。金属增材制造正在进入产业化阶段。当现有增材制 造技术开始遭遇固有成本限制时，新型增材生产概 念正在动摇市场。企业必须使自身处于最新发展的 前沿，积极参与技术路线的创造与维护。因此，需 要建立包含完整的增材制造解决方案的结构化方 法。 新机遇带来复杂性 金属3D打印或增材制造市场正在发展，制造业企业需要 对此做出相应的举措。过去，增材制造是一种制作原型 昂贵的小众技术，而如今对于某些大规模生产应用而 言，增材制造的价格正变得更为企业所接受。 这一突破不仅得益于激光粉末床熔化领域的发展，其是 一种在金属应用领域已经较为成熟的技术；还得益于替 代性增材技术的发展，例如直接能量沉积、粘合剂喷 射、金属喷射与金属挤制等。这些更新的技术正在刺激 市场，人们普遍认为这些技术有望降低增材制造的成 本。随着这些技术的工业应用不再局限于燃气涡轮燃 机、卫星电机与定制假肢等高精尖零件的生产制造，增 材制造也越来越普及。能够受益于增材制造设计自由、 小批量集约化生产等特点的领域也在不断扩大。 但这里就有一个问题。从项目经验中我们得知，许多企 业都在努力挖掘增材制造的新潜力。但其中太多企业都 在采取一种观望态度。一些相较活跃的企业通常也只关 注激光粉末床熔化和电子束粉末床熔化，偶尔关注直接 能量沉积。它们甚至忽略了需要三至五年，甚至更长的 时间来精心设计整体生产技术战略的需求。 为何这么多企业踌躇不前？我们不难得出答案。是的， 新技术固然带来了新机遇，但也使局面变得愈加复杂。 新企业携最新技术进入市场，企业越来越难以保证掌握 最先进的技术，也越来越难以将有时过热的营销宣传与 新技术的真正能力区分开来。 那么，企业应该对此做些什么？我们认为，所有的企业 都需要掌握市场动态，制定适当的战略。接下来，我将 详细地研究激光粉末床熔化技术，了解其在零件性能、 产量大小与成本等方面的表现，以及将来如何发展变 化。然后，我们再转而研究替代技术，概述替代技术的 作用和在相同领域的表现。最后，为了帮助踌躇不前的 企业向前发展，我们提出了一个四步走流程的建议，供 企业用来制定全面的路线图，作为其未来技术战略的基 础。 激光粉末床熔化——零件成本不会下降到现价的十 分之一 说到金属零件的增材制造，我们首先会想到激光粉末床 熔化。激光粉末床熔化一直是金属零件增材制造的核 心，在工业上广泛应用。金属零件的增材制造体系由德 国率先开发，目前市场仍由三家德国公司主导：EOS,SLMSolutions和Concept Laser。自从Concept Laser 被 通用电气收购以来，已经成为了GE Additive的一部分。 激光粉末床熔化在制造高性能的小批量形状复杂的工业 生产中较为常见，典型的例子包括原型产品、用以航空 航天和竞赛中的轻量化零件，或是种植牙等定制化产品 等，这些都属于小众化的应用。激光粉末床熔化主要用 于制造相对较小的零件，对于这些较小的零件，小型的 成型包膜就已足够。批量大小则在很大程度上取决于具 体的应用，通常从单一零件，如功能性原型或定制假 体，到几百个零件的应用。由于设备技术较为复杂，激 光粉末床熔化一直以来成本较高。 在罗兰贝格，我们用一个立方体来表示零件性能、批量 大小与成本三个维度的复杂关系。图A表示的是激光粉 末床熔化技术在该三维立方体中的位置。可以清楚地看 到，立方体中还有很大的空间——这些空间可能被其他 技术占据，我们将在下文中加以论述。 A 与传统生产制造相比，激光粉末床熔化技术仍然非常昂 贵。特别是在大批量应用中，其成本与其他技术存在显 著差距。图B比较了特殊金属零件的成本，例如普通导封面 图片 ：F IT A ddi tiveMa nuf act urin g G rou p 2罗兰贝格 聚焦 – 金属3D打印的新发展封面 图片 ：F IT A ddi tiveMa nuf act urin g G rou p 从技术的角度而言，激光粉末床熔化的成本有望实现大 幅降低。例如，一个具有创新性的解决方案是，亚琛的 Fraunhofer ILT公司正与行业伙伴合作开发多点阵列技 术。然而，该系统仍处于研发阶段，小型结构零件的质 量还有待评估。 毫无疑问，激光粉末床熔化的成本将会继续下降。但在 接下来的三至五年中，现有订单的成本不会大幅下降。 图C显示了激光粉末床熔化技术从2014至2020年间的成 本变化轨迹，明确与熔模铸造加工等中等至大批量应用 的传统制造相比，激光粉末床熔化的成本需要在多大程 度上得以降低。短期内，零件成本预计不会出现突破性 A:激光粉末床熔化增材制造的三个维度 激光粉末床熔化性能较高，相对而言成本较高 PBF-L: 激光粉末床熔化 轨、制动钳、太阳齿轮、风扇叶轮与涡轮叶片等。举例 而言，制造涡轮叶片时，使用激光粉末床熔化技术的成 本比传统方法高出70倍。B 激光粉末床熔化技术的生产率与同时激活的激光数量密 切相关。一家激光粉末床熔化设备制造商目前正准备推 出一种新型激光粉末床熔化机器，其激光数量是目前设 备的三倍，成本不超过现有机器的两倍。这将使生产金 属零件的成本降低20%至30%左右。但要实现真正的商 业突破则至少需要将成本大幅降低90%。只有这样，激 光粉末床熔化才有能力与诸如高压压铸与熔模铸造等技 术竞争，并实现大规模应用。 资料来源：罗兰贝格 批量大小 零件性能 成本 金属3D打印的新发展 – 罗兰贝格 聚焦3 B:成本对比传统制造技术与激光粉末床熔化成本对比，假设以下集合形状表示数值 (欧元，示意图) 注释: 必要时，增材制造材 料合适的替代品 增材制造：后处理 增材制造：金属与 流程 常规流程：流程 常规流程：金属 普通导轨m = 1.1 kg v = 140 cm31.4307 太阳齿轮 m = 0.9 kg v = 110 cm31.7223 普通导轨 m = 3.1 kg v = 1150 cm3 3.3211 1,600 大规模生产大规模生产小规模生产小规模生产大规模生产 1,200 150 310 400 7227 600 750 55x 70x 45x 8x 0.8x 资料来源：罗兰贝格 风扇叶轮 m = 2.9 kg v = 370 cm3 1.4832 涡轮叶片 m = 0.8 kg v = 90 cm3MAR-M-509 4罗兰贝格 聚焦 – 金属3D打印的新发展 。。。。。。