当数字化制造遇见增材制造

(1)

This presentation may contain confidential and/or privileged information.

Any unauthorized copying, disclosure or distribution of the material in this document is strictly forbidden.

当数字化制造遇见增材制造

叶洎沅

EOS大中华区总经理珠海

2018年6月1日

(2)

C O N F I D E N T I A L | EOS | 2

EOS——增材制造技术的领导者！

EOS HQ in Krailling, Germany

(3)

EOS: 工业级增材制造技术的领导者

 家族企业，1989年由Hans Langer博士创建

 总部位于德国Krailing

 解决方案组合：增材制造系统、材料(包括塑料与金属)、软件、服务与咨询

 全面的增材制造解决方案：从零件设计、数据处理、制造到后处理

 为医疗、汽车、航空航天、模具、消费品等行业提供工业级解决方案

 EOS承诺创新、质量和可持续性

 销售额FY 16/17: > 346 M €

 全球装机量：超过 3,000 台(截止2017年底)

 中国市场装机量：超过300 台(截止2017年底)

EOS Headquarters in Krailling, Germany

Dr. Hans Langer,

CEO and Chairman EOS Group

Corporate Management EOS GmbH (from left to right):

Eric Paffrath, Dr. Adrian Keppler, Dr. Tobias Abeln

(4)

EOS: 德国制造业隐形冠军之一

图片：2015年3月，时任中国国务院副总理马凯与工信部部长苗圩到访EOS总部并与Langer博士合影

(5)

EOS全球典型客户

最终用户：制造企业、医疗机构等服务提供商

(6)

案例：Siemens瑞典工厂

Image Courtesy of Siemens

(7)

典型客户：Siemens

(8)

典型客户：Shapeways

 2017年12月，Shapeways在其官网庆祝使用EOS设备打印产品累计超过500万件。

(9)

典型客户：大陆集团

德国克拉林, 2018年1月10日 — 金属和高分子材料工业3D打印 的全球技术领导者EOS很高兴宣布与大陆集团开展合作。大陆集团正在投资工业3D打印作为生产技术，并已购入多台EOS M 290系统。大陆集团不仅部署EOS系统来批量生产金属部件，

也在系统安装、员工培训、应用程序开发及生产能力启动方面得到了EOS的鼎力支持

专注迅速及时的操作可及性

使用EOS M 290系统，大陆集团能够通过增材制造（AM）技术快速且经济高效地生产金属部件。该系统能够可靠地重复制造高质量的零件，并实现创新的生产方式。为了在最短的时间内充分利用这项技术的潜力，除了购买系统之外，大陆集团还在其他层面与EOS进行了广泛的合作：EOS仅在两个月内就在大陆集团的工厂安装了系统，随后便帮助客户员工培养增材制造能力。此外，EOS全面的售后服务网络亦将有助于延续与大陆集团的紧密合作。

EOS主管地区出口的高级副总裁Markus Glasser表示：“我们对大陆集团的合作项目感到非常自豪，也期待在项目的每个阶段为客户提供支持。特别值得一提的是，两家公司之间的团队合作精神是大陆集团决定与EOS合作的关键因素。未来，我们也很期待为大陆集团往后其他项目提供所需服务

(10)

C O N F I D E N T I A L | EOS | 10 Image sources (left to right): Hettich; WITHIN Labs

典型客户：奥迪Audi

奥迪目标奥迪专注 EOS角色

 将增材制造由原型步入工业生产；

 将增材制造整合进奥迪模具的开发及量产。

 量产增材制造的压铸及热冲压模具模芯嵌件；

 小批量零部件轻量化设计及直接制造，降低成本。

 设备及工艺合作伙伴；

 应用的共同开发；

 培训，工程服务，技术咨询等。

(11)

典型客户 – SpaceX火箭发动机阀体

SpaceX火箭发动机阀体

应用: SpaceX猎鹰系列火箭SuperDraco发动机阀体 材料: 镍铬合金

挑战: 结构复杂, 且集成了冷却流道, 喷射系统和节流系统等单元, 制造 难度高.

