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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,增材制造具有显着的竞争优势。

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!

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