第414章 金属加工方法革变，下一个研发重点

(读小说吧 www.duxs8.net) 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。 所谓的切片，这是因为金属3D增材生产过程就是一层一层地叠加。 星海集团的AD软件，新增加的功能，可以支持三维模型到打印成型，拥有增材制造切片软件的全部功能。 而且，在轻量化设计填充模块中，增加网格、内六角、立方体、锯齿状、交叉、螺旋二十四面体等晶格镂空图案，并且可根据设置实时显示已选择的晶格的元素数量，如角度、节点、体积，孔隙率等，晶格图案及参数可自主调节，不需要另外设计，设计更快。 也就是说，如果别人偷到星海集团的金属3D设备，如果AD软件没有增加星海集团的3D切片功能系统，用起来也是非常麻烦的。 软件与设备，就是相互匹配。 可以说，星海集团的生产制造能力上升了一个大台阶，产生革命性的变化。 今后，只要是金属材料制造，不管多复杂的设计，只要是设备的尺寸制造范围内，都能够制造出来。 自从去年6月份开始，先研发轴承、丝杆等核心零部件的特种钢材，接着伺服电机、数控系统等等，才真正转入金属3D增材设备的研发。 一年多时间，真的很快，也是在星海集团强悍的研发能力和制造能力上。 每每有新的研发项目，需要用到加工某个零部件时，都要优先进行生产，只要有图纸，原材料备好，一般两三天内，甚至一两个小时内就能加工出来，效率非常快。 除去研发成本，星海集团金属3D增材设备的制造成本不算高，估计就是二三十万一台就行了。 原材料粉末也是自己生产加工的，假如是不锈钢粉末，用不着五六百块钱一公斤，每公斤150元就足够了。 也就是说，每加工一公斤不锈钢重的零部件，实际成本只需要两三百元而已。 若能够大批量制造，成本还会降低，研发成本均摊到每台设备上后，综合成本也不会很高。 别的厂家加工一公斤不锈钢成本在2500-10000元，真正代加工价还要加倍，达到5000元以上，这个价格不是一般公司能够承受得了。 昂贵的加工价格，加工效率慢，也是阻碍了金属3D增材技术的发展。 当然，就算星海集团的金属3D增材设备牛比，也是无法代替传统机加工业，只有加工复杂结构产品时，它才有价值。 7月4日，沐阳处理完月初的文件后，来到金属3D增材实验室。 一台金属3D增材设备前，玻璃隔窗内，三个激光枪在快速地移动，没有干涉，枪头那喷出几道金黄色的激光线。 如果熟悉金属3D增材设备，会发现星海集团的设备在加工过程中竟然没有什么火花。 沐阳走进来观察，设备旁边的几个员工看到他后纷纷打招呼。 “董事长，您好！” “嗯，里面加工的是什么东西？” 一名员工恭敬地回道：“李刚说市场上制造的婴儿车不怎么样，要不太重，要不太轻强度不够，于是我们设计了一个婴儿车，骨架和轮毂用高强度钛合金材料制造，强度足够，然后再定制一些材料，做成一个可以放两个孩子的电动助力婴儿车，送给董事长。” “哦，有心了，谢谢。”沐阳点头微笑，“市场上的婴儿车的确不怎么样。” “嘿嘿，就怕董事长你不喜欢，而且制造成本也不低。” “没事，也可以多弄点航空上有用的产品。从电机项目部门拿图纸优化一下，一些结构用3D打印，看看能减轻多少重量。我们制造这个设备也是为了结构轻量化，只有不断地尝试制造不一样的产品，才会发现问题。”沐阳不阻止员工瞎搞这些，只要有意义，把工作做完就行。 沐阳观察了一会，项目经理看到他，走过来跟他汇报情况，也有一些技术问题问他。 “C919的加工进行得怎么样？”沐阳问道，他有一段时间没有关注C919了。 “尺寸不大于1米的零部件，这个月就能加工完成，尺寸过大的，目前在组装一台加工范围达到5米长4米宽3米高的设备，估计月底能调试好就不错了，想要加工完成剩余的部件，估计得8月底了。” 项目经理带沐阳来到一台更大的设备面前，几名员工正在组装调试。 “董事长，我们负责C919的任务，钛合金代加工报价多少？”研发项目经理有必要知道报价情况，知道他们自己研发的东西到底值不值钱，更要知道成加成本问题，知道从哪些细节进行优化，降本增效。 “第一台就不要钱了，就当为国家做贡献，我们也希望C919能够量产； 如果C919未来批量生产，我们就算想为国家做贡献，也要赚钱，钛合金每公斤加工价格三千块，铝合金两千，奥氏体不锈钢一千，对外报价上浮一些，具体报价还得让报价部门详细核算一下，你这边也统计一下数据和加工成本。” 沐阳只是大概算了下，铝合金和钛合金的加工难度大一些，而且密度太小，按照重量收费有些不划算。 钛合金金属3D增材加工的市场价格，精度越高是越贵，但也不能贵得太离谱。 而且金属3D增材，并不是没有代替品，太贵了没有客户愿意代工，宁愿采用传统加工方式。 如果没法加工，那就改变结构设计。 所以，沐阳不打算按照市场价格来，直接按照自己公司的情况，有钱赚就行。 也只有“廉价”，客户才愿意抛弃传统加工方式，为了效率，转为金属3D增材制造。 比如按照C919的空机总重量约42.1吨，金属结构重量占25%-30%，其中铝合金和钛合金估计占15%-20%，有必须采用金属增材制造的铝合金和钛合金重量大概有3-5吨。 如果按照星海集团给上飞公司的金属3D增材加工报价，这架飞机的金属3D增材代加工成本就需要750万-1250万元。 而C919报价为0.9亿美刀，折合6亿多，相对售价而言，近千万不算多，但也不算少了，主要是生产效率快。 只需要三五台设备，如果生产无故障的话，一个月时间内就能完成制造任务，而且优化设计后，重量可轻10%以上。 若是采用传统制造方法，半年时间内都不一定能搞定。 采用金属3D增材制造方法，可以大大缩短生产周期，那几百万近千万元的加工费，根本不是事儿。 只要星海集团愿意降低加工价格，这个市场规模就非常大，只要产能足够，光搞代加工，一年随随便便拿下一百亿美刀的订单。 没错，就是一百亿美刀以上！ 按照沐阳给上飞公司的报价，就相当于4万吨金属材料的加工量！ 仅需要500-1000台金属增材3D设备，几千名员工。 当然，这只是沐阳的理想估算，或者说，他低估了这个市场，反正有很大搞头。 如果他这么搞，全球所有从事金属3D增材设备的企业多半要倒闭。 卖设备？ 在前期，那是不可能的，卖贵了没有客户愿意买，而且买的客户，肯定是同行买回来拆解研究。 每台设备可以产出一千万美刀的产值，卖便宜了，沐阳也不乐意，而且，别人有了这一类设备，加工实力发生质的提升，这类设备就跟光刻机一样，最好自己垄断。 想到这点，沐阳回办公室，让战略部门再好好调研一下。 同时，公司研发金属3D增材设备成功，可以转到下一个研发重点：顶尖数控机床！ 工业母机，是时候搞一搞了。 而且，伺服电机和编码器的研发成功，也是时候攻研工业机器人了。 这章节有些硬核，如果发现数据有错，请提出来，老农立刻修改。 今天有验厂工作，事情比较多，耽误了更新 (本章完)