金屬3D打印作為3D打印技術中發展最快的一個部分，其打印設備的銷量將在下一個十年增長48%，金屬材料也將達到32%的增長率。隨著設備價格的降低，應用金屬3D打印技術的產業將會越來越多。為此，OFweek3D打印網編輯獨家專訪了天津清研智束科技有限公司常務副總經理郭超博士，一起探討金屬3D打印產業的現狀及未來發展的重點方向。

　　天津清研智束科技有限公司常務副總經理郭超博士

　　天津清研智束科技有限公司作為一家初創公司，依托清華大學天津高端裝備研究院進行技術產業化而創立，在3D打印領域有哪些核心技術？

　　郭超：我們的核心技術是粉床式電子束3D打印，它是以電子束作為熱源，在粉床上通過逐層熔化金屬粉末來構建3D實體。全球最早將粉床式電子束金屬3D打印技術商業化的企業是瑞典的Arcam AB公司。我們的技術來源于清華大學機械工程系，是國內最早研究該技術的團隊。

　　電子束3D打印非常有特點，有些激光3D打印做不了的，電子束就可以做。比如對于激光有高反射率的金屬、脆性金屬，電子束打印的效果要優于激光。為此，我們大概從2000年就開始跟蹤這項技術，積累了很多相關專利，比如獲得了國內最早的粉床式電子束金屬3D打印專利。同時，國內第一臺用于實驗室開發新材料的樣機，也是我們團隊做出來的。從去年開始，依托清華大學的技術積累，我們希望將該樣機從實驗室技術轉變成為商業化的產品。

　　本次展會中，清研智束科技主要展示的產品有哪些？和同類型產品相比，有何特色？

　　郭超：目前，我們的電子束3D打印設備QbeamLab已經可以接受訂貨。我們都知道，金屬3D打印主要有兩種熱源，一種是激光，另一種就是電子束。其中激光熱源使用的比較多，但是電子束熱源功率可以達到更高水平，大部分能量可以被材料吸收，吸收率達90%甚至更高，因此打印效率更高，一般是激光3D打印設備的2到5倍；另外，電子束3D打印流程更短，整體打印溫度更高，打印出來的結構組織同時經過熱處理，不需要后續熱處理過程；另一方面，電子束3D打印可在真空環境進行，可以最大限度保護材料不被污染，甚至有提純作用。綜合而言，激光和電子束3D打印各具優勢，誰也無法取代對方。

　　基于電子束3D打印的諸多技術優勢，我們的設備QbeamLab也做了很多創新或改進，以適應柔性化制造的需求。首先是采用主動式送粉方式，對于粉末流動性要求不高，并且粉末利用率大大提升，只需要1到2公斤粉末設備就可以運轉，更利于金屬3D打印技術的應用普及。另外，通過模塊化設計大大增加了設備柔性，例如粉末模塊可整體替換，方便粉末更換和清理，大大提升了設備的使用效率。第三方面是軟件技術，我們的軟件完全自主研發，并做了整合優化。設備可直接讀取三維STL文件，邊切片邊打印。另外我們的軟件中還內置了強大的路徑規劃與能量控制引擎，使得材料工藝開發更加便捷，增強了設備效率及柔性。柔性制造，也是金屬3D打印設備未來發展的重要趨勢。

　　隨著產業發展，越來越多廠商開始關注金屬3D打印。目前國內金屬3D打印產業現狀如何？實際應用情況怎樣？

　　郭超：根據相關統計數據，目前國內有30多家金屬3D打印設備企業，其中幾乎都是是做激光3D打印方面的。雖然跟國際水平仍有差距，但國內金屬3D打印正處于快速發展階段，整體水平也在逐步提升。

　　目前金屬3D打印在醫療、模具以及航空航天方面都取得了實際應用，但是應用水平還遠遠不夠，規模效應還未形成。這其中最主要的原因是設計師的欠缺，目前大部分設計師沒有接受過3D打印教育和系統培訓，其設計思路還是按照傳統的鑄造或鍛造方法，從而限制了3D打印的發展。因此，金屬3D打印產業要真正發展起來，首先設計環節需要發展起來。

　　相對于其他打印方式，金屬3D打印主要有哪些難點？目前主流的金屬3D打印技術主要有哪些？各有何優缺點？

　　郭超：金屬3D打印需要克服的難點一個是高溫，因為金屬材料熔點較高；另一個就是高應力，因為金屬材料快速冷卻凝固過程中內應力很大；除此之外，組織及性能控制方面也是一大難點，因為金屬3D打印部件是要直接使用的，不像非金屬材料模型，而一旦使用就涉及到部件的機械強度。需要控制好微觀組織，才能達到力學性能要求，最終才能實現真正的應用。

　　目前主流的金屬3D打印技術大體可分為兩類，一類是噴粉或熔絲方式，另一類是基于粉床方式。前者適合打印一些大型構件，甚至可達十幾米，但是打印細微特征就難以勝任。后者更加適合打印一些精細結構，比如多孔或網格狀的結構，但在尺寸方面就相對會有所限制。

　　近些年，金屬3D打印逐漸滿足了小批量生產生產需求。目前金屬3D打印主要應用在哪些領域？未來實現大規模批量生產還有哪些難題待解？

　　郭超：3D打印更適合于個性化定制、小批量的生產，如果零件形狀固定，只是復制生產，3D打印就沒有優勢了。我認為，實現3D打印大規模批量生產主要難題還是在設計方面。設計方面現狀不改變的話，3D打印應用就找不到其真正的價值。

　　另一個方面就是材料難題，如果我們可以研發一些新材料，使得3D打印效果優于傳統工藝。比如鈦鋁基合金的葉片，用傳統方法加工容易產生裂痕，而用電子束3D打印成功率會很高，這樣就可以實現3D打印批量化生產。

　　目前，清研智束科技主要提供哪些服務？在國內市場進展如何？未來在3D打印方面重點發展的方向是什么？

　　郭超：目前我們除了自己研發設備，同時也為應用端提供專業的打印服務，主要面向醫療和航空航天方面應用，比如和621所合作進行鈦合金3D打印研究等。未來我們的重點研發方向是醫療應用，目前我們團隊也承擔了一項國家重點研發項目。該項目目前已經立項，由北醫三院牽頭，參與單位還包括北京大學、北大人民醫院、愛康醫療器械公司。我們主要是作為設備和解決方案提供商參與其中，項目執行期為四年。該項目要求非常高，針對個性化手術需求，要求3D打印設計和制造的時間不能超過72小時，而且在項目完結之前，需要完成50例相關手術。我們將以此為契機，將自主研發的金屬3D打印設備帶入醫療行業，為和每個人息息相關的健康領域，做出自己的價值和貢獻。