成果: 1. 相比于传统铸造工艺, 增材制造工艺具有更好的材料强度, 延展性, 抗断裂性和低可变性等特性;

2. 采用EOS设备使生产周期从原先的数月缩短至两天, 显著改善发动机交货周期及生产成本.

*注: 请关注微信公众号EOS增材制造, SpaceX的成功与增材制造

(12)

EOS中国典型客户

最终用户：制造企业、医疗机构等服务提供商

(13)

1 3

典型客户 – 中国商飞缩比无人飞行验证机

COMAC缩比无人飞行验证机

应用: COMAC新型飞行验证机 (1:40缩放) 材料: 尼龙材料PA2200

挑战: 1. 验证机设计没有定型, 后期结构需要不断调整;

2. 验证机尺寸较大, 且结构复杂, 各部件需要分开打印.

成果: 1. 采用增材制造技术, 设计变更之后, 无须重新开模, 节省了时间和成本;

2. 采用EOS P770系统, 可实现较大尺寸打印的同时, 确保高精度, 实现复杂结构;

3. 采用EOSPRINT软件, 将所有部件布置在一个成型仓内, 单次打印所有部件, 且实现组件一次成型.

(14)

EOS数字化增材制造解决方案

(15)

EOS愿景：

提供全方位的工业级增材制造解决方案

 材料Materials  系统Systems  工艺Process  服务Service

(16)

适用尺寸

700x380x580 mm 双激光头系统，适用于规模化生产和/或大型部件。

EOS产品——高分子材料激光烧结系统

适用尺寸

200x250x330 mm 紧凑型系统，适用于中小尺寸部件，精度最高。

适用尺寸

340x340x600 mm

快速的塑料激光烧结系统！

适用尺寸

700x380x560 mm 针对高性能高分子材料。

FORMIGA P 110 EOS P 396 EOS P 770 EOSINT P 800

柔性 大系列

小系列

生产规模 大型专用材料系列

(17)

EOS产品——金属选区激光融化系统

适用尺寸: Ø 100 mm x 95*

mm

激光: 200 W Yb-fiber, 光斑直径40 µm

市场公认高质量的小尺寸产品生产系统

适用尺寸:

250 x 250 x 325* mm

激光: 400 W Yb-fiber laser,光斑直径100 µm

全面支持各种材料，高度可靠

适用尺寸:

400 x 400 x 400* mm

激光: 4x 400W Yb-fiber,光斑直径100 µm

通过应用多激光技术，

应对高效的生产需求

适用尺寸:

400 x 400 x 400* mm

激光: 1000 W Yb-fiber,光斑直径 90 µm

针对较大零件的高质量生产系统

EOS M 100 EOS M 290 EOS M 400 EOS M 400-4

中尺寸 大尺寸

小尺寸

(18)

塑料材料(Plastic Materials)

18种官方认证材料(且有更多正在开发)

材料族 材料名称

PA 12 unfilled

PA 2200 PA 2201

PrimePart® PLUS (PA 2221)

PA 12 colored PA 2202 black

PA 2105 (gum colored)

PA 12-GB PA 3200 GF

PA 12-AL Alumide®

PA 12-CF CarbonMide®

PA 12-FR PA 2210 FR

PrimePart® FR (PA 2241 FR)

PA 11 unfilled PA 1101

PA 11 black PA 1102 black

Elastomer (TPE) PrimePart® ST

Polystyrene (PS) PrimeCast® 101

Polyaryletherketone (PAEK) EOS PEEK HP3

(19)

1 9

EOS案例 – Boeing民航客机尼龙阻燃材料

Boeing民航客机尼龙阻燃材料

应用: Boeing 787 民航客机等 材料: 尼龙阻燃材料FR106

状态: 1. 自2002年以来, Boeing公司一直在利用激光选区烧结技术 (SLS) 对飞机部件进行定期生产, 用于多种机型项目;

2. Boeing公司在民航客机上使用SLS技术进行部件批量生产则始于787项目;

3. 目前, Boeing公司使用SLS技术进行各型飞机部件生产的材料需求量达到每年30吨量级;

4. 尼龙阻燃材料FR106为EOS用于SLS工艺的热塑性 (尼龙11) 粉末, 符合Boeing公司增材制造合格规范的要求.

