对全球数字化制造浪潮不加以重视,极有可能在全球竞争中再次被发达国家远抛其后。

  3D打印产业浪潮的到来无异于一个绝佳的契机。潜力巨大的3D打印技术市场,势必成为引领未来制造业趋势的众多突破之一。这些突破将使工厂彻底告别车床、钻头、冲压机、制模机等传统工具,而改由更加灵巧的电脑软件主宰。以数字化、智能化为核心的先进制造技术将带动产品、制造技术及产业模式的创新,深刻改变制造业的生产模式和产业形态,将为中国的制造业发展带来前所未有的挑战和机遇。中国制造业迎来了由大到强,实现跨越式发展,在创新和综合竞争力进入世界前列的发展机遇期。

  隆源成型再次以行业领军者的姿态站在了中国3D打印产业的潮头,通过倡议成立“北京数字化制造产业技术创新联盟”和“中国3D打印技术产业联盟”等工作提倡行业共进发展;同时,投资研发生产更新、更高端的技术和产品。比如金属粉末在SLS技术中的应用研究,已取得了一定的成效。预计,随着对激光烧结金属粉末成型机理的掌握,对各种金属材料最佳烧结参数的获得,以及专用快速成型材料的出现,SLS技术的研究和应用必将进入一个全新的阶段。

  此外,隆源成型在医疗领域也有新的应用方向,比如牙科领域专业快速成型和快速制造方案:即使用特定的CAD软件可以实现义齿的CAD设计,包括牙基底、牙冠、牙桥、牙罩冠、牙贴面、牙镶嵌等3D设计。有了CAD设计,义齿的快速成型和快速制造便可以实现自动化生产,效率高,耗材少,成本低。
事实上,就3D打印技术的研发和应用,国家出台了多项相关政策和措施,将其作为新兴产业培育的重点,加强政府引导与支持。习近平总书记曾亲自嘱咐“要抓紧产业化”;工信部已初步制定完成了《国家增材制造发展推进计划(2014-2020)》(征求意见稿),预计年内将会出台;国家发改委等部门也推出各项扶持资金来推进增材技术的革新升级。

  足见,无论是政策层面还是产业自身发展的驱动力,作为数字化制造产业中最为典型、应用最为广泛的技术之一,3D打印技术在提升中国工业制造水平方面将会起到无与伦比的作用。这种具有广阔市场前景、资源消耗低、带动系数大、就业机会多、综合效益好等一系列战略优势的创新技术,有助于培育出战略性的新兴产业集群,也有利于推动、升级一批重点产业集群。推进3D打印技术的发展, 对增强中国工业创新能力、提升工艺制造能力、带动相关产业链发展、破解工业发展与资源环境困局、培育新兴产业及优化产业结构等具有极其重要的战略意义。

  未来,制造业仍将继续担任驱动中国发展的主角。虽然在迎接新制造业革命到来的过程中,国内工业制造业无可避免地会历经重整、洗牌,乃至暂时的停滞,甚至衰退的过程,但如果以开放和创新的姿态,大步迈向智能制造的时代大门,推进如3D打印这样的智能制造技术,那么相信拥有广阔制造业基础和潜在消费市场的中国,在这场新制造业革命中实现跨越的那一天也指日可待!

  隆源成型,已再次蓄势而发!(文/佳语)

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