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铂力特金属3D打印机与德国EOS公司3D打印机对比分析

2021-10-15 来源:焦作机械信息网

2019-06-12 16:13:12来源:南极熊3D打印网、中关村在线

国内金属3D打印龙头厂商铂力特申请科创板IPO。问询:与行业内主要竞争对手分类对比同类产品的技术性能和相关参数指标,充分披露发行人与竞争对手的技术特点差异、发行人产品的技术先进性。(这里的竞争对手以:德国EOS公司为例)

铂力特回答:

增材制造的关键要素包括设备、工艺(定制化产品的制造)和材料。铂力特公司在上述领域与行业内同类产品的对比如下:

1、金属3D打印设备

SLM成形技术是目前金属增材制造中发展最成熟、应用最广泛的技术,基于SLM技术的激光选区熔化成形设备是目前国际上销售最多的工业级金属增材制造设备,也是报告期内铂力特公司销售和自用最多的系列设备。德国EOS公司是全球最大同时也是技术领先的激光粉末烧结快速成型系统的制造商,其技术路线专注于持续不断的优化SLS/SLM技术,并开发适用于工业化生产的高效率设备。铂力特公司同类产品与其相关技术参数指标及性能对比如下:

(1)关键技术指标方面

铂力特公司S300/S400系列产品基本对标EOS的M280/M290系列,S500/S600系列基本对标EOS的M400/M400-4系列。其中S320及S400为铂力特公司在S300基础上进行升级改造的产品,M290为EOS公司M280的升级产品。

激光选区熔化成形设备的关键指标如下:

①成形尺寸:代表了设备能够最大加工零部件的能力,不同的成形尺寸成为了划分设备大、中、小型设备的依据,相应的也决定了设备的售价与开发难度。

②分层厚度:SLM技术中的激光烧结过程是基于零件逐层建造的快速成型制造工艺,设备的制造工艺水平决定了零件的分层厚度范围,而零件的分层厚度又直接影响零件的成形精度和打印效率。分层厚度越小,零件成形越精细;分层厚度越大,零件成形效率相对越高。设备可实现的分层厚度范围越大,可打印零件种类越多,应用也越广泛。

③激光器功率及数量:中小型金属3D打印设备出于成本、技术复杂度等因素考虑,通常采用一个激光器作为热源。单个激光的成形效率不超过20cm3/小时,在加工大型零部件过程中会使得加工周期过长。在大型金属3D打印设备中,采用多激光器的设计可以兼顾零部件表面精度与成形效率,但是也会使得设备的复杂度提升。

④激光器光束质量:激光器作为金属粉末融化的热源,是金属3D打印设备至关重要的部件。光束质量决定了零件的成形质量和成形精度,是设备打印能力极其重要的体现。

⑤最大扫描速度:金属3D打印设备利用振镜实现激光的位置控制,进而实现逐层烧结的扫描过程控制。每一层的打印时间由激光扫描速度决定,最大扫描速度是设备成形效率的一个重要参考指标。激光扫描速度越大,设备成形效率越高。

⑥Z轴重复定位精度:金属3D打印过程是一个逐层叠加烧结的过程,每次成形平台下降的高度在10-100微米不等,在成形平台的下降过程中如果其Z轴的重复定位精度不高,会造成零部件尺寸与理论模型出现较大偏差,造成零部件报废或无法使用。

⑦预热温度:在大型零部件的打印过程中,金属粉末急速熔化并且快速冷却,在熔化、冷却过程中会产生非常大的热应力并最终可能导致零部件开裂、变形等状况出现。通过对基材进行预热,可以减少热应力累积,从而减少零部件不合格品出现概率。除此之外,一些特殊材料的加工对温度有一定要求,设备可实现的预热温度越高,可打印材料种类也会越多。

⑧氧含量控制:金属加工过程中经常会采用一些活泼金属粉末,比如钛合金、铝合金等,这些材料在熔化过程中会与空气中的氧气进行反应,生成影响材料力学性能的氧化物;同时氧气会使得未被烧结的粉末氧含量成分上升,造成粉末氧含量超标不能二次利用。设备的氧含量控制能力不仅决定设备可打印的材料种类,也极大影响粉末的可循环利用次数。

