西安鉑力特已超500員工，王佳駿報告“創(chuàng)新設(shè)計與金屬增材制造”

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打印）科技創(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”上，西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司項目技術(shù)總監(jiān)王佳駿做了主題的主題是《創(chuàng)新設(shè)計與金屬增材制造》的報告。

下面是現(xiàn)場速記：

各位老師、各位專家，大家好！
非常高興鉑力特作為參會單位參加這個論壇，今天我分享增材制造和創(chuàng)新設(shè)計的報告。

然后，今天我的報告主題分四個方面，首先簡單介紹一下鉑力特，后面主要從三個方面跟各位專家、老師討論一下創(chuàng)新設(shè)計和增材制造一些關(guān)系，以及工程應(yīng)用和展望。

首先簡單介紹一下鉑力特，我們的技術(shù)研究開始于1995年，鉑力特公司成立于2011年，這幾年，在產(chǎn)業(yè)同仁的共同努力下，增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)生了巨大發(fā)展在這種大形勢下，鉑力特也實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展，2014年，我們自主知識產(chǎn)權(quán)SLM工藝設(shè)備正式面市，2017年獲得了全球首屆3D打印OEM大獎，2018年，我們作為空客的3D打印供應(yīng)商，參與了相關(guān)項目的研制，在2019年的7月份，我們作為科創(chuàng)板首批25家公開發(fā)行股票的公司之一，正式登陸科創(chuàng)板。

公司目前有500余人，主營業(yè)務(wù)覆蓋了金屬3D打印的全產(chǎn)業(yè)鏈，包括設(shè)備、原材料和前端的設(shè)計、后端的檢驗檢測，還有金屬3D打印周邊一些輻射的業(yè)務(wù)鏈。從打印的材料來說，目前鉑力特在做基礎(chǔ)的金屬3D打印材料打印參數(shù)的研發(fā)，包括鈦合金、鋁合金、高溫合金、不銹鋼、銅合金、鎢合金等，還有很多難加工金屬。

設(shè)備序列中面向不同細分應(yīng)用市場，鉑力特構(gòu)建了比較成熟的設(shè)備體系，包括面向高精度的教育、醫(yī)療，面向于需要低成本化生產(chǎn)的模具行業(yè)，面向航空航天的高穩(wěn)定性高質(zhì)量要求的行業(yè)；另外，鉑力特構(gòu)建了自己的大尺寸加工能力序列，包括BLT-S500、BLT-S600，也是目前在國際上具有競爭能力的大尺寸的SLM工藝設(shè)備。鉑力特也有LSF工藝和WAAM工藝的增材設(shè)備。

從整個后端檢測檢驗來說，鉑力特的檢測業(yè)務(wù)不僅包括了單純的無損檢測，還包括性能檢測， ，后處理方面的線切割、熱等靜壓等也可以在公司內(nèi)部完成，這些配套設(shè)備和服務(wù)都是為了更好的服務(wù)我們的用戶，更好地推動增材制造的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

下面就進入這個報告的主題——增材制造技術(shù)與創(chuàng)新設(shè)計、應(yīng)用導(dǎo)向。

先做一個簡單的介紹，因為在座專家對3D打印技術(shù)都比較了解，這邊就不做贅述了，我們理解3D打印對真正的設(shè)計端的影響，其優(yōu)勢就在于可以構(gòu)建多尺度，3D打印的加工原理很容易理解，就是基于離散和堆積的原理，先微分再積分，所以我們可以把粉末離散成非常細小的結(jié)構(gòu)，逐點、逐層、逐面、逐線加工起來，傳統(tǒng)的剪裁制造來說，這個加工難度比較大，加工需要受限于我們的機械結(jié)構(gòu)、或者一些模具的影響。

