柏林增材制造论坛掠影： 增材制造技术如何加入供应链

2023年柏林增材制造论坛的主题是“VUCA世界中的快速成型制造”。你可能会问，什么是VUCA世界？它是一个以波动性、不确定性、复杂性和模糊性为特征的世界。

从最前沿的增材制造系统供应商到拥有170多年制造经验的公司，一系列发言人探讨了工业增材制造如何提供竞争优势的问题。

合作伙伴关系是这一方法的核心，柏林增材制造论坛邀请增材制造行业的领军人物与将增材制造应用于生产的企业同台演讲，就是为了说明这一点。SLM Solutions公司首席执行官Sam O'Leary总结了这一方法，他说：“如果你不与他人合作，或者不实现整合，那么你所拥有的将是一项孤立的技术。”

博世的SLM解决方案和快速成型制造技术

在技术进步的浪潮中，采用增材制造技术作为行业的关键竞争优势已不再是新鲜事，而是一种必然。柏林增材制造论坛的主持人、SK咨询公司的Sven Krause邀请两位行业资深人士讨论他们在推动这一变革方面的合作努力时，强调了这一前提。他们分别是博世动力总成解决方案技术总监Kai Kuhlman博士和SLM解决方案首席执行官Sam O'Leary。

博世涉足快速成型制造领域并不令人意外。然而，他们与著名的技术开发商和推动者SLM Solutions之间富有成效的合作却产生了最深远的影响。

在开场白中，O'Leary强调SLM Solutions的使命是“永远改变制造业的未来”。他认为，只有通过“深刻、促进创新、消除障碍的合作伙伴关系，这种变革才是可行的，而不仅仅是空谈。”

博世的金属增材制造

SLM的任务是推动工业变革。O'Leary解释说：“我们的目标是提供实现工业变革所需的产品。O'Leary解释说：“这意味着我们要不断追求降低成本、保证质量和卓越性能。”

不过，O'Leary提醒说，最先进的技术和典范的使用案例只是等式的一部分。他提出，关键的催化剂在于更深层次的转变——强大的联盟促进共生的未来。

SLM与博世的合作正是这种整合方法的最好证明。该联盟强调将SLM的技术整合到现有的成熟生产流程中，这与博世的综合工业生产目标相一致。此次合作也标志着整个行业日益认识到，快速成型制造不仅是一种理想的解决方案，也是应对全球制造业挑战的重要手段。

纽伦堡是博世快速成型制造的中心，Kuhlmann博士描绘了一幅不断发展和高效运营的图景。在过去十年中，该基地已拥有5台金属增材制造设备。他说，纽伦堡基地不仅仅是一个打印工厂。它负责监督从增材制造到加工和铣削（包括热处理）的整个工艺链。

该部门负责处理博世的内部应用，每年完成300多个项目，生产2000多个零件，其中一些是200多个零件的小批量生产。正如Kuhlmann博士所强调的，该部门的发展轨迹是不断增长和提高生产率，同时降低成本。

然而，博世的成功并非没有挑战。其中一个关键问题可以归结为“两难”局面——需要新机器来创造业务，而企业又需要投资新机器。这种僵局需要一种突破，一种利用快速成型技术的不同方法，不是将其作为一种替代品，而是作为一种决定性优势，以提高产品性能并控制成本。

对于博世来说，从技术驱动向产品为本的转变是一次重大飞跃。人们关注的焦点不再仅仅是增材制造技术的快速、灵活特性，而是它能为产品带来的优势。这种新思维已经取得了可喜的成果，尤其是在重视质量的汽车行业。博世无法承担零件生产量所带来的每项测试。这种困境强调了可靠和可重复的流程，以及在生产结束时了解零件好坏的必要性。

为了确保质量，纽伦堡团队一直在博世内部分享技术优势、积累技术诀窍并分享成功案例。正如Kuhlmann 博士所指出的，要满足汽车行业对质量和成本控制的期望，不仅需要生产出正确的产品，还需要对汽车行业的发展有深入的了解。它还需要了解车间组织以及自动化日益重要的作用。

博世的征程起步虽小，但必将越走越大。根据Kuhlmann博士目前的估计，老一代机器将继续推动伪生产——介于原型设计和大规模生产之间的过渡阶段。但是，博世必须过渡到高生产率、高成本效益的机器，如新一代SLM产品，以达到最后阶段——批量生产。

