日本东北大学千叶晶彦:浅谈日本3D打印现状及发展情况



 由中国3D打印技术产业联盟和世界3D打印技术产业联盟、南方日报共同主办,佛山市,南海区,大沥镇三级政府支持的第五届世界3D打印技术产业大会于2018年6月17/18日在佛山大沥成功举行,来自国内外900多位代表出席大会,并就3D打印重新定义制造业这个主题展开热烈讨论。下面有请来自于日本东北大学的千叶晶彦教授为我们介绍日本增材制造的发展情况。

千叶晶彦:女士们、先生们,大家好,我叫千叶晶彦,来自日本东北大学金属材料研究所。我今天跟大家演讲的内容是:3D打印增材特别是电子束增材的制造。

日本东北大学是在日本的仙台,首先我会介绍在日本3D打印的增材目前技术情况,第二介绍日本目前增材的研发,包括TRAFAM,TRAFAM是在日本的项目,有点像中国的863计划,主要针对于3D打印和新型技术的设备和各种材料研究方面的项目,TRAFAM到底起到什么样的角色。还有我们目前技术发展的层面,以及在增材生产方面有什么样新型的研究。

TRAFAM是未来增材的技术研究协会,目前日本3D打印增材已经有很多公司加入进来,90年代开始就针对3D打印特别是增材进行研究,在这里面有很多家公司比如说库加马(音)教授领导的团队,包括增材的喷嘴、烧结床设备,这上面展现了这些设备的各种型号,包括覆模的技术、(激光)光聚技术,以及材料挤出技术,这些市面上现在都有很多。其中有几家公司我得强调一下,包括CMET和D—MFC,目前在日本他们已经拥有多达350多套系统,全日本有350多套光聚方面的3D打印技术在市面上运作,这个数量已经很了不起了。Aspect主要开发塑料粉末床的融合系统,2006年推出这套成型。其他包括罗兰、木佗公司采用光聚技术来开发一个系统。Matsuura的增材系统是2003年研发的,采用激光烧结和铣床技术来进行加工,后来2016年又推出了一个比较大型的,600×600MM的综合型增材系统,还有2014年开发出一个混合金属增材生产系统,包括在染色等方面效率非常高,还有DMG MORI公司推出混合增材生产系统,使用的是LMD和五轴铣削床,这是2013年推出的系统,这是五轴铣削床的图片,当时就在大型东京展览会上展出。YAMAZAKI公司在2014年推出了混合多项目型的增材生产系统,使用的是激光熔复加工。OKUMA公司在2016年推出一个混合型增材生产系统。

目前的技术发展情况是怎样的?日本对整个3D打印非常看好,从政府到民间都不断发力。3D打印技术从2014年我觉得就已经是开始腾飞的感觉,目前多达350多套的生产系统在市面上运作。还有日本的整个行业协会对此很重视,包括日本的3D打印行业协会在2014年投资3650万建立起一个技术研究增材制造协会(TRAFAM),就跟中国的863计划一样很大的研究项目,有很多顶尖科学家和众多研究机构以及30多家营利性的公司参与。未来将会以3D打印技术为核心的制造业革命为研究中心,以此来开展研究计划,包括注塑机械、喷射工具、3D打印机等等,这些都是制造业的革命性技术,我们相信这些革命性技术会带来极大的改变。包括东北大学、东芝、三菱重工、丰田、本田、东洋、尼康等等都已经囊括进来,有30多家企业都在市场上享有很高的口碑,我们相信他们的参与将会给整个协会针对颠覆性革命技术发展研究工作带来极大的支持。TRAFAM将会以金属增材生产为核心,这样一种创新性技术将成为我们研发的重点,我相信它也是催生下一代产业进步的一个伟大契机,而且所有这些金属增材的制造将是高附加值的,而且不仅对于日本,对于全世界的工业发展将会带来很多的革命性变革。为什么?因为TRAFAM所推出的技术都是符合全球最高标准的技术,它能够针对于很多复杂形状的产品进行加工。2014年到2018年这5年时间是TRAFAM经历的第一个5年,一系列项目都得以推行,包括新型3D打印机设备、增材和软件开发都非常顺利,所以TRAFAM变成了全日本的一个合作机构。

目前针对于增材方面的研发有几个特点。第一个特点是高效。以2013年度作为衡量,它的速度提高了10倍。第二个特点是精确度很高。针对以前的打印来说,它的精度提高了5倍以上。第三个特点是规模很大。在当前的技术情况之下,整个规模提升了3倍以上。还有不同的金属层面,我们知道,包括小到1毫米以下的即微米级别的,都能够非常精准,包括一型EB、二型EB、三型EB都能够进行生产,我们还有开发电子束和激光束,这些光源产品都一一推出。左上角是电子束,包括粉床的融合,这是一个实验台,中间也是粉床的融合,主要针对不同的金属层,是一个新型生产情况。右上角也是一个粉床融合,是大规模的。还有其他的一些类型,包括激光束的生产系统。左上角的图片是电子束生产系统,同时也是一个粉床的融合,可以针对不同的金属层,型号比较小的进行生产。我们关注它的焦点技术在哪里?在于它的性能极高,电子束是6000千瓦,可以针对不同的金属粉进行开发,而且还可以进行重新喷漆的过程,每小时215CC,而且精度也还不错,成型可达500毫米×500毫米×600毫米。

最后总结一下,从2013年成立以后,从2014到2018年整个5年之间,增材系统在日本生产急剧增加,已经有350多套系统。由于日本公司愿意做得更多,所以越来越多的风投都投入进来,特别是我们知道日本和美国合作比较紧密,当时奥巴马总统在位时也提出大家开发要关注新型科技,因此3D打印技术得到了更多政府和民间的支持。我们在日本开发的混合增材生产系统都以机床为准,非常高精尖。TRAFAM2014年总共开发5款以上的增材生产机器,这些机器都是高速、高精度,FY2015在2014年开发,2015年推出市场。TRAFAM还和机构开发下一代工业3D打印机器设备。未来能够做到更加地自动化。

我给大家看一个案例,髋关节的制造,这个材料熔解过程当中非常顺畅,整个过程配套EBM的方法来测定它的多孔结构,这种做法非常高效,而且很清楚,整个流畅也很顺畅。对于这种表面多孔结构比较复杂的都能够做得很好。所以说学术界的研究对增材的制造过程还是贡献很多,比如说之前的熔解过程不太顺畅,只要是有可能做到的我们全部都能够覆盖到位。

因此3D打印技术在医学领域方面的应用将会很大,我们对此毋庸置疑,每年推出的医学植入体、牙科方面需求数量很大,EBM系统是用光子束生产方式来进行生产的,我们相信3D打印技术非常有前景。

我就介绍到这里,谢谢大家!

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