⑨铺粉机构:基于SLM技术的逐层建造过程,设备每打印完一层,需要进行铺粉动作后再进行下一层打印,铺粉过程会占用整个成形过程一定时间。目前,SLM设备的铺粉机构主要有单向和双向两种形式,双向铺粉可减少设备的铺粉时间,提高设备成形效率,但是如何实现双刮刀快速调平是设备设计的关键点。

EOS M290与铂力特铂力特公司同类产品的关键技术指标比较如下:

EOS M400(M400-4)与铂力特铂力特公司同类产品的关键技术指标比较如下:

由上表可知,铂力特公司产品的关键技术指标达到EOS同类产品水平,部分指标如成形尺寸、预热温度、氧含量控制以及铺粉效率等方面甚至有所超越。铂力特公司根据金属3D打印工程化应用的丰富经验,结合下游客户使用过程中的难点和痛点,进行针对性的技术优化和改进。相较于EOS设备,铂力特公司S320设备的开放式维护保养空间可以提高设备的可维护性和操作人员的使用体验。另外,小编获悉,人造肉在线涉及到不少3D打印肉类的技术,可能产生另外的市场需求。

(2)产品性能方面

相较于EOS公司近30年的发展,铂力特公司增材制造设备起步较晚,虽然在短时间内取得较快进步,但在设备运行的稳定性方面尚需进一步提升。同时,由于EOS设备售出数量较多,应用较为广泛,铂力特公司自研设备针对不同应用场景的个性化解决方案方面需要进一步改进。随着铂力特公司自研设备销售和使用的数量逐渐增多,针对性的改进使用过程中的相关缺点,铂力特公司设备的性能得以提升迅速。2016年至2018年,铂力特公司向客户销售的定制化产品中由铂力特公司自研设备生产的比例逐年提高,分别为22.92%、51.15%、70.62%,充分体现了铂力特公司设备的良好性能。

(3)技术特点差异

增材制造的成形质量和成形效率、成形尺寸之间存在着矛盾。德国EOS公司的技术重点发展方向为在保证设备运行的稳定性和成形质量的前提下,努力提高设备的生产效率,而并不侧重发展超大打印尺寸的设备,其产品线也相对简单。

铂力特公司金属增材制造设备针对工业级市场的不同应用场景,综合考虑不同领域客户的需求差异,综合平衡设备在成形尺寸、成形质量、成形效率和成本之间的关系,针对航空航天(S300系列、S400等)、科研院校(S210)、医疗齿科(A100)、工业模具(A300)等行业分别开发适用性强的金属增材制造设备。同时,对于航空航天等金属3D打印应用深度及广度较高的领域,进一步开发专业化应用设备,如:铂力特公司开发的S500设备主要面向航空航天大长径比类零部件的定制生产,S600设备主要面向航空航天大型回转体类零部件的定制生产。结合国内外智能互联、智能工厂的需求,铂力特公司设备均采用工业总线技术,便于设备的远程监控、远程诊断和数据收集,从而为设备的可预测式维护、智能诊断提供硬件基础。铂力特公司设备安装的集模型切片分层、扫描路径规划功能于一体的BP软件及设备协调控制系统软件MCS,可以实现设备安全稳定和无人值守运行。

德国EOS旗下金属3D打印机已在全球售出超过3500台

EOS的研发总监Hannes Gostner说:“在EOS,系统、材料、工艺参数、软件和服务的研发始终是齐头并进的。”迄今为止,EOS已在全球安装了大约3,500台金属3D打印机。在铂力特公司庆祝30周年之际,EOS首席执行官Adrian Keppler评论说,EOS在数字化中的作用得到了加强,“建立完整的数字化生产平台是我们未来几年的目标。”

23级钛Ti64粉末的电子显微镜成像

EOS根据NASA开发的技术准备水平(TRL)对其粉末进行分类。如果产品介于TRL 7-9之间,则意味着它已准备好进行批量生产。所有新发布的金属材料均在TRL 7-9范围内。

EOS不锈钢CX归类为TRL 8,是一种耐腐蚀合金,适用于模具应用。铝AlF357是一种轻质金属,具有耐腐蚀性。它专为EOS M 400制造,不久的将来也可用于EOS M 290金属3D打印机。

EOS 5级和23级钛Ti64经过优化,无需HIPS处理即具有高抗疲劳性。5级钛Ti64适用于航空航天和汽车行业,而23级钛Ti64具有生物相容性,可用于植入物和其他生物医学组件。这两种材料都属于TRL 7类别。

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