那么，金屬增材制造作為目前眾多3D打印材料成形方式的一種主流分類，對比其他材料的增材制造方式，也具有新的挑戰(zhàn)。金屬是航空航天或者工業(yè)領(lǐng)域主要應(yīng)用的材料，航空航天領(lǐng)域?qū)�金屬零件的質(zhì)量要求更高，同時因為金屬增材制造是一個復(fù)雜的熱加工過程，所以工藝難度也會更大。但是，更大的工藝難度也給金屬3D打印應(yīng)用帶來更高的潛在價值，我們則一直致力于把金屬增材制造潛在價值真正挖掘出來。

毫無疑問，前端設(shè)計就是一個非常關(guān)鍵的先導(dǎo)段，增材制造的技術(shù)，包括修復(fù)和再制造，具有以下特點和優(yōu)勢：無模具化、快速迭代、快速驗證、快速制造，這些優(yōu)勢也支撐了增材制造的整體發(fā)展技術(shù)脈絡(luò)。早期增材制造主要面向的新產(chǎn)品科技研發(fā)，，驗證一些裝備配件、驗證一些結(jié)構(gòu)的成熟性。

后來發(fā)展來看，醫(yī)療領(lǐng)域的用戶開始應(yīng)用增材制造做個性化的定制，包括我們的文創(chuàng)領(lǐng)域，包括有一些單件小批量的生產(chǎn)，國內(nèi)增材制造發(fā)展到2014年、2015年，很多用戶已經(jīng)通過增材制造的技術(shù)驗證，增材制造這個技術(shù)是可靠的，可以用來做代替加工，代替?zhèn)鹘y(tǒng)復(fù)雜難加工的零部件的加工，所以，大量的應(yīng)用始于這個節(jié)點，很多的用戶開始用增材制造做傳統(tǒng)難加工的結(jié)構(gòu)，這個案例可以說層出不窮，今天很多專家跟各位分享了增材制造，展示的非常巧妙的的應(yīng)用案例，或者非常有價值的應(yīng)用案例，這邊就不逐個解釋了。

另外，高性能修復(fù)也是增材制造發(fā)展路線上，逐漸被人們所熟知和應(yīng)用的技術(shù)，通過高性能的修復(fù)，通過很小的成本挽救原始價值很大的零部件，比如說一些零部件、計加工損傷的、一些鑄造的鋼和鐵的缺陷等等。

增材制造面向國內(nèi)的應(yīng)用是始于替代式加工，面向國外的應(yīng)用，我們看到不管是GE、空客，還有洛馬等等，一開始用增材制造，有一個重要的用戶導(dǎo)向就是最優(yōu)化設(shè)計、提升產(chǎn)品的性能，不管是從航空航天或者汽車領(lǐng)域、或者是工業(yè)領(lǐng)域，是從追求輕量化來說，還是從一些功能構(gòu)件的考慮，提高流動效率和熱管理等等，還有醫(yī)療上考慮的生物能量等等，這一系列的導(dǎo)向性就是怎么樣通過設(shè)計來提升，毫無疑問，真正讓3 D打印技術(shù)這么倍受各位專家、學(xué)者關(guān)注，最優(yōu)化設(shè)計、提升產(chǎn)品性能是非常重要的一個價值點。

從多尺度結(jié)構(gòu)來講，其實咱們自然界多尺度的結(jié)構(gòu)來源，很多都有自然界的衍生規(guī)律，包括人體的骨骼結(jié)構(gòu)，我們從微觀到宏觀，它這個結(jié)構(gòu)是顯著不同，包括飛行器的概念，是來源于我們的飛禽，還有一些建筑結(jié)構(gòu)是來源于大自然的樹木或者樹葉的葉脈等等，可以說大自然給我們很多啟示，大自然本身所有生物的構(gòu)成就是一個生長的過程。所以，增材制造的客觀規(guī)律和大自然的生長規(guī)律是高度一致的，毫無疑問，通過增材制造可以更有效的體現(xiàn)我們多尺度結(jié)構(gòu)的概念，應(yīng)該說目前除了增材制造技術(shù)，沒有第二種加工技術(shù)，可以這么高度適合來實現(xiàn)多尺度結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。