(20)

材料族 材料名称

Aluminium EOS Aluminum AlSi10Mg

Cobalt Chrome

EOS CobaltChrome MP1 EOS CobaltChrome RPD EOS CobaltChrome SP2 Maraging Steel EOS MaragingSteel MS1

Nickel Alloy

EOS NickelAlloy HX EOS NickelAlloy IN625 EOS NickelAlloy IN718

Stainless Steel

EOS StainlessSteel 17-4PH EOS StainlessSteel 316L EOS StainlessSteel CX EOS StainlessSteel GP1 EOS StainlessSteel PH1

Titanium

EOS Titanium Ti64 EOS Titanium Ti64ELI EOS Titanium TiCP Grade 2

金属材料(Metal Materials)

目前EOS提供17种金属合金粉末(且有更多正在开发)

(21)

2 1

EOS案例 – Liebherr飞行控制液压组件

Liebherr飞行控制液压组件

应用: Airbus A380 (已通过飞行测试) 材料: 钛合金

挑战: 1. 在生产过程中, 飞行控制组件对质量和精度的要求极高;

2. 阀体传统制造过程从锻造原材料开始, 然后进行机械加工, 修整, 钻孔并最终组装. 该过程链不仅耗时而且复杂, 几乎没有优化空间.

成果: 1. 确保性能与传统阀门相同的前提下, 重量减少了35％. 有助于降低航空燃油消耗, 减少二氧化碳和氮氧化物的排放;

2. 将10个功能性元件集成到新的阀体中, 同时避免了使用具有大量横向孔的管道系统;

3. 相比于传统工艺, 增材制造的复杂性更低而材料利用率极高, 最大限度避免了钛合金的浪费;

4. 通过使用M400-4四激光加工设备, 阀体制造时间不到一天;

5. 通过引入EOS断层扫描技术，在批量生产过程中可以识别材料缺陷，从而确保产品及工艺质量。

基于传统工艺

基于增材制造工艺

(22)

EOS Aluminum AlSi10Mg EOS CobaltChrome MP1 EOS CobaltChrome RPD EOS CobaltChrome SP2 EOS MaragingSteel MS1 EOS NickelAlloy HX EOS NickelAlloy IN625 EOS NickelAlloy IN718 EOS StainlessSteel 17-4PH EOS StainlessSteel 316L EOS StainlessSteel CX EOS StainlessSteel GP1 EOS StainlessSteel PH1 EOS Titanium Ti64 EOS Titanium Ti64ELI EOS Titanium TiCP Grade 2

EOS M 100 - - - 30 - - - 20 - - - - -

EOSINT M 270 - 20

40 40 20 20

40 - 20 20 - - - 20

40 20 30 -

EOSINT M 280 30

20 40 50

- -

20 40 50

20 40

20

40 30 20 30 20 20 30

60 30 -

EOS M 290 30

20 40 50

- -

20 40 50

20 40

20

40 30 20

40 30 - 20 30

60 30 30

EOS M 400 90 - - - 50 - - 40 - - - 30 30 -

EOS M 400-4 30 - - - 40 40 - 40 - 40 - - - 60 - 30

工艺一致性

系统

材料

单位：微米μm

每一种材料和工艺都经过上千次检验

(23)

EOS服务(EOS Services)

我们的技术带来了可能性，而我们的服务则为客户赋能，

帮助客户真正开发这些可能性!

