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西门子的发现,3D打印的事实与展望

西门子在3D打印领域花了不少力气,具体来说从支持创业者到应用的开发,再到针对增材制造的PLM软件开发。

在3D打印领域,首先是西门子张开双臂拥抱优秀的3D打印初创公司,并通过其下属的Siemens Technology to Business (TTB)邀请创业者加入前沿合作伙伴计划(Frontier Partner Program)。

然后,西门子又在瑞典Finspång投资2千140万欧元开设制造金属3D打印部件的大型工厂,用于开发新的或者改进的部件,以及用于更快地维修西门子工业燃气轮机——例如SGT-800等。使用3D打印技术,西门子能够将维修时间从几个月缩短到几周。不仅如此,西门子公司还与德国Fraunhofer 激光技术研究所合作,使用SLM 3D打印技术优化了复杂的燃气轮机涡轮叶片的制造工艺。

同时,西门子技术研究院在普林斯顿大学的技术团队还研发了一种八条腿的3D打印机器人,它的名字是SiSpis。关于这项技术的应用,西门子公司表示将主要用于汽车车身、轮船、飞机机身等大型零部件的3D打印。

另外,与GE收购Morris类似,西门子还收购了英国3D打印服务公司Materials Solutions 85%的股份,Materials Solutions在高温合金的增材制造方面颇有建树,核心竞争力是对航空航天零部件的增材制造能力,以及摩托车运动、发电、流体工程领域的高性能零部件。

当然,最为引人注目的是西门子最近宣布的针对增材制造要推出的端对端的PLM解决方案,将覆盖设计、仿真和生产的解决方案。

西门子这样的德国公司可谓“不见兔子不撒鹰”,西门子在3D打印领域频频出手,是看到行业什么样的现状与发展趋势呢?本期,大家可以一起来感受西门子透过行业分析专家们的视角所认可的3D打印的事实与展望。

市场研究人员预测增材制造在下一个十年迎来300%的增长

从用户的角度来看,3D打印市场基本上可以分为两个部门:桌面型打印机以及工业级3D打印设备,工业级打印设备可以用来制造各种材料,包括塑料、陶瓷和金属。这个市场正处在快速发展期,之前达到第一个10亿美金的市场份额的时候花费了20年时间,而之后在2012年达到20亿美金的市场份额则只花费了5年时间,而在下一个十年,市场分析师们认为这个行业将增长四倍。

从原型到批量生产

Wohlers Associates的分析师预计快速原型市场将从2012年的15亿美元增长到2020年的超过50亿美元的市场份额,而Wohlers认为增材制造的真正前景是制造,而不是原型。在个性化定制领域,增材制造已经成为制造人工髋关节和牙齿的一个现实。而在工业制造领域,就西门子来说,西门子正在打印用于燃气轮机的更换部件。

越来越高效的3D打印

在2013年,麻省理工技术评论将增材制造技术列为十大开创性的技术之一。而那个时候增材制造还仍然是太慢、且昂贵的一种技术,设备的折旧成本就可以占掉零件成本的一半。随之而来的是设备的升级,最新一代的设备使用多个激光器,具有更大的建构室,并带有自动化的上下料系统以及改进的在线监测功能。所有的技术提升都在大幅度提高增材制造技术的商业价值。

粉末也是一个主要的成本因素,金属增材制造领域的资深专家Bernhard Langefeld(曾在西门子工作过)认为在接下来的五年内金属打印产品的价格会降低一半,而在后面的五年会继续下降至百分之三十。而与此同时,金属打印的速度将在未来十年内增加到8倍。

产品生命周期价值的考虑

然而,市场研究人员并不认为增材制造将取代传统的制造工艺。增材制造发挥的主要空间是个性化定制、小批量生产、特别复杂的产品、特殊的材料配方以及功能集成性产品。在个性化定制领域,典型的例子包括精确定制的牙齿、牙冠、髋关节、颅骨植入物, 增材制造也允许企业更加精确的控制不同材料的微观晶粒结合,例如纳米陶瓷增强高温镍基合金这样的材料,并允许企业在材料的分配上实现可编程的灵活性,例如梯度合金的金属打印制作。

并且在备品备件领域,增材制造发挥出特殊的价值。不仅能消除储存和运输成本也节省了资金,更能减少停机时间。例如,西门子燃气轮机的维修就是一个典型的案例,全新的方法减少了大约百分之九十的维修时间,而且那些残缺的零件不再需要费力地与新零件焊接在一起了,相反,可以直接在主体上以近净形3D打印的方式制造出缺损部分,大大降低了维修费用。


从长期来看,是否采用3D打印技术,还需要考虑产品生命周期的杠杆作用,这种影响将很快在航空工业以及汽车业中凸显出来。简单地说,通过增材制造的产品,成本可能是传统制造的十倍,但如果这个产品降低了百分之一的燃料消耗,那在整个产品的使用寿命周期内,增材制造是有效的。
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