第二部分簡單討論一下增材制造技術(shù)與產(chǎn)品設(shè)計創(chuàng)新，我們的一些思考和聯(lián)系。

首先，我相信作為產(chǎn)品設(shè)計者，作為一個產(chǎn)品的開發(fā)者，產(chǎn)品設(shè)計的導(dǎo)向性就是我們想設(shè)計出來最優(yōu)的結(jié)構(gòu)，包括如何降低我們一些產(chǎn)品的能耗，提升我們產(chǎn)品的競爭力，最終想把產(chǎn)品推向市場、面向市場，去和用戶做更緊密的聯(lián)系。那么，從產(chǎn)品的優(yōu)化推進來說，主要包括了結(jié)構(gòu)、材料和工藝，每個端口我們設(shè)計者都在付出很大的努力。比如說從材料端，毫無疑問，航空航天領(lǐng)域流傳一句話，就是一代材料決定一代裝備，材料的發(fā)展支撐我們裝備的發(fā)展。

那么，作為我們結(jié)構(gòu)來說，結(jié)構(gòu)輕量化是設(shè)計者價值最終體現(xiàn)的一個地方，同一個方案，不同設(shè)計者面對設(shè)計書時，會有不同的理解、有不同的設(shè)計輸出，不同的設(shè)計輸出就有不同的產(chǎn)品性能優(yōu)劣之分，通過優(yōu)劣的逐步驗證、逐步迭代，才可以推進零部件一步、一步去發(fā)展、去成熟。

第三點就是我們的工業(yè)端，從咱們早期材料加工的發(fā)展歷史來說，包括熱加工、鑄造焊、包括后面的3D打印，冷加工像很多常用的冷加工技術(shù)等等，現(xiàn)在可以說我們能應(yīng)用的加工技術(shù)，基本上一個成熟的設(shè)計師或者比較熟悉的工業(yè)員都可以列舉出來。所以來是，我們可以看出來從材料、工藝和結(jié)構(gòu)端做工作，相對來說，結(jié)構(gòu)端是設(shè)計者最容易推動的一個方向。

從加工歷史發(fā)展來說，我們可以追溯到很早的時候，石器時代我們只有簡單的工藝、簡單的結(jié)構(gòu)，這個結(jié)構(gòu)就實現(xiàn)一個簡單的功能，后面我們有復(fù)雜的工藝，我們可以用一些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)復(fù)雜的功能，3D打印現(xiàn)在告訴我們，從簡單的工藝可以實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這個復(fù)雜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)復(fù)雜的功能，最終一代、一代設(shè)計者做努力，我們就是想通過一個簡單的工藝、用更簡單的結(jié)合實現(xiàn)更復(fù)雜的功能，這個可以說我們設(shè)計界的一個愿景。

從剛才的思考，我們可以討論這兩個問題，就是一個設(shè)計者單純從材料和工藝端來推動，我們想獲得的變革，可能難度是比較大，因為這個材料的變革就是很局限的，比如說像我們鈦合金，面市以來基本上30、40年，現(xiàn)在還是作為我們鈦合金的主流牌號在使用，可見整個材料的發(fā)展，很難呈現(xiàn)一個突飛猛進或者一個跨越式的發(fā)展，還是循序漸進的發(fā)展。

工業(yè)端也一樣，這些年這些工藝技術(shù)也就那么多，相對來說，從結(jié)構(gòu)端來講設(shè)計人員容易做這個工作，毫無疑問，我們設(shè)計人員考慮產(chǎn)品設(shè)計的時候，優(yōu)化工作是非常重要的一個組成部分，但是我們?nèi)绻�要面臨增材制造，或者我們有的零部件要做增材制造的話，毫無疑問，這個工作勢在必行，為什么呢？如果我們還在傳統(tǒng)設(shè)計路線上做工作，第一個我們產(chǎn)品的功能性往往達不到一個最優(yōu)化，很多首先要受到傳統(tǒng)加工技術(shù)的制約。

