中科煜宸刑飛：送粉3D打印激光再制造技術(shù)及裝備的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

2019年9月19-21日，IAME中國（西安）國際3D打印博覽會暨高峰論壇將在西安高新國際會議中心舉辦。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打�。┛萍紕�(chuàng)新的開放合作共享交流平臺，匯聚全球頂尖的增材制造（3D打�。╊I(lǐng)域成果及人才，促進行業(yè)各環(huán)節(jié)、產(chǎn)業(yè)鏈的銜接融合。南極熊作為戰(zhàn)略合作媒體，到西安現(xiàn)場全程報道。


在09 月 20 日“增材制造技術(shù)與航空航天論壇”南京中科煜宸的總經(jīng)理刑飛飛做了主題的主題是《送粉3D打印激光再制造技術(shù)及裝備的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢》的報告。



下面是現(xiàn)場速記：
首先感謝被邀請,過來分享我們最近做的一些事情。我的報告分以下五個部分匯報。第一是匯報3D打印裝備，特別是送粉這一塊，以送粉和送絲為主，是我們公司的主業(yè)，現(xiàn)在3D打印比較多在金屬這一塊，我們對3D打印的定位它取決于材料，如果材料很細(xì)，納米級的我們需要擠壓就可以成型做的密度很致密，而且性能很好，如果是微米級的粉，我們可以使用激光打標(biāo)機的原理，就是SLM的技術(shù)，把粉鋪的很細(xì)，因為它送不了太細(xì)，所以我們把它熔化掉，激光功率很小，200瓦和500瓦，這是SLM技術(shù)。如果粉再粗一點，我們到50微米到200微米之間就可以送，就出來了LMD技術(shù)，送粉打印技術(shù)。再粗一點到1毫米就是送絲打印，它取決于市場應(yīng)用，這個技術(shù)是不是便宜。

送絲打印最便宜，因為材料成本比較便宜，這兩年送絲打印發(fā)展比較快，但SLM技術(shù)比較成熟，軟件成熟，包括離線編程，包括激光器發(fā)展很多，送粉涉及很多關(guān)鍵的器件，包括一些軟件，所以它相對發(fā)展慢一些，送粉和送絲技術(shù)原理很一致，在這一塊有一些共同之處，提出來送粉、送絲微鑄鍛和增減材，甚至特殊超聲的處理方法，所以很多的裝備在融合，這也是目前3D打印裝備發(fā)展一個大的趨勢。

送粉用的功率肯定比鋪粉高，一般是2000瓦以上或者1000瓦以上，最高可以用到1萬瓦或者更高一些的功率，通過一個送粉器，我們把高功率激光熔化堆積在一起，首先大家想到它可以做修復(fù)，它不是3D打印，做修復(fù)，比如說發(fā)動機葉片，或者閥桿，閥座，比如說鈦合金的，或者高溫合金需要修復(fù)，這個技術(shù)就很好，不是完全打印。所以這個市場也足夠大，雖然是修復(fù)，在密閉的空間修復(fù)，這是送粉第一個應(yīng)用，第二個是打印，直接成型大型構(gòu)件的打印，再一個可以做強化，可以做直接成型，它適合于包括我們現(xiàn)在做的功能梯度材料，包括仿生結(jié)構(gòu)打印，這個鋪粉做不了的，特別是仿生結(jié)構(gòu)打印，這就送粉去做，送絲去做。這是它的一個比較大的應(yīng)用領(lǐng)域。

△RC-LDM4030送粉式金屬3D打印裝備



國外有幾家，奧特斯道，美國Optomec，這兩家做的尺寸并沒有那么大，而且它的銷售量比較清楚，在美國或者在國內(nèi)相對少一些，德瑪吉的增減材，實際GE自己做送粉和送絲的設(shè)備量比較大，只是不對外銷售，送粉送絲這兩年發(fā)展比較快。