培训服务

向用户传递知识

Additive Minds

帮助客户培养增材制造的领导者技术服务

确保设备的最佳状态

供应链支持

安装与认证维护与维修

(24)

数字化在增材制造中的价值

产品设计

1  优化设计/快速迭代开发；

 数字化仿真；

2 工艺设计

 摆放方向；

 支撑设计；

 层厚/激光功率等参数设置；

 烧结策略选择；

3 质量监控

 粉床监控；

 激光功率监控；

 系统监控；

 融池监控；

 ……

4 自动化

 自动任务分派；

 自动供粉；

 成型仓替换；

 自动后处理；

 自动化物流。

(25)

数字化产品设计与工艺设计

结构简化(15合1) 燃烧器的再设计 DFAM：减少支撑结构

复杂的夹层结构

经优化的气流

布局设计提升打印效率 (单次批量18个，打印时间5小时)

(26)

EOSPRINT软件与Siemens NX的集成

设备选择 导入模型并调整 自动化支撑设计

材料参数设置 工艺参数设置 任务生成与提交

(27)

EOS过程与质量监控解决方案

(28)

未来的增材制造工厂

(29)

设计的自由度轻量化

 静态：零部件减重

 动态：动力学特性复杂零部件简化

 例如：热交换设备的替代结构

增材制造技术带来的机遇

与传统制造工艺相比，增材制造具备如下优势：

市场交付快速原型

 对虚拟模型的快速可行性研究

 直观触觉感受的反馈定制

个性化定制

 满足客户特定需求

 多品种、小批量时的成本优势

成本优势功能集成

 无需装配的嵌入式功能

 低材料损耗率

 低模具成本

(30)

案例：利用增材制造生产髋关节植入物

轻量化、定制化的钛合金髋关节植入物

来源: Alphaform, Instrumentaria

面临的挑战

 短时间内根据患者情况定制构建轻量化髋关节植入物

解决方案

 植入物设计:

 基于患者的CT扫描图像

 轻量化的空心结构

 最大程度发挥增材制造的优势

 使用M280设备进行植入物构建:

 材料: 钛64合金 (5级)

 11 小时烧结时间

 后处理: 从机板上切割取下 (慢走丝) 及粉末去除和清洗 (高压喷射及超声波清洗)

成果

 2014年5月成功在克罗地亚完成手术

 精确匹配患者

 快速的术前规划及植入物定制以满足手术时效需要

 轻量化能提高患者术后的舒适度

(31)

专业知识是实现从传统制造到增材制造转变的关键

“人”是最关键的因素

“缺乏专业知识”是企 业导入增材制造的过程 中遇到的最重大的挑战*

需要专业知识来充分利 用增材制造的最大潜力

EOS “增材思维”咨询 服务部门帮助企业加速 实现从传统制造到增材 制造的转变

*Source: Ernst & Young; 1) N = 900 companies, multiple answers possible, EY global 3DP study, April 2016

(32)

 单件成本优化

 AMQ增材制造认证

 过程认证(PQ)

 运营认证(OQ)

 工厂布局规划

 融池监控

 粉床监控

 轻量化结构设计

 DFAM，为增材制造而设计

 零件过滤与筛选

 利用3D打印实现创新

Additive Minds教育与咨询服务

支持客户成长的每一步

 3D打印基础原理

 工艺参数编辑

 后处理

AM

前期准备

应用开发量产规划

认证与量产

(33)

案例：阿丽亚娜6火箭发动机喷嘴

项目情况

The additively manufactured baseplate of the injector head of a rocket engine with 122 injection elements is made from EOS NickelAlloy IN718.

Injector head of Ariane 6 upper stage propulsion module VINCI as an all-in-one design (AiO).

结果

• 产品简化：248个部件减为1个；

• 单件成本：降低50%；

• 交期：交期缩短80%；

• 质量与性能显著提升；

• 实现自制，无须外包。

解决方案

Additive Minds: AiO设计与功能集成 EOS M 400-4 (材料IN 718)

挑战：

减少火箭发动机喷嘴的零部件数量并降低单件成本。

(34)

EOS-dMAC模具增材制造创新中心

模具修复 随形水路设计

国内最为成熟的模具领域增材制造服务中心

中心目标：

• 培养模具行业增材制造应用人才；

• 服务本地模具企业，帮助其克服在导入增材制造技术时面临的各种困难

服务形式：

• 公开培训

• 企业内训

• 咨询服务

(35)

当数字化制造遇见增材制造