第二點，增材制造現(xiàn)在成本還是偏高，怎么樣通過這個增材制造的一些邏輯控制成本，這個就很關(guān)鍵，增材制造不再像傳統(tǒng)加工技術(shù)，我這個零件越復(fù)雜，模具就很難開，要上多軸機床，工時費也會相應(yīng)提高等等，使用傳統(tǒng)加工技術(shù)的話，零件越復(fù)雜成本越高。影響使用增材制造技術(shù)加工的零件的成本的主要就是兩個因素，一個是零件的質(zhì)量，一個是零件的加工時間，毫無疑問，如果我們可以通過一些設(shè)計方法的迭代、設(shè)計手段的介入，把這個零件做得更輕，就可以節(jié)約很大的成本，也會節(jié)省加工時間。

綜合來說，我們用增材制造可以解決成本的問題，最終降低復(fù)雜零件成形的成本。

我們把增材制造當成一個設(shè)計和工業(yè)耦合的系統(tǒng)去理解，不單單是把它割裂成一個工藝端的事情，還是像傳統(tǒng)設(shè)計工藝流程一樣，設(shè)計人員完成圖紙、模型的建立之后，下圖給工藝端，工藝端根據(jù)圖紙制定工藝流程，最后把這個零件制作出來，如果中間有一些問題，工藝人員要反饋給設(shè)計人員，要做設(shè)計更改，但是設(shè)計人員在這么冗長的一個工藝流程下，很難做到每一步工藝流程他都是非常熟悉的，這個交流代價是非常大的，3D打印就顯著忽略了設(shè)計和工藝的界限，能把設(shè)計和工藝很好的融合，如果設(shè)計人員可以充分了解增材制造的價值和增材制造一些設(shè)計的規(guī)范，設(shè)計完之后由數(shù)模驅(qū)動就可以打印，可以非常快速的提高設(shè)計的流程，用增材制造發(fā)揮它應(yīng)有的價值，而不是為了增材制造而增材制造。

在理念端理解就是，我們怎么樣轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計引導(dǎo)制造，把功能最優(yōu)化放在第一位，通過一些最優(yōu)化設(shè)計的方法，通過一些仿真工具的介入，來幫助我們設(shè)計者更好的實現(xiàn)更輕、更強的、更具功能性的零部件。

很簡單的一個案例，一個典型的零部件，在增材制造技術(shù)介入時，我們往往考慮幾個問題：能不能打，怎么樣適合打，怎么提升打印價值。我們規(guī)劃了一個流程，這個素材來源是來源于一個公司的簡單案例，整個的流程，我們覺得使用增材制造可以很好的跟結(jié)構(gòu)優(yōu)化相結(jié)合，包括可行應(yīng)用和評估，包括整個設(shè)計端怎么樣基于一些增材制造特有的優(yōu)勢，來做一些設(shè)計，完成工藝鏈條的處理，做這些工作目的肯定要有結(jié)果實踐的。通過設(shè)計的介入、設(shè)計方法的計算，他可以獲得相當大的收益，這一點就是我們增材制造考慮設(shè)計優(yōu)化的一個價值點，并不是說我們直接拿一個零部件，3D打印出來，就體現(xiàn)3D打印的價值，3D打印被賦能端就是前端的設(shè)計端。

還有點陣結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在應(yīng)用越來越多了，包括用點陣結(jié)構(gòu)做一些填充結(jié)構(gòu)的替換等等，我們使用很簡單的點陣結(jié)構(gòu)，做成一個很高效的結(jié)構(gòu)，就是說已經(jīng)近似實現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計端的核心訴求，實現(xiàn)強度、承重等性能要求，把重量的冗余降到最低，把每克材料都用在該用的地方。點陣結(jié)構(gòu)或者說點陣的多尺度結(jié)構(gòu)，在未來是一個非常有價值的方向，當然這個應(yīng)用場景很廣闊還需要不同行業(yè)的應(yīng)用專家來做思考，來考慮相應(yīng)的這種點陣結(jié)構(gòu)，在他的領(lǐng)域中去怎么樣組織，怎么樣調(diào)整它的疏密，怎么樣構(gòu)成它的宏觀和微觀結(jié)構(gòu)的過渡等等。