我們公司基于送粉和送絲形成系列化產(chǎn)品，從第一個面向教育領(lǐng)域，我們叫做4030這一款，它比較小，打印尺寸400×300×200，或者更大一點，用的一般是1000瓦的激光器，這個售價很便宜，現(xiàn)在一百多萬，現(xiàn)在賣的最多8060，我們計劃明年這個型號接近80臺的銷售量一年，甚至更高，這一塊從明年開始比較低的定價，這個用4000瓦做送粉。再就是1500，1500適合整個航天打印，像航天關(guān)鍵部件，像艙段，過渡段的打印，包括一些修復(fù)，適合1500，還有2500型號，打印尺寸2.5米×2.5米×1.5米，包括3000，3米×2.5米×1.5米，包括4500，4.5米×4米，3.5米×3米，各種型號都有，我們在國際上第一次把產(chǎn)品給它系列化了，打個比方，我們做了300臺設(shè)備，造車的，我們有各種車，有轎車，有AO款，有廂式貨車，有SUV，現(xiàn)在我們開始我們把這些型號相對標(biāo)準(zhǔn)化，固定幾個車型，這是我們做的事情，去年我們起草了國家標(biāo)準(zhǔn)，今年申報了國際標(biāo)準(zhǔn)，這一塊還沒有國際標(biāo)準(zhǔn)，它有哪些技術(shù)優(yōu)點？激光器肯定是大功率的，我們現(xiàn)在主要用激光器（laseline）半導(dǎo)體激光器，目前國內(nèi)我們是它最大的集成方，我們采購量最大，包括送粉器很關(guān)鍵，加工頭很關(guān)鍵，再就是軟件，我們用鋪粉我們有很多的軟件，離線編程，我們有西門子的AX4.0，達索的軟件，可以做鋪粉的創(chuàng)新設(shè)計，仿生設(shè)計，送粉有沒有？沒有，送粉有沒有仿生設(shè)計軟件好像比較少，所以我們開發(fā)送粉的仿生設(shè)計軟件，把CAD和CAE軟件明年推出商業(yè)版的送粉基于仿生結(jié)構(gòu)的軟件CAD和CAE軟件，CAM軟件銷售很多套，再就是我們自己的數(shù)據(jù)庫，包括設(shè)備的加工量，加Argus軟件，這個我們也賣了很多套，再一個機床結(jié)構(gòu)，這個是很關(guān)鍵的點，如何在密閉狀態(tài)下完成產(chǎn)品的快速打印，對于高溫合金鈦合金這個比較重要。



△RC-LDM8060送粉式金屬3D打印裝備

電弧打印和送粉打印不太一樣，電弧打印效率更高，成本更低，而且它對基礎(chǔ)材質(zhì)還不是很敏感，這一塊現(xiàn)在發(fā)展很快，很多家做這個事，還有國外在做的，包括武騰工業(yè)，包括日本的馬扎克，它也有電弧打印設(shè)備，我們也做過電弧打印設(shè)備，三年前我們就開始做，我們最開始給北理工做了一臺，打印尺寸是3米×2米×1.5米，是密閉狀態(tài)的電弧打印設(shè)備，從那開始我們做了很多，包括1500這個型號電弧打印設(shè)備，我們1500是整體吊裝，設(shè)備很大，我們一體吊裝，不用拆卸，這個做了一些工作。

還有增減材，增減材也有人作為一個主要的方向，我本人有一個和這個不太一致的觀點，增減材對于民用市場是偽命題，送粉和送絲來講打印過程肯定熱處理，熱處理完數(shù)控加工，它為什么合在一起呢，所以這個只適合移動修復(fù)和艦載，軍用適合，因為它需要狹窄的空間，需要快速移動，只有這一個情況下需要這個市場。所以從民用市場來講，德馬吉出來比較早，包括60的床子，包括馬扎克，在國內(nèi)都沒有銷售，這是有原因的，可能市場分析還是不夠到位。包括馬扎克增減材。

  所以這一塊來講，我自己把這三種技術(shù)做了對比，鋪粉適合精密部件，尺寸小，一定是異形的，或者是鏤空的，或者是點陣結(jié)構(gòu)的適合，它比較完善的，醫(yī)療領(lǐng)域比較大，醫(yī)療用的比較多，汽車領(lǐng)域，比如模具，航空航天，噴油嘴這些東西，這一塊有它成熟的CAD，CAE軟件，還有CAM軟件，供應(yīng)鏈管理，激光器。在這一塊它有成熟的CAD，CAE軟件，也有CAM軟件，它很普及。