Kuhlmann博士强调了战略合作伙伴关系在这一努力中的重要性，并暗示将与SLM Solutions建立深度联盟。他暗示，这种合作将为博世开启下一阶段的增材制造之旅提供钥匙，以提高生产率、控制流程并满足内部和客户的期望。

尽管挑战重重，但Kuhlmann博士坚信，增材制造将改变博世的游戏规则。不断增长的产量、具有竞争力的价格和可靠的工艺使他对未来充满信心。他认为，利用增材制造设计将在产品性能和单位成本方面提供决定性的竞争优势。

“产品性能是跨越鸿沟的关键。”Kuhlmann博士说，这表明公司在增材制造领域正处于一个分水岭，并引用了Geoffrey Moore提出的一个概念，即从早期应用到大众市场的飞跃。

铁路行业如何在供应链中使用增材制造技术

西门子增材制造部主管Christian Ochs介绍了铁路行业成为增材制造有趣案例研究的要素：“铁路行业也有非常复杂的标准和规范，而且各国之间的地区差异也很大。”

Ochs强调了及时可靠地供应备件的重要性。他提出了一个值得注意的问题：铁路业务中始终存在的高成本压力。在一个各地区标准不一的行业中，对高质量、低成本零部件的需求给快速成型制造带来了一系列独特的挑战。他提出了一个可行的解决方案，即与客户和当局合作，加快实现更经济的使用案例的进程。

Ochs还强调了增材制造如何使铁路车辆实现现代化。火车在运行16或18年后要进行全面检修，通常包括采用比以前更重的新型显示器和空调系统。他指出，由于采用了智能设计，增材制造部件的重量最多可减轻50%，从而在升级时不会大幅增加重量。这不仅节约了成本，还避免了获得新认证的耗时和昂贵过程。

铁路行业增材制造技术的应用领域

未来的列车可能会在很大程度上依赖于增材制造所能提供的部件终身可用的承诺。不过，Ochs强调，增材制造并不仅仅是传统制造方法失败时的应急计划。“在开发下一代列车时，我们会[问]在哪里可以[引入]增材制造部件？从一开始，我们就真正利用了设计自由度。”

这位西门子增材制造主管还透露了他的公司如何利用增材制造改变列车维修的格局。

Ochs解释说：“我们进行了增材制造的重新设计。我们将列车分割成多个部分，这样做的好处是只需更换一个部分即可。这种方法在列车发生事故时特别有用。我们对其进行了现代化改造，并且是在与客户共同创造的过程中完成的。”这样做的好处是降低了库存水平。

这一过程也对内部运营产生了积极影响。Ochs 表示：“我们通过选择性激光熔化技术创建了一个新的最小维修单元，它现在可以承受2.5倍的负荷，并使车辆的材料消耗减少95%，当然能源消耗也减少了。”

不仅限于定制部件，西门子还开始了增材制造部件的批量生产，”Ochs说，“这里的例子是一个喷嘴，它的性能是传统部件的5倍，重量却减轻70%。迄今为止，西门子已经使用激光粉末床熔融技术生产了超过10万件产品。”

尽管取得了这些进步，但零部件的增材制造之路并非一帆风顺。Ochs指出：“当然，我们会查看库存，看看是否有更适合增材制造的零件......过去所有这些零件都是为传统制造而设计的。3D打印的成本通常会更高，因此需要考虑到额外的好处，如减少库存和避免因列车停运而造成的损失。”

如何大规模采用增材制造？

柏林增材制造论坛还提供了一个讨论如何扩大增材制造应用的平台。巴斯夫Forward AM总经理Martin Back 强调了各行业在大规模采用增材制造时的犹豫不决。Back认为，主要障碍在于技术准备、传统规范和设计标准的生态系统，以及企业同时应对所有这些问题所面临的挑战。他认为，工业合作伙伴、材料特性专家和加工专家之间需要更紧密的合作。他说：“这不再是一个双边买方或卖方的过程。”

通快专业销售与应用团队总监Rainer Grünauer强调，必须激发年轻工程师对快速成型制造的兴趣。他还强调，他的公司花了大约七年时间才成功实施了快速成型制造，目前“大约有40-50个项目正在进行中”。

然而，改变思想只是难题的一部分。Stratasys欧洲、中东和非洲区总裁Andreas Langfeld主张转变教育模式。他敦促说：“我们需要与教育部门合作，将增材制造引入课程。”Langfeld创造了“增材制造原住民”这一术语，与“数字原住民”相提并论，意指将增材制造作为常规培训内容的新一代工程师。人们希望这些人在加入企业后，能加快采用新的生产方法。

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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