日铸造企业用金属3D打印机电力成本降9成

位于日本神奈川县小田原市的一家创新型企业利用金属粉末3D打印机，向部件制造的工艺改革发起了挑战。这家企业就是从事汽车部件铸造的KOIWAI。该公司预测，随着3D打印机的进化，金属部件制造所需的电力成本能够降低到采用铸造工艺的1/10左右。引得大企业研发部门高管纷纷前来参观的金属粉末3D打印机究竟有着怎样的可能性呢？KOIWAI社长小岩井丰己就此接受了记者的采访。（采访人：宗像诚之，《日经商务周刊》）


小岩井丰己社长手拿使用金属粉末3D打印机“EOSINT M280”制作的铝制造型物（摄影：陶山勉）

——KOIWAI在2013年到2014年期间逐步引进的金属粉末3D打印机是怎样一种设备？

小岩井社长：通常的3D打印机是通过沉积树脂制作物体，而金属粉末3D打印机是利用高温光束熔化金属粉末，通过沉积金属制作物体。

我们采用的金属粉末3D打印机有德国EOS公司开发并销售的“EOSINT M280”和瑞典Arcam公司的“Arcam A2”。价格都比较贵，每台约1.4亿日元（约840万元人民币），整个日本的销量只有10台左右。同时拥有这两家公司的设备的日本企业恐怕少之又少。因此，经常有汽车和机械等行业的大企业研发部门的高管前来，表示“我们也打算购买，能不能让我们先见识见识”。

利用高温光束加热到1000度以上熔化金属

EOS与Arcam的设备都是采用沉积金属粉末的方式，但使用的金属和功能各不相同。EOS以铝粉为材料，利用激光束加热到1200度～1300度，使粉末熔化并沉积，制作部件。Arcam则是使用钛粉、铁粉等，利用电子束加热到1600度～1700度，使粉末熔化并沉积。

——贵公司身为部件铸造企业，为何要购置金属粉末3D打印机？

小岩井社长：大约在2007年前后，为了制作铸造部件使用的砂模，我们购置了使用树脂材料的普通3D打印机。因为我们从3D打印机中，察觉到了改革金属铸造工艺的巨大可能性。当时市面上虽然也出现了金属粉末3D打印机，但其性能还不足以制作复杂形状。

不过，从那以后，技术发展日新月异，到了2013年，金属粉末3D打印机已经可以快速制作出复杂形状。因此，我们决定购置金属粉末3D打印机。恰好在这个时候，前来咨询能否加快部件试制速度的客户也有所增加，这也成为促使我们购置金属粉末3D打印机的一个因素。欧美领先一步，已经把使用金属粉末3D打印机制作的沉积部件投入实用。见此情形，日本的航空航天、医疗器械、汽车等领域的企业也不甘落后，开始向我们咨询。

我们一直认为，如果金属粉末3D打印机能够取代部件铸造中的部分工艺，将有助于压缩成本、缩短交货期。但现在我们感觉，不仅仅是替代铸造，作为“沉积”这种全新的部件制作方式，金属粉末3D打印机也拥有巨大的可能性。

制作铸件时，必须先制作模具，然后利用电炉熔化金属、浇筑到模具中，并等待金属凝固。而金属粉末3D打印机省去了这道工序。制作手掌大小的部件，即使形状复杂，也只需要15～24个小时。铸造需要1周左右的工期可以缩短到这么短。而且，这道工序的耗电量最大，缩短工序还有助于压缩电力成本。目前的金属粉末3D打印机还无法实现大量生产，很难严格地与铸造来比较，但随着3D打印机的大型化、高速化进程，这道工序的电力成本或许将减少到原来的1/10左右。


金属粉末3D打印机根据输入的3D数据制作形状复杂的部件

——KOIWAI实际在使用金属粉末3D打印机制作什么？

小岩井社长：我们于2013年在日本率先推出了金属粉末3D打印机代工业务，就是由客户提案，我们来制作部件试制品等。承蒙众多客户的垂青，业务进展非常顺利。EOS与Arcam的两台设备目前都在满负荷运转。

航空航天与医疗等领域的需求扩大

现在的主要客户来自航空航天和医疗等领域。欧美虽然捷足先登，但在日本，使用金属粉末3D打印机制造部件的市场也终于建立了起来。在航空航天领域主要是评估加工方法、制作试制部件。而在医疗领域，不只是试制，假体的产品化也进入了最终阶段。我们正在与擅长医疗领域的商社共同推进研究开发。

在我们的主要业务——部件铸造方面，量产、试制的对象绝大多数都是汽车零部件。而在使用金属粉末3D打印机的沉积领域，这项技术将成为我们跳出汽车领域，进军航空航天、医疗等需要高附加值部件的领域的踏板。

并不是只要购买了设备、输入3D设计数据，就能制作出设想的形状。要想利用金属沉积制作出符合设计数据的最终形状，必须拥有相关技术经验并付出努力。制作修正数据要有金属熔化和凝固方面的知识，这就要用到过去的铸造技术。这部分技术属于企业机密，不便透露，但在相关的研发方面，我们希望继续走在其他公司的前面。
 
——日本制造业在扩大金属粉末3D打印机的应用方面是否存在课题？
 

小岩井社长：由于设备还比较昂贵，以中小型企业居多的铸造行业，投资回报率并不高。金属沉积部件的市场虽然已经成形，但规模还很小。扩大应用要等到设备价格降低，以及金属沉积部件市场扩大以后。

金属粉末3D打印机在技术上也还处于发展阶段。能处理的部件尺寸有限，无法制作大型部件，也很难实现大量生产。

人才培养也将成为一个重要环节。举例来说，欧洲的教育机构已经开设了使用3D打印机制作物品的课程。我曾经参观过多家欧美3D打印机领域的先进企业，员工都是3D打印方面的专家。在这样的环境下成长，使用3D打印机制作物品时的想法会截然不同。

在日本，很多技术人员还对“金属沉积能否制作眼前的这个物体”持怀疑态度。但在欧美，越来越多的技术人员看到眼前的物体，会首先思考“如何制作”。因为是把“能制作”作为思考的前提，所以才能产生各种各样的创意。日本要想继续保持制造大国的优势，恐怕就必须要整个国家来思考如何培养能够以丰富的形象力运用3D打印机的人才。
 
金属铸造不会消亡
 
——随着金属粉末3D打印机的广泛普及，铸造企业会不会被逼倒闭呢？
 
小岩井社长：听说我们的举措后，很多铸造企业都产生了这样的担忧。但我觉得这种情况不会发生。沉积技术能够替代的只是铸造领域的一部分。举例来说，油轮的螺旋桨、机床用大型部件等现在还无法利用积层技术，只能采用铸造的方式。
今后依然会有只能使用模具铸造的部件，如果能够充分运用铸造方面的技术经验和知识，灵活地结合沉积技术，铸造行业的前途将会是一片光明。行业的形象估计也会发生变化。我们在购置金属粉末3D打印机等设备后，应聘者中开始出现年轻人的身影。人们对铸造行业的印象一直是苦、脏、险，但随着最尖端设备的增加，这样的印象应该也会发生改变，吸引到多元化人才。

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