△RC-LDM1500送粉式金屬3D打印裝備

包括整個供應(yīng)鏈管理，激光器，包括振鏡，包括軟件很成熟，所以說這個發(fā)展很快，目前做鋪粉設(shè)備，我們統(tǒng)計過有200多家在國內(nèi)的量。

送粉適合于大件，效率高，成本更低，它的缺點是精度差一點，需要進一步加工，但是它特別適合異質(zhì)結(jié)構(gòu)的打印，我這一層不是一種材料，比如TA45和TA4，有硬有軟的，這是性能結(jié)構(gòu)，用送粉打印沒有增加任何成本，但是這個材料出來之后可能把幾百東西變成幾十毫米厚，或者更薄，但是它的強度更高，適合于輕量化，成本更低，現(xiàn)在研究的人很少，我們的設(shè)備都可以干這些事情，缺軟件，第一是我們?nèi)盋AD，CAE軟件。雖然我們有很多的總工，但是我們并不清楚做仿生結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

第二個缺CAM軟件，包括我們的監(jiān)控體系還有材料體系都很缺乏，工藝數(shù)據(jù)庫比較少，這一塊發(fā)展很快是市場沒有起來。它的領(lǐng)域很多，包括民用市場和修復(fù)，包括未來異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制造，它有很多部件的制造，送絲它的特點是一樣的，我們把國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)做了統(tǒng)計，不是說對我們自己的推廣。

金屬3D打印應(yīng)用領(lǐng)域，一個是航空這一塊，王總說過3%的重量可以用到這個技術(shù)，發(fā)動機也是，很多部件可以用到。醫(yī)療行業(yè)用到3D打印，包括汽車行業(yè)，這是比較大的行業(yè)，再有一塊還是汽車，包括仿生設(shè)計，尤其仿生設(shè)計不止是鋪粉，送粉和送絲的仿生設(shè)計有更大的科學(xué)價值和產(chǎn)業(yè)價值，只是說現(xiàn)在還很不成熟，不是設(shè)備不成熟，是軟件不成熟，工藝不成熟，大家需要做很多的研究。

第三塊講民用的技術(shù)，激光熔覆的技術(shù)，我們提到熔覆再制造首先想到修復(fù)，修復(fù)過去想電鍍，新產(chǎn)品的強化，或者用電焊，或者是刷鍍來解決很多問題，我們最開始出的激光熔覆結(jié)合比較多，有很多的性能優(yōu)點，這種設(shè)備有很多結(jié)構(gòu)形式，有龍門結(jié)構(gòu)，龍門結(jié)構(gòu)可以干兩個事情，除了干修復(fù)還可以做焊接，給625裝的設(shè)備，我們給船廠的設(shè)備，它除了焊接還可以做修復(fù)，這種設(shè)備是開放式的，不像過去密閉狀態(tài)下。這是一類設(shè)備，第二類是機床類的，機床類分幾種，一種超高速，另一種是一般機床熔覆的，這是兩種類設(shè)備。第三類是移動修復(fù)，移動修復(fù)分兩種，一種是機器人式，一種是集裝箱式，集裝箱式的給上海電氣提供了好幾臺，到底討論適合不適合？其實非常成熟，而且是重減材的，修完之后直接減材，有現(xiàn)成的軟件，這個不是什么難題，民用應(yīng)用領(lǐng)域我們做了很多套，增減材包括移動修復(fù)，在民用市場還是有市場，特別對于一些特殊領(lǐng)域，細(xì)分市場還是不錯。



