与减材制造相比,增材制造的优势在于节省材料,特别是昂贵材料;以及结构复杂零件的无障碍加工。但同时必须承认,它也存在着一定的缺陷,例如设备和材料成本高昂,特别是金属粉末增材制造,其所使用的金属粉末往往需要进口。由此可以说明,目前增材制造还无法对传统制造产业构成威胁。
ARCAM公司所采用的增材制造技术被称为“电子束熔融技术(EBM)”,它是全球唯一使用该技术的企业。1997年其在瑞典成立,是一家能够为用户提供从产品、软件、材料、服务到培训的整套解决方案的专业的增材制造企业。Audiodev公司则是ARCAM公司在中国地区的总代理,帮助其销售产品,更重要的是宣传增材制造技术。
ARCAM公司的第一台设备在2003年交付,目前全球累计销售设备100余台,年产量约30台。ARCAM公司的主要市场为欧洲和美国,2013年亚洲市场的订单占全球订单量的1/3,其中新加坡市场增长最快,来自中国的订单约占8%。其实,早在五六年前ARCAM公司的产品就已经进入中国,直到近一两年才有订单产生。究其原因,主要是由于国内企业多保持观望的态度,谁都不愿意做第一个吃螃蟹的人。
之所以ARCAM公司的产量与同类型企业相比较少,主要是由于EBM技术的特殊性所决定的。EBM技术是通过电子枪喷射高能电子束,将材料融化后堆积成型。金属粉末增材制造目前普遍为激光熔融加工,代表企业为EOS、雷尼绍。与EBM技术相比可谓各有所长。
首先,由于激光发生器出现的时间较早,因此技术比较成熟,设备相对便宜。
其次,EBM所产生的能量很高,其发射的能量束可达3000W,是激光发生器的十倍。因此,EBM要求使用的金属粉末颗粒更大,最后成品的表面光洁度相对较低。普通应用出于对外形美观的要求更喜欢选择激光熔融加工。第三,在生产效率和产量方面,EBM更高,这是由于电子束的成型速度是激光熔融加工的4~5倍,可达80cm3/h。最后,EBM在高温完成打印,对航空航天领域中的某些特殊材料而言,EBM更具独特优势。激光熔融加工的应用多集中于产品的研发,而EBM技术更适合于量产的产品。因此,这两种技术并不存在着竞争的关系。
也正是由于EBM的技术特点,使其关注的领域主要集中在医疗植入物和航空航天两个领域。
在医疗植入物领域,EBM技术可用于人体骨骼的打印。其最突出的优势是生产时间由采用减材制造的7~10天,缩短到两天。此外,采用EBM技术可以构建出传统方法无法制造的骨小梁结构,而这种结构是人造骨骼与人体骨骼能够彼此相容的关键因素。目前,在欧洲多家企业利用EBM设备已经具有骨骼植入物的量产能力。在中国,我们也已经与上海第九人民医院合作,进行骨科植入物的生产。
在航空航天领域,由于零件设计上的高自由度,以及轻量化趋势的日益明显,使得增材制造技术得以更加快速的应用。例如欧洲一家全球最大的发动机制造商,共购入了几十台ARCAM的设备,用于制造飞机发动机涡轮叶片的一个部件。在客户的反馈中我们得知,选择增材制造替换传统加工工艺有两方面原因:第一,出于减轻引擎重量的目的,该公司将其涡轮叶片的某个部件改为钛材料,采用传统加工方法很难制造;第二,从设计到生产,由于省去了开模、机加工等环节,使用增材制造所花费的时间仅为原来的1/3。
在未来,EBM技术还将不断发展,为了使产品质量更加精细,以及能够生产尺寸更大的产品,为此,ARCAM公司在2013年推出了Q系列产品,其产品表面精细度更高,可制造产品尺寸也有所增大。
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