日本加大力度投入3D打印機國家項目，提升精度與速度

日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省即將啟動開發(fā)世界最高水準的3D打印機的國家項目。日本政府在2014年的預算案中劃撥了40億日元，用以實施“以三維成型技術為核心的制造革命計劃”。目前，該計劃已經(jīng)分成32億日元上限的“新一代工業(yè)3D打印機技術開發(fā)”和以5.5億日元為上限的“超精密三維成型系統(tǒng)技術開發(fā)”兩個主題，并在公開招募開發(fā)委托單位。
    前一個主題以可以成型金屬材料的3D打印機（以下稱：金屬3D打印機）為對象，后一個以成型鑄造模型的3D打印機（以下稱：砂模用3D打印機）為對象。在此類3D打印機的領域，德國等歐美地區(qū)目前在裝置的開發(fā)和應用兩個方面都領先。日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省此舉的目的，就是為了提高日本的競爭力。
    金屬3D打印機和砂模用3D打印機的開發(fā)項目除了連同控制程序在內(nèi)的成型裝置本身外，還包括新型粉末材料和實現(xiàn)后處理自動化的周邊裝置的開發(fā)。
    電子束與激光束
    金屬3D打印機開發(fā)項目所考慮的金屬粉末的燒結與熔融有兩種方式，分別為電子束方式和激光束方式（圖1）。這兩種方式都把成型速度達到目前的10倍、產(chǎn)品精度達到目前的5倍作為最終目標，力爭在項目結束后的2020年投入實用。

    設想的兩個方式分別是向金屬粉末照射電子束和照射激光束。二者的最終目標都是使成型速度達到目前的10倍，使成型物的精度達到目前的5倍。
    具體來說，兩種方式1小時成型速度的最終目標均為500cc；成型物精度方面，電子束方式的最終目標為±50μm，激光束方式為±20μm。除此之外，最大成型尺寸達到1000×1000×600mm以上、裝置售價控制在5000萬日元以下也是兩種方式共同的最終目標。
    要達成目標，除了提高電子束和激光束的性能之外，還必須為兩種方式開發(fā)適合各自的新型粉末材料。因此，該項目將同時開展金屬粉末的微細化、縮小粒徑分布，開發(fā)耐熱性和耐腐蝕性優(yōu)良的新合金和防銹等粉體修飾技術，提高品質并降低成本。
    低成本快遞制作砂模
    砂模用3D打印機1小時的成型速度要達到10萬cc（100L）以上，最終目標是使成型的鑄模的制造成本降低到1000日元/kg以下。以中小企業(yè)等為對象推動其實現(xiàn)廣泛普及，力爭使裝置的售價降低到2000萬日元以下。項目期限為4年（圖2）。

    通過提高成型尺寸和成型速度提升生產(chǎn)效率，同時降低裝置的價格，借此提升鑄模的成本競爭力。
    砂模用3D打印機開發(fā)項目在2013年度曾經(jīng)開展過。項目的名稱也是“超精密三維成型系統(tǒng)技術開發(fā)”，成型速度的最終目標（10萬cc/h以上）也與本次一致。但2013年度的砂模打印機開發(fā)項目的預算規(guī)模的上限僅為1.5億日元，此次的預算規(guī)模增加到了上次的近4倍。
    與金屬3D打印機一樣，對于砂模用3D打印機，粉末材料的開發(fā)也是一大重點。按照計劃，打印機將采用噴嘴噴射粘合劑，利用粘合劑硬化人工砂粉末的方法，除此之外，還要開發(fā)可以用于鑄造高熔點金屬的人工砂和粘合劑、設法控制對鑄造流程存在影響的崩壞性，并找出能混合沉積不同砂子的方法。
    還要顧及知識產(chǎn)權
    日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省之所以推行上述開發(fā)項目，是出于“新一代3D打印機投入實用并商業(yè)化有利于國家利益”的考慮，項目產(chǎn)生的知識產(chǎn)權原則上歸屬參與者。因此，在開展項目時，要先行進行專利調查，以避免專利糾紛。
    除了日本國內(nèi)和日本企業(yè)，通過項目達到實用水平的3D打印機還將面向全球市場提供。因此，在開發(fā)之時，還要遵循ISO（國際標準化組織）和ASTM等國際標準。
     開發(fā)項目計劃于2年后（2015年度末）實施中期評估。通過制作試制機等方式，評估打印機能否達成圖1和圖2中的中期目標。
文章來源：中日技術產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)