超高速和一般熔覆有什么區(qū)別？一般熔敷可能只熔化80%，超高速只熔化20%，這是區(qū)別，所以超高速的效率更高，如果0.26毫米厚的可以做到一平米，很快的速度，它的表面非常光滑，基本上這種送粉方法和鋪粉打印性能差不多，不需要上車床，只需要精磨一下就直接使用，特殊領(lǐng)域可以直接用，超高速熔覆主要替代電鍍，完全可以把電鍍替代了，很多認(rèn)為激光熔覆比電鍍貴，從來沒有人問過超高速熔覆和電鍍比怎么樣，超高速熔覆比電鍍性價比高，要便宜，為什么推不出去，因為很多人說把機床轉(zhuǎn)速提高了就超高速熔覆，不是這個概念，超高速熔覆的粉是10微米到50微米，一般熔覆用的粉50微米到160微米，不是一個系列的粉，不是轉(zhuǎn)速提升就是超高速熔覆，它有很多工藝特點和不一樣的地方。這一塊它的速率更高，線速度達到100米每分鐘，非常高的效率，可以做到接近2平米一個小時，它主要的構(gòu)成，有機床部分結(jié)構(gòu)，這不再細(xì)講。

兩個核心器件，一個送粉器，送粉器一定能夠送細(xì)粉，我說的細(xì)粉是50微米以下的細(xì)粉，國內(nèi)多少送粉器能送20微米以內(nèi)的細(xì)粉？很難送細(xì)粉，所以這個是超高速很核心的東西。

第二是加工頭很重要，在快速熔覆下保證穩(wěn)定性和可靠性，包括我們的工藝性。

△超高速激光熔覆

它的應(yīng)用領(lǐng)域很有意思，一般的修復(fù)對于模具是很大的市場，不是打印，是模具壓邊圈，新產(chǎn)品的強化，包括老產(chǎn)品的維修是很大的市場，包括很多軸類部件，包括現(xiàn)場的移動修復(fù)，包括在石化行業(yè)鉆桿竿，輸油泵，水泵，閥門等修復(fù)和強化，一個對新產(chǎn)品，一個對老產(chǎn)品。它除了能替代鍍鉻，鍍銅，陜西這一塊有比較大的市場。這個相對成熟，而且材料價格便宜，鐵粉很便宜，不到一百塊一公斤，幾十塊錢，所以成本大大降低了，送粉的方法，在連接軸，包括三推，很多都可以替代，而且成本非常低。

前面講了我們的設(shè)備和我們的應(yīng)用市場。我最后推介公司，中科煜宸成立于6年前，2013年成立，技術(shù)來自于中科院，我們主要兩塊，一個做加法，3D打印，一個是做等法，減法我們不去做。

目前是聯(lián)盟的副理事長單位，也是標(biāo)委會的成員單位，是國家發(fā)改委，包括工信部的產(chǎn)業(yè)化基地，我們現(xiàn)在有四項國家重點研發(fā)計劃在手里，我們拿過第四屆中國創(chuàng)新大賽總冠軍，焊接拿過一次科技部的一等獎，這是精準(zhǔn)的控制技術(shù)，我們有自己的材料體系，有我們的數(shù)據(jù)庫，有我們的很多軟件，這個軟件全是我們自己開發(fā)的，包括CAM軟件，設(shè)備管理軟件，還有數(shù)字仿生技術(shù)的軟件，我們都在做這個事情，

這一塊一個是增材的設(shè)備，一個是應(yīng)用，去做一些行業(yè)推廣，這一塊我們不是希望通過我們自己來培育市場，我們希望跟在座的，無論是上游，下游還是應(yīng)用端一起來做市場的培育，這個市場現(xiàn)在還不是很大。

我們有一些核心技術(shù)，首先我們把設(shè)備系列化，無論從4030，8060、1500、2500到3000系列化，送粉器系列化，關(guān)鍵器件系列化，我們現(xiàn)在占有率送粉的確在國內(nèi)最高，我們統(tǒng)計過基本達到70%的市場占有率，這個設(shè)備送粉和送絲這一塊。其他的相關(guān)技術(shù)在行業(yè)內(nèi)做的不錯。

