由於獲得了德國總統科技和創（chuàng）新獎（Preis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation）的提名，Concept Laser 公司的 Frank Herzog 先生現如今可謂“精英中（zhōng）的精英”。

       柏林/利（lì）希（xī）滕費（fèi）爾斯 (Lichtenfels)，2015 年 11 月 06 日——近日據悉，作為一家 3D 金屬打印機器和設備製造企業的創始人兼執行合夥人，Frank Herzog 先生和他的兩位項目合作夥伴一起被提名為“2015 年度德（dé）國未來獎”的候（hòu）選人。 而能夠入圍這一“精英中的精英（yīng）”的獎項對於正值周年慶的 Concept Laser 有限公司而言無疑又樹立了一座新的裏程碑（bēi）。“德國未來（lái）獎（jiǎng）”是由德國總統設立的科技和創新獎項。 獲獎者均為工業和科研領域的開發（fā）人（rén）員，他們通過各種項目（mù）和創新計劃，以（yǐ）特殊的方式維（wéi）護了德國作為創新基地的地位（wèi），可謂實至（zhì）名歸。 而由於獲得了提名，現在 Frank Herzog 已（yǐ）經成為了“精英中的（de）精英”。Frank Herzog 先生（shēng）表示： “在2014年連續榮獲巴伐利亞（yà）州 50 佳和德國經濟創（chuàng）新獎決賽提名之後，今年（nián）該獎項的提名對於我而言是莫大的（de）榮幸。 同時，這也是對由我研發的 LaserCUSING 工藝所蘊含的巨大潛力的一種肯定（dìng）。”

       圖1：Frank Herzog，Concept Laser 執行合夥人（rén）：“在2014年獲得巴伐利亞（yà）州 50 佳和德國經濟創新獎決賽提名後，對於整個團隊和我而言，該獎項提名是莫大的榮幸。這同時也是對 LaserCUSING 工藝所蘊含的巨大潛力的一（yī）種肯定。” （圖片來源： Concept Laser 有限公司，利希滕費爾斯）

       標題為“民航製（zhì）造領域的 3D 打印——一場正在興起的加工行業革命（mìng）”的（de）項目在創新程（chéng）度和商業可行性等方麵最終征服了 2015 年度德（dé）國未來獎的終審（shěn）評委。 於是（shì），由 Peter Sander （漢堡空客新興技術和方案部門負責人 ）、Claus Emmelmann 教授（漢堡 Laser Zentrum Nord 有限公司首（shǒu）席執行官）和 Frank Herzog（德國利希滕費爾斯 Concept Laser 有限公司創始