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工業用3D列印機--德國EOS公司在過去25年的經驗

2013年7月21日

這是一種幾乎什麼都可以生產的機器—關於3D列印機的炒作已經鋪天蓋地。一間位於慕尼黑的中型公司近25年來都在研發這項技術的相關應用。

圖片來源: Marcus Bösch

(德國之聲中文網)漢斯‧蘭格(Hans Langer)是一位物理學博士,也是一位有遠見的商人。早在25年前,他就在一個不久前才漸漸為人所知的領域組建了EOS公司:用所謂的3D列印機進行三維零件的生產----對專業人士而言,這不過是一個無法實際描述真正生產過程的時髦用語罷了。

「這項技術統稱『累積製造』,德語即『逐層製造』」,蘭格在接受德國之聲採訪時解釋說。「和常規的生產技術不同的是,在累積製造中,用以生產組成零件的粉末是一層一層塗上去和融化的,不像在常規的領域--如銑床--它也是逐層磨損的。」

漢斯‧蘭格博士圖片來源: EOS GmbH

重要的原材料

聽起來挺簡單的----實際上可不是這麼一回事。當「累積製造」的主意於50年代在美國出現時,還沒有能與之相稱的計算機技術。這項技術的一個重要支柱就是一台能把組成零件的幾何數據以數字方式存儲,並且通過一個雷射束來控制的計算機。雷射使粉末狀的原料逐層融化,以使組成部分能在存儲好的數據的基礎上生產出來。

「我們首先如此設想這是一個三維雷射過程,因此人們首先需要製造一台好的雷射機器」,蘭格說。「但可惜這並非關鍵。關鍵在於材料。必須專門準備適合這個過程的材料,而且使它們盡善盡美。」

1990年代初期,喜從天降,蘭格和他剛開創的小公司得到了由美國化工業康采恩「杜邦」(Dupont)提供的原材料,它恰好適合他的「逐層列印雷射技術」。

來自寶馬的訂單

公司很快就拿下了一份來自寶馬公司的大訂單。這個著名的汽車製造商早就瞭解到「累積製造」技術中的機遇。此前製作「概念車」需要整個車間忙成一團,辛辛苦苦用手工製造,現在則進入一個新紀元:整個生產過程都自動化了。從此,人們就給了它一個專業術語叫「快速原型」。未來的汽車模型生產不僅更快,而且可以用數字操控。借助一個電子控制的雷射束和遇光就會變硬的合成樹脂,即可大功告成。

當時,這張訂單對EOS公司來說具有里程碑般的意義,但蘭格現在回顧這些時,僅把「快速原型」看作是一種輔助手段。這位公司的創始人和他的顧客都希望可以在未來生產更多的實體終端產品,而非只是生產展覽樣品的模型,即從「快速原型」到「快速生產」。憑借原材料的發展,如塑料粉末和金屬粉末,人們離這個目標越來越近了。

蘭格還記得,「2000年初的時候,我們的公司整個生產程序都設計齊全了,從那時起,就一切為著解決電子自動化的『快速成型』發展了」。

EOS公司生產的汽車座椅模型圖片來源: Design Max Kandler/Fraunhofer IPA

一項適用於所有領域的科技

今天,源自「逐層製造」技術的應用和產品在幾乎所有領域都能找到。EOS公司的業也涉及許多完全不同的行業:無論是汽車工業,航空航天領域,工具及機械製造,家居生活用品如首飾,還是在醫藥技術----工業3D列印處處都比常規技術領先。

漢斯‧蘭格對此形象地說明:「當你看著一根鳥骨頭時,它很輕,但是它異常堅固。這僅僅因為它有一個極為複雜的內部結構。那裡有非常複雜的支撐結構,是由大自然歷經幾百萬年發展形成的。我們以自然為範本,依據這種生物結構,能夠構思和製造零件。這就意味著,這不僅是製造技術的問題,而首先是結構的問題。」

國際化玩家

EOS公司有著非常棒的發展勢頭:除了在歐洲,亞洲和美國有技術中心和提供服务及零件的分公司外,這間中等規模的公司已在全世界30個國家設有代理處。在過去一年,雖然歐債危機籠罩著歐洲,公司的營業額還是增長了13%,達到將近一億三千萬歐元。

僅在過去的兩年半裡,公司的員工就由將近300人增長到將近480人。很少出現找不到高科技領域專門人才的問題。EOS公司優先考慮具備良好教育背景的人,可以是學徒,也可以是在公司撰寫碩士或博士論文的學生。蘭格強調說,「我們不僅和本地高校,也和國際上的高校密切聯繫」。

侷限性與可能性

儘管過去一段時間,在媒體的炒作下,3D列印機似乎無所不能,但蘭格卻給這些過高的期待澆了一盆冷水:3D列印機根本不能生產出整台汽車或者整部機器。「我相信,更多的情況下,我們生產單個的組成零件,再和大的生產商共同進行研發」,蘭格說。「比如給發動機材料或者能源消耗的應用上,這些組成零件會帶來一個顯著區別。」

對於「3D列印機很快可以在家庭中投入使用」的設想,蘭格認為並不現實。但是當逐層製造的理念越來越深入人心時,相關的技術應用面也會越來越寬廣。因為數字構造的組成零件在存儲上佔有巨大優勢:它們僅以數據組的形式存在,因此可以在有需要時才進行生產。

採用「快速成型」技術製作的牙齒模型圖片來源: DW/F. Schmidt

對漢斯‧蘭格而言,這也是一場小小的革命:「那時,你不需要再為一個產品準備特別的工具,而且一用就是數十年,或者為一個很小的系列生產替換的零件,而是,你可以對『產品』這個詞有全新的概念。」

作者:Ulrich, Klaus,編譯:簡如

責編:李魚

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