我們目前總部在南京，主要做整個設(shè)備的研發(fā)和制作，最近為了與客戶成長，我們不是要做服務(wù)，只是沒有人培育這個市場，或者培育這個市場誰干了什么件，不知道這個設(shè)備誰提供的，逼著我們?nèi)ジ�，把我們的設(shè)備升級和用戶做，我們材料和用戶一起分享，我們工藝和用戶一起分享，所以我們做這個服務(wù)，我們沈陽建了基地做軍用打印服務(wù)，其實不是為了服務(wù)，是為了培育市場，我們愿意把我們所有東西和客戶開放，甚至讓利于客戶，包括在安徽我們做了基地，我們首先是有材料這一塊，設(shè)備自己做，我們有兩種技術(shù)，一個做加法一個做等法的兩種技術(shù)，我們更看重把工匠經(jīng)驗變成一種數(shù)學(xué)表達，什么是人工智能？經(jīng)驗的數(shù)學(xué)表達叫人工智能，這個做成軟件，賦予設(shè)備，我們通過獲取激光器，機床，材料過程的參數(shù)，然后形成規(guī)律，然后形成數(shù)據(jù)，就像富士康，對整個事情是有幫助的。



第一塊我們和周廉院士成立了公司，包括鈦合金，包括鋁粉。整個系列產(chǎn)品，材料是很重要的一塊，第二塊是我們的數(shù)據(jù)庫軟件，這個軟件現(xiàn)在沒有完全給客戶開發(fā)，做了五六百數(shù)據(jù)庫，各種的用戶，賣設(shè)備，焊接和修復(fù)，我們做完輸入進去，這兩個行業(yè)哪種材料，怎么構(gòu)建，什么功率，完成什么體系我們做了這個軟件。

第二塊這些CAM軟件，我打一個件出來會變形，我要打十幾米都可以變形，是可以控制的，王總講大件分塊，塊件分區(qū)，區(qū)塊成形，這16個字送粉送絲所有核心的工藝，怎么把這個東西變成人工智能算法，變成軟件，這個不是專家完成。



第二塊做了Argus軟件，對激光器，送粉器，包括機床，包括過程，溫度場，熔池，溫度的形貌檢測全有，還有反饋，在這個基礎(chǔ)上我們要形式SQC在線質(zhì)量控制，要能判斷這個件產(chǎn)品質(zhì)量怎么樣，這個對于制造業(yè)很關(guān)鍵，我們現(xiàn)在做的單機版，設(shè)備市場占有率比較多，但是市場比較小，后期有各種各樣的價值。

加工頭這一塊很多人做了，這個沒有什么可以講的。

送粉器，要求長時間穩(wěn)定送粉，而且在線稱重和在線加熱功能很重要，我們兩個事業(yè)部，一個做加法增材制造，一個做等法焊接自動化，很多人問為什么做這兩個事業(yè)部，3D打印不是替代很多東西，我們叫融合制造，這個件就適合做減法數(shù)控加工，這個適合做加法，加法和減法，全加法做完之后聯(lián)結(jié)在一起，我不管激光焊，摩擦焊還是別的方法，一定是融合制造，加法這一塊，我們做了送粉的，送絲的，包括修復(fù)的，做了很多標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，現(xiàn)在我們做標(biāo)準(zhǔn)化，做了這項工作，做了核心技術(shù)，軟件，加工頭和材料，形成系列化的產(chǎn)品，我們的用戶很多比較清楚，電弧打印也是，1.5米到3米，保證設(shè)備的穩(wěn)定性，可靠性，一致性很強。特別大的設(shè)備電弧打印需要調(diào)完之后拆了再組裝在一起。



這一塊我們的用戶覆蓋比較廣泛，包括一些高校科研機構(gòu)也買了我們大量電弧打印設(shè)備和送粉打印設(shè)備，我們還有兩塊，一個是等法和民用的修復(fù)，一類是電池，包括超高速修復(fù)設(shè)備，這一塊我們也是按照行業(yè)去做，工程機械的傳統(tǒng)系統(tǒng)，電鍍可以用這個來做，包括寶武集團，買了我們七臺設(shè)備，全是我們的設(shè)備，包括首鋼，河北鋼鐵，南京鋼鐵，馬鞍山鋼鐵都是我們的設(shè)備，它替代了傳統(tǒng)的一些方法，再到礦業(yè)，煤炭機械市場如何做加工和修復(fù)，替代了電鍍，是比較大的市場。我們的一些用戶以國內(nèi)軍工央企或者大的民營企業(yè)，這一塊我們明年或者今年年底使我們的設(shè)備能夠真正大批量快速進入民營企業(yè)，中小微企業(yè)，這也是我的目標(biāo)，我相信到明年會實現(xiàn)，而且價值大大降低，使很多過去軍工用的設(shè)備，以更低的價值進入市場，而且設(shè)備更加智能化，更加便捷的使用設(shè)備�，F(xiàn)在大家可以提問題。



