南极熊实地探访:通快激光金属熔化增材制造实验室

南极熊导读:目前进口金属3D打印机和国产3D打印机已经形成了相对明显的两大阵营,进口设备定位中高端市场,同时定价也较高。以激光技术起家的德国通快(TRUMPF),拥有自主生产的3D打印机核心器件——激光器(甚至荷兰ASML高端光刻机中的激光器也是出自通快),同时为了适应中国市场的快速变化,也制定了很多本地化的策略。


南极熊实地探访:通快激光金属熔化增材制造实验室
2020年12月24日,南极熊来到江苏太仓,实地探访了通快(TRUMPF)的激光金属熔化增材制造实验室以及整个激光加工应用中心,并参观了通快金属3D打印机的客户太仓黑龙智能工业科技有限公司。

南极熊实地探访:通快激光金属熔化增材制造实验室
之前,南极熊也曾发布过通快实验室的视频,但这次的实地探访依然令南极熊感到震撼。

△视频:通快(TRUMPF)的激光金属熔化增材制造实验室

百年德企,拥有核心激光技术

德国通快成立于1923年,至今已经有97年的历史,1971年就推出了第一台固体激光器;1985年又自主研发生产了1千瓦二氧化碳激光器;1991年开始与德国Fraunhofer ILT合作,投身增材制造技术;2000年通快正式进入中国市场,落户被称之为“德企之乡”的江苏太仓;2003年发布第一代激光选区熔化机床,此后近20年间又推出多款TruPrint金属3D打印设备,为客户提供了从原型设计到工业批量生产的最佳解决方案。如今通快是全球工业激光解决方案的领先制造商以及创新的保障,尤其在以汽车为代表的高端制造业中,切割、焊接、微加工等应用几乎随处可见通快的设备。
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△通快(TRUMPF)公司的发展历史

对于金属3D打印机来讲,激光器是最核心的部件之一,直接决定了金属3D打印零部件的质量。同时,这也成为以激光技术起家的通快的核心优势。常见的激光器包括:CO2激光器、固体激光器和半导体激光器。目前,通快的TruPrint 1000/2000/3000/5000系列金属3D打印机使用的是自主研发的光纤激光器,并且凭借通快独有的碟片技术平台,又在今年首创性地推出了可打印纯铜等高反材料的绿光金属3D打印机TruPrint 1000绿光版,该绿光3D打印机的核心是通快绿光碟片激光器TruDisk 1020。

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△通快(中国)展厅中的碟片激光器模型

515nm的绿激光特别适合3D打印纯铜、贵金属等难以通过常规3D打印有效成型的材料。这是由于铜对绿色激光的吸收率很高,接近40%,足足是近红外激光的8倍,好的吸收率意味着比较宽的加工窗口,制件力学性能和电导率都大大提升,反射率的减少可以使得加工过程更加稳定而且高效。

通快技术经理李忠轮告诉南极熊:“目前,纯铜的3D打印件主要用于热交换器、电感应器等领域,发挥其优良的导电性和导热性。”
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△TruPrint 1000 绿光版,后面的 TruDisk 1020为515nm的绿光激光器

金属3D打印机本地化策略

为了适应中国市场的快速变化,通快从多个方面来实施自己的本地化策略。李忠轮表示:一方面是开放的材料体系,通快的设备不但支持自己的材料,而且也支持国内第三方金属粉末厂商的材料。目前通快已经测试了江苏金物、江苏威拉里、宁波兵科院、江西宝航等多家国内粉末厂商的材料,并且得到了较优的技术参数。同时,通快继续欢迎更多的金属粉末材料研发机构、高校和企业与其联系合作。
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△国产金属3D打印粉末材料


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△江西宝航AlSi10Mg粉打印的通快地球仪


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△江苏威拉里AlSi10Mg粉打印的样件

第二个策略是将拆包站、叉车、筛粉机等非核心附件通过国内厂商定制的方式,来提供给客户,从而降低整套金属3D打印解决方案的总体成本。通过严格的审核与考察,最终通快选定了拓博的设备作为定制合作供应商。
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第三个策略是把打印与后处理之间的流程尽量高效化,以满足连续生产的需求。成型缸舱门的设计方便打开和收纳,成型缸整体搬运和更换可以保证生产的连续性。
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金属制件工厂太仓黑龙引进通快3D打印机

太仓黑龙智能工业科技有限公司是一家提供金属零部件试制加工制造的公司,提供砂型铸造金属件和直接3D打印金属件两种制造方式,配备了齐全的砂型3D打印机、金属件铸造线、CNC五轴机床、金属3D打印机等一系列的设备。可以说具备完整的减材、等材和增材制造能力。其中,金属3D打印机引入了两台通快 TruPrint 3000。

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△黑龙前台的金属铸造件和3D打印件

当南极熊到达黑龙时,工程师汪婷正在使用TruPrint 3000为客户打印航空金属零配件。汪工告诉南极熊:“通快的金属3D打印机性能稳定,对于一些中小尺寸的金属件我们会选择直接3D打印,而对于超大尺寸的金属件我们会通过砂型铸造的方式来生产。两种工艺结合再配合机加工工艺几乎可以满足客户的各种需求。”
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△黑龙现场的通快机器照片

南极熊总结

此次通快之行,给南极熊留下了深刻的印象,通快在技术上掌握核心的激光器技术,在市场策略上秉承开放的思想,愿意与中国的上下游企业建立广泛的合作,还通过本地化的附件集成在进口3D打印机和国产3D打印机之间寻求一种更高性价比的解决方案。作为一家德企,这是非常难得的。

李忠轮表示:“2021年,实验室将会装机通快最新发布的2款激光金属3D打印机 —— TruPrint 2000以及 TruPrint 5000。TruPrint 2000采用惰性封闭式粉末循环,并具有55 μm的超小光斑直径,尤其适合医疗行业。TruPrint 5000是目前市面上极少数可以做到500℃预热的设备,适合打印高碳钢、超高温合金等材料。”


△视频:现场拍摄的通快金属3D打印高塔

△视频:通快绿色激光金属3D打印技术,支持铜、金等材料

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