最后一部分就是簡單介紹一些工程展望，因為在會上很多專家，也從國內(nèi)外整個大的形勢、國內(nèi)外的典型案例做了介紹，這邊就介紹幾個鉑力特做的，或者我們一些用戶所提到的案例。

第一個就是一個很簡單的轉(zhuǎn)向節(jié)，這個金屬3D打印的轉(zhuǎn)向節(jié)替代了傳統(tǒng)鑄造的風(fēng)險性，轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)如果用鑄造來做，像這種壁厚存在薄厚不均勻的現(xiàn)象，缺陷很多，單件成品率很低，就導(dǎo)致成本很高，用金屬3D打印的話，直接打印也可以打工，為了保證真正發(fā)揮金屬3D打印、增材制造的機制，我們可以通過一些設(shè)計方法的介入，考慮零件怎么樣做到更優(yōu)，這個跟相關(guān)用戶做了幾輪的迭代，獲得了比較好的效益，獲得了重量的減低，還有成本的降低。

第二個就是傳統(tǒng)設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計的邏輯關(guān)系，傳統(tǒng)設(shè)計者也用到很多設(shè)計方法，費盡心血也做了設(shè)計方法的改進，傳統(tǒng)設(shè)計中基本上下了很大的工夫，但是這個是不是最優(yōu)的，我們通常會多問一句，基于增材制造我們可以把這個問題更細化的來討論，我們怎么把傳輸路徑確定下來，現(xiàn)在有一個方法，就是拓撲優(yōu)化甚至更新的設(shè)計，這一系列方法都足以支撐我們獲得更優(yōu)的零部件，這個最優(yōu)的方案怎么實現(xiàn)呢？毫無疑問3D打印是唯一無二的方法，如果設(shè)計者在最初考慮到3D打印，在設(shè)計中會少走很多彎路。

還有大型尺寸的零部件打印，這個是偏展示的案例，現(xiàn)在工業(yè)輪轂不會用金屬3D打印，因為成本比較高，這是Form next2018上鉑力特的展品，設(shè)計了一個從表面的拓撲結(jié)構(gòu)等是一體化制備的輪轂，展示的就是就是BLT-S600設(shè)備在大尺寸輪轂的精細化打印能力。

還有現(xiàn)在比較火熱的創(chuàng)成式設(shè)計，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，我們完全有理由相信，很多設(shè)計的設(shè)想在不久的將來，甚至很快在我們眼前就可以實現(xiàn)，通過人工智能、通過一些機器學(xué)習(xí)的算法，由計算機告訴我們設(shè)計的走向，設(shè)計者要把工藝綜合考慮，就可以很快速的得到最優(yōu)化、或者逼近最優(yōu)解的結(jié)果。

金屬3D打印不僅在結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用上，功能性也是金屬3D打印非常重要的方向，怎么提升散熱片的散熱能力，3D打印提供了一個很好的路徑，還有更進一步基于3D打印路線路線，我們可以考慮工藝路線的遺傳性，實現(xiàn)3D打印算法的迭代，這個是跟西北工業(yè)大學(xué)相關(guān)專業(yè)的教授團隊合作的項目，我們考慮3D打印優(yōu)化的一些探索，目前還在基礎(chǔ)的層面，我相信隨著3D打印的應(yīng)用和發(fā)展，很多工業(yè)驗證的問題會被設(shè)計者所關(guān)心，我們應(yīng)該超前一步考慮這個問題，我相信隨著3D打印和計算機技術(shù)、計算技術(shù)的發(fā)展，很多我們現(xiàn)在認為很難的問題，很棘手的問題，我們用發(fā)展的眼光看，在很短的時間內(nèi)就可以解決，不是為了3D打印而3D打印。

鉑力特相信金屬3D打印可以讓設(shè)計更自由，讓制造更簡單，世界更美好。謝謝大家！