提問：我想問一下電弧打印，可以最大打到20米行不行？就是長度和寬度。



刑飛：其實電弧打印這種尺寸是沒有約束的，沒有約束、多大都行。

提問：比如說里面要裝一些零件，要裝的時候很復(fù)雜，流道那些能不能做？



刑飛：這個問題特別好，很多人現(xiàn)在8段件和4段件的，很多人問過我，為什么我們不做呢？我認(rèn)為2500足夠了，為什么大尺寸沒有意義呢？比如說我做一個很大的輪盤是流道結(jié)構(gòu)的，其實我完全可以設(shè)計成四段，每一段是擴張打印，中間是用電弧連接的，我們不要有一個思想，就是這個件有多大，我們就要設(shè)計多大，我就要多大設(shè)備，我們說電弧打印和送粉打印一樣，它們實際上還沒有受太大的尺寸約束限制。

它取決于第一個就是你的設(shè)計，你的設(shè)計很重要，設(shè)計一旦解決好了之后，下一步就是工藝，工藝就很重要，我說工藝很重要什么意思呢？比如說這里有一些件是很復(fù)雜的產(chǎn)品，有流道的用鋪粉去做，支撐件要用送粉去做，連在一起我們可以用焊接做。這個是電弧打印來做，成本比較低，這個用電弧打印來做，我覺得對于一個研究機構(gòu)或者一個單位，最好的是鋪粉、送粉、送絲都有，或者焊接都要有，你只要足夠聰明就可以干很多事情。

其實我們王院士拿一等獎是增材制造的連接技術(shù)，不是打印技術(shù)，連接技術(shù)拿的是一等獎，所以它是一種連接的概念，怎么把一個產(chǎn)品通過融合制造做出來，這是很重要的。




提問：你好，我有一個問題，對送粉來說打小件，比如說打500的和打10米的有多大區(qū)別？這是第一個問題。
第二個問題，就是說你們在修復(fù)方面做了大量的工作，在修復(fù)的時候，你們是如何處理界面的母材和新堆上去這個界面的？



刑飛：
這個問題特別好，所以說，很多人就問我，我有一個四米五的設(shè)備，或者我有一個兩米五的設(shè)備，或者我有一個三米五的設(shè)備，或者我只有800的設(shè)備，我是最大的設(shè)備和什么樣的設(shè)備，這根本不重要，還是工藝。

其實我們有的時候，把我們用的設(shè)備的能力看得太重要了，我們?yōu)槭裁船F(xiàn)在要做這個呢？我們要告訴所有的用戶，買設(shè)備的時候，我會跟客戶說過一句話，我說我要使你半年時間具備打大件的能力，他們開始還不相信，其實我們是在培育市場。為什么說呢？別人可以做的事情你也能做，很大一塊就是其實在于500、900和一米之間，它還是一個融合制造的概念，當(dāng)你真正了解這個概念，你打300、500還是一米，你可能增大了有剛性艙體和柔性艙體，就是具備氧化能力的材料，如果它沒有氧化，如果是傳統(tǒng)的材料，就不存在密閉艙體的概念，我可以設(shè)備做得很大，這是第一個問題。

第二個問題就是講的界面的事情，實際上截面的事情，現(xiàn)在很多是基于一種材料來研究一種技術(shù)，實際上來講不是不對，材料很重要，工藝很重要，其實數(shù)學(xué)更重要，數(shù)學(xué)更重要，為什么呢？當(dāng)我們真正理解CAE和CAT的問題的時候，你會發(fā)現(xiàn)截面的問題全解決了，再加上傳感器。