金屬3D打印作為3D打印技術中發(fā)展最快的一個部分，其打印設備的銷量將在下一個十年增長48%，金屬材料也將達到32%的增長率。隨著設備價格的降低，應用金屬3D打印技術的產(chǎn)業(yè)將會越來越多。為此，OFweek3D打印網(wǎng)編輯獨家專訪了天津清研智束科技有限公司常務副總經(jīng)理郭超博士，一起探討金屬3D打印產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展的重點方向。

　　天津清研智束科技有限公司常務副總經(jīng)理郭超博士

　　天津清研智束科技有限公司作為一家初創(chuàng)公司，依托清華大學天津高端裝備研究院進行技術產(chǎn)業(yè)化而創(chuàng)立，在3D打印領域有哪些核心技術？

　　郭超：我們的核心技術是粉床式電子束3D打印，它是以電子束作為熱源，在粉床上通過逐層熔化金屬粉末來構建3D實體。全球最早將粉床式電子束金屬3D打印技術商業(yè)化的企業(yè)是瑞典的Arcam AB公司。我們的技術來源于清華大學機械工程系，是國內(nèi)最早研究該技術的團隊。

　　電子束3D打印非常有特點，有些激光3D打印做不了的，電子束就可以做。比如對于激光有高反射率的金屬、脆性金屬，電子束打印的效果要優(yōu)于激光。為此，我們大概從2000年就開始跟蹤這項技術，積累了很多相關專利，比如獲得了國內(nèi)最早的粉床式電子束金屬3D打印專利。同時，國內(nèi)第一臺用于實驗室開發(fā)新材料的樣機，也是我們團隊做出來的。從去年開始，依托清華大學的技術積累，我們希望將該樣機從實驗室技術轉變成為商業(yè)化的產(chǎn)品。

　　本次展會中，清研智束科技主要展示的產(chǎn)品有哪些？和同類型產(chǎn)品相比，有何特色？

　　郭超：目前，我們的電子束3D打印設備QbeamLab已經(jīng)可以接受訂貨。我們都知道，金屬3D打印主要有兩種熱源，一種是激光，另一種就是電子束。其中激光熱源使用的比較多，但是電子束熱源功率可以達到更高水平，大部分能量可以被材料吸收，吸收率達90%甚至更高，因此打印效率更高，一般是激光3D打印設備的2到5倍；另外，電子束3D打印流程更短，整體打印溫度更高，打印出來的結構組織同時經(jīng)過熱處理，不需要后續(xù)熱處理過程；另一方面，電子束3D打印可在真空環(huán)境進行，可以最大限度保護材料不被污染，甚至有提純作用。綜合而言，激光和電子束3D打印各具優(yōu)勢，誰也無法取代對方。

　　基于電子束3D打印的諸多技術優(yōu)勢，我們的設備QbeamLab也做了很多創(chuàng)新或改進，以適應柔性化制造的需求。首先是采用主動式送粉方式，對于粉末流動性要求不高，并且粉末利用率大大提升，只需要1到2公斤粉末設備就可以運轉，更利于金屬3D打印技術的應用普及。另外，通過模塊化設計大大增加了設備柔性，例如粉末模塊可整體替換，方便粉末更換和清理，大大提升了設備的使用效率。第三方面是軟件技術，我們的軟件完全自主研發(fā)，并做了整合優(yōu)化。設備可直接讀取三維STL文件，邊切片邊打印。另外我們的軟件中還內(nèi)置了強大的路徑規(guī)劃與能量控制引擎，使得材料工藝開發(fā)更加便捷，增強了設備效率及柔性。柔性制造，也是金屬3D打印設備未來發(fā)展的重要趨勢。

　　隨著產(chǎn)業(yè)發(fā)展，越來越多廠商開始關注金屬3D打印。目前國內(nèi)金屬3D打印產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀如何？實際應用情況怎樣？

