铺粉式激光熔化粉末3D打印装备产业化

（1）项目来源

黑龙江科技大学、哈尔滨德昱健行科技有限公司。

（2）项目依托单位（公司）实力概述

项目依托单位：黑龙江科技大学现代制造工程中心、哈尔滨德昱健行科技有限公司。

黑龙江科技大学现代制造工程中心具备多年复杂零部件加工能力，该中心下属的粉末先进成形技术研究所在金属粉末激光3D打印领域已有十多年的研究经验，研究团队技术全面，且承担了国家、省部以及哈尔滨市各类科研项目，目前是黑龙江省唯一具备金属粉末选择性激光熔化3D打印研究经历与成果的单位。哈尔滨德昱健行科技有限公司成立于2011年，是黑龙江省唯一一家以金属3D打印技术为主的装备及技术服务公司，其与黑龙江科技大学紧密配合，目前已同哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、中南大学、东安发动机集团公司、哈尔滨鑫达公司及重庆煤科院等高校院所及企业建立了合作关系，且与韩国ULSAN相关企业（如ECC&R等）建立了合作关系，并为牙科等专门性行业进行了相应的服务。公司已于2013年12月完成了金属粉末激光3D打印装备样机（如图1）的制造，完成了设备调试，并打印出不锈钢、高温合金、铝合金等零件，目前正在进行完全商品化金属粉末3D打印装备的制造，已在最后完善阶段，预期在年底推出商品化装备（图2，3）。

（3）基础条件及创新发展能力

黑龙江科技大学现代制造工程中心曾经承担国家863计划项目、国家科技重大专项、国家自然科学基金等高水平项目，而且获得省级科技发明一等奖以及教育部科技创新一等奖。中心拥有欧洲进口的系列数控加工设备，并配有专门性技术操作人才，粉末先进成形技术研究所则具备多种材料成形检测设备，在激光成形检测方面具备较强实力。哈尔滨德昱健行科技有限公司目前拥有小台面激光金属3D打印装备，且正在制造同类产品的商品化装备。激光熔化金属粉末3D打印系统结构复杂，所涉及的技术领域较多，如机械设计与制造、材料、计算机、激光、自动化控制、软件等。目前此设备已经商品化，即已显示出项目申请单位的技术实力。两单位在已有合作的基础上，不但完全具备大型装备的研发与制造能力，而且在硬件设施上完全合乎研发条件。两单位的结合，现正朝着推进金属粉末激光3D打印装备及技术进入更多领域而积极努力，大台面金属粉末激光3D打印装备的研制，会逐步将此类技术运用在复杂难加工材料大型零部件的制造方面，而在此领域的应用，国际具备先进设备的企业尚未开始。因此，两家单位合作进行的金属3D打印装备产业化，其目标直接定位在国际技术前沿，高端市场，即已站在极具技术挑战性和创新性的发展阶梯之上，发展空间广阔。

（4）技术水平

合作单位进行的研制主要在已有金属粉末激光3D打印装备样机的基础上，扩大成形腔体，扩充工作激光器数量。实现设备的多激光高效率制造模式，主要瞄准大型复杂零部件的制造。产品研发分为设计、软件与硬件（机械结构、外观结构、控制电器）三个部分，采取总体设计，分别开发，最终整合的模式进行（如图4）。

首先在总体设计阶段，具体分析设备各部分研制的关键点，特别注意几个主要框架间的衔接区域，整体有机地进行设计规划；而后经多轮探讨论证成熟后，分体进行单独开发研制，如有改动不但在本范围内修正，而且要及时与衔接范围内的工作进行意见交换，始终保证功能整体性。最后将分体开发部分对接成整机，调试应用，完成目标。目前产品应用已处于稳定状态，完全成熟，并可提供相应技术服务。此设备主要创新之处在于功能自动化方面，如制造环境准备程序化、空间加热、光斑调节等，设备整体处于国内领先和国际先进水平。

（5）经济效益和市场前景分析

在3D打印技术日益发展的今天，金属3D打印技术逐渐为社会大众所认知与接受，随着社会各类企业急需更新技术和提高效率需求的增长，他们对于金属粉末激光3D打印技术装备的需求自然会不断上升。而且目前金属粉末激光熔化3D打印技术装备处于整个3D打印技术的高端，国内外的生产制造厂商不多见，迄今为止，国内具备该种装备生产能力的商家仅有华中科技大学、华南理工大学以及航天625研究所，而申请单位是国内第四家生产单位，其制造实力已由前述产品的打印效果显示出来。由上述可知，再此类产品需求增长的前提下，国内的对应商家又屈指可数，加之产品附加值高，商家所获经济效益必然可观。目前该设备所涉领域为航空航天、牙齿骨骼等医学移植物以及模具镶块等，还有一些无法分门别类的领域。总之，一些复杂结构特征的零部件是此类设备的使用点。产品目前的市场主要集中在航空航天、各大高校研究院所及具备自主研发部门的大型企业。申请单位预计该产品在2015的销售量约在5台套左右，经济效益达800万元以上，而后续三年内，预计产品销售额约在3000万元以上。经过产品型号的多样化处理，后续若干年的营销总额持续超过5000万，且有希望过亿元。

（6）社会效益

3D打印技术的产生就是为了解决传统制造技术难以甚至是无法完成的复杂零部件制造问题，并且从零部件的设计源头上摆脱现有传统工艺的限制，从而尽可能接近理想设计，发挥终端零部件的最优功能。故此，大台面金属粉末激光3D打印设备的制造，可以大大提高制造业的制造能力。由于金属3D打印技术为增长式加法制造，所用原料为粉末，避免了切削式制造的废料，因此产生节材、节能、减排绿色的制造效果，特别是对于航空钛合金框架零部件的制造，节约材料甚至达到80%以上，避免了巨大浪费，同时也断除了对环境的污染。再有，金属3D打印技术可一次性整体完成传统工艺多环节方能完成的过程，本身缩短了制造周期，同时也免除了传统技术多环节造成的人力物力的浪费及污染，因此产生巨大的社会效益。

（7）产品产业化能力

目前正值国内外3D打印技术发展兴起时期，就金属3D打印技术而言，国内正在为完善3D打印技术产业链而提供政策支持。而3D打印技术装备处于产业链条的中间段，位置重要性可想而知。上可促进原料制备企业的生产，下可扩大终端用户以及技术服务的应用领域。黑龙江省3D打印技术产业联盟已经成立，正在极力打造产业链。项目单位会积极与产品上下游企业进行通力合作，并寻求投资扩大生产规模，将产品推向东北及全国市场，甚至考虑同国际知名企业进行合作，打开国际市场销路。而国际多数国家也在不同程度进行着3D打印技术力量的组建，甚至将3D打印技术认为是第四次工业革命的核心，我国在发展中国家中实属领先，产品成本和价格远低于国际市场，自然赢得一部分国外市场。不仅如此，项目单位会及时通过融资增强产品产业化能力，扩充产品生产资金，增加产品质量投资。在省内及国内不断参与扩充产业链条，织成产业网，不断开辟新的应用空间，从而稳步占领产业链的关键环节。在合理控制产品质量和售价的前提下，在国际市场运营中获得成功。