第414章 金属加工方法革变，下一个研发重点

以目前的热源形式来分，金属3D打印可分为激光（单模）SLM、激光（多模）LENS、电子束（粉末）EBM、电子束（丝材）EBFF和电弧WAAM。 星海集团利用自主研发的激光技术，目前主要采用SLM和LENS技术，材料都是采用粉末形式。 以目前的设备型号来看，可以制造1000mm*800mm*600mm的零件，如果想加大零件尺寸并不难，增加导轨长度即可，不过，精度会有一定的影响。 一直以来，全球金属3D打印的发展似乎并未达到预期中的革命性发展，以世界金属3D增材代表企业Velo3D公司为例， 主要有三个因素影响。 第一，材料组织较差，一直达不到锻件水平。 也许构件的某些性能达到了同成分锻件水平，但材料组织依然达不到。 目前，星海集团已经解决了这个关键问题。 第二，制造效率问题。 一般来说，SLM技术的每小时制造效率为5-20立方厘米，如果是LENS（材料组织较差），可以到达10-80立方厘米，甚至可以达到300立方厘米。 以制造钢铁为例，钢材的密度为7.85克/立方厘米。 也就是说，金属3D增材的每小时制造效率，SLM技术大概是40-160克，而LENS则为80-2400克，每天24小时持续制造，最多也就五十多公斤。 如果是钛合金和铝合金，由于密度更小，单位生产的重量更低。 制造效率越高，相应地成形精度也会低许多。 所以，这项技术只适合于制造复杂程序非常高，而且批量少的结构件。 对于传统的机械制造（如车铣刨磨钻）而言，零件的制造成本随复杂程度的提升指数级的增长，且与制造的批量有关系，批量小于3000件时，成本非常高。 而零件的复杂程度对增材制造的成本影响很小，增材制造过程几乎不受零件复杂程度的影响，其成本主要决定于制造该零件所需要的时间。 因此对于单件小批量生产和具有较高几何复杂性的零件，增材制造具有显著的竞争优势。 如今，星海集团在SLM和LENS技术上有很大进步，单枪数量的效率比同行顶尖设备要快3倍-5倍。 这方面的原因，主要是设备空行更快、扫描速度、多通道送粉、多激光束、熔化效率更快等优势。 而且，星海集团的设备可以配置多枪同步进行，最多可配3把喷枪。 多加枪就意味着多加轴，占用空间，这还不是最重要的，主要是需要解决同步运行时的算法问题。 所以，运用3枪的设备，可比同行顶尖设备的效率要快5-15倍。 如果计算加工价格，差异就非常大。 在2022年之前，在缺乏专门设计的零件的情况下，增材制造生产成本会十分高昂，而工业增材制造系统也价值不菲，并且部分生产速度十分缓慢。 目前能够生产金属零件的增材制造系统和设备的总成本大约在50万美刀到100多万美刀之间。 如果以全年80%的运行时间计算，那么金属3D打印系统每年运作的时间约为7000小时。 对于高科技设备，两年的投资回报期（ROI）是成本计算的合理平均值，这也就意味着根据设备价值不同，每小时的设备运行成本（也可以说是设备折旧成本）为每小时37美刀到每小时90美刀不等。 电费能耗、惰性气体氩气成本倒不是很大，每小时10块钱左右，相对于设备的折旧成本就极低了。 如果加工一个不锈钢304结构件，重量为1公斤，粉末材料成本为500元。 按照国际上的金属3D增材设备，假如设备每小时运行成本为400元。 要求精度最高，最慢加工时间约为25小时，成本为＝25*400+500+25*10＝10750元！ 要求精度一般，加工时间约为5小时，成本为＝5*400+500+5*10＝2550元。 换作星海集团的设备，假如设备价格和原材料价格相同，加工时间可能只需要5小时，甚至最快只需要半小时就可以，成本在 800-3050元，而且精度更高。 但不管再怎么样便宜，成本依然比传统制造要高。 第三，表面粗糙度和后续加工问题。 3D增材设备毕竟是堆焊材料的方式，表面粗糙度肯定比精机加工差一些。 一般表面粗糙度在Ra5-50! 一般来说，摇臂钻床所钻出来的孔，孔壁粗糙度在Ra12.5左右，用手摸还可以摸到纹路。 好点的，可以加工到Ra6.3，跟粗铣、粗车差不多了。 如果是Ra25-50，跟火焰切割出来的切割面一样，非常粗糙了。 如果还采用后续加工，采用3D增材设备就没啥意义了。 而星海集团的设备，如果采用LENS，每小时制造效率为200-1000立方厘米情况下，就可以达到Ra6.3，如果要求不高，根本不需要再加工了。 如果采用SLM，把每小时制造效率为50-100立方厘米情况下，表面粗糙度Ra可以达到0.8！ 半精铣和半粗车的状况了，绝大情况下，不需要再进行后续加工。 就凭以上三个优势，星海集团的金属3D增材技术可以说是黑科技了，高出世界顶尖水平太多了，已经可以普遍应用了。 一些急用的小批量产品，都可以采用金属3D增材技术生产了。 所需要的，只要有3D图数据就可以。 当然，这个3D软件必须具备3D切片功能