　　郭超：根據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前國內(nèi)有30多家金屬3D打印設備企業(yè)，其中幾乎都是是做激光3D打印方面的。雖然跟國際水平仍有差距，但國內(nèi)金屬3D打印正處于快速發(fā)展階段，整體水平也在逐步提升。

　　目前金屬3D打印在醫(yī)療、模具以及航空航天方面都取得了實際應用，但是應用水平還遠遠不夠，規(guī)模效應還未形成。這其中最主要的原因是設計師的欠缺，目前大部分設計師沒有接受過3D打印教育和系統(tǒng)培訓，其設計思路還是按照傳統(tǒng)的鑄造或鍛造方法，從而限制了3D打印的發(fā)展。因此，金屬3D打印產(chǎn)業(yè)要真正發(fā)展起來，首先設計環(huán)節(jié)需要發(fā)展起來。

　　相對于其他打印方式，金屬3D打印主要有哪些難點？目前主流的金屬3D打印技術主要有哪些？各有何優(yōu)缺點？

　　郭超：金屬3D打印需要克服的難點一個是高溫，因為金屬材料熔點較高；另一個就是高應力，因為金屬材料快速冷卻凝固過程中內(nèi)應力很大；除此之外，組織及性能控制方面也是一大難點，因為金屬3D打印部件是要直接使用的，不像非金屬材料模型，而一旦使用就涉及到部件的機械強度。需要控制好微觀組織，才能達到力學性能要求，最終才能實現(xiàn)真正的應用。

　　目前主流的金屬3D打印技術大體可分為兩類，一類是噴粉或熔絲方式，另一類是基于粉床方式。前者適合打印一些大型構件，甚至可達十幾米，但是打印細微特征就難以勝任。后者更加適合打印一些精細結構，比如多孔或網(wǎng)格狀的結構，但在尺寸方面就相對會有所限制。

　　近些年，金屬3D打印逐漸滿足了小批量生產(chǎn)生產(chǎn)需求。目前金屬3D打印主要應用在哪些領域？未來實現(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)還有哪些難題待解？

　　郭超：3D打印更適合于個性化定制、小批量的生產(chǎn)，如果零件形狀固定，只是復制生產(chǎn)，3D打印就沒有優(yōu)勢了。我認為，實現(xiàn)3D打印大規(guī)模批量生產(chǎn)主要難題還是在設計方面。設計方面現(xiàn)狀不改變的話，3D打印應用就找不到其真正的價值。

　　另一個方面就是材料難題，如果我們可以研發(fā)一些新材料，使得3D打印效果優(yōu)于傳統(tǒng)工藝。比如鈦鋁基合金的葉片，用傳統(tǒng)方法加工容易產(chǎn)生裂痕，而用電子束3D打印成功率會很高，這樣就可以實現(xiàn)3D打印批量化生產(chǎn)。

　　目前，清研智束科技主要提供哪些服務？在國內(nèi)市場進展如何？未來在3D打印方面重點發(fā)展的方向是什么？

　　郭超：目前我們除了自己研發(fā)設備，同時也為應用端提供專業(yè)的打印服務，主要面向醫(yī)療和航空航天方面應用，比如和621所合作進行鈦合金3D打印研究等。未來我們的重點研發(fā)方向是醫(yī)療應用，目前我們團隊也承擔了一項國家重點研發(fā)項目。該項目目前已經(jīng)立項，由北醫(yī)三院牽頭，參與單位還包括北京大學、北大人民醫(yī)院、愛康醫(yī)療器械公司。我們主要是作為設備和解決方案提供商參與其中，項目執(zhí)行期為四年。該項目要求非常高，針對個性化手術需求，要求3D打印設計和制造的時間不能超過72小時，而且在項目完結之前，需要完成50例相關手術。我們將以此為契機，將自主研發(fā)的金屬3D打印設備帶入醫(yī)療行業(yè)，為和每個人息息相關的健康領域，做出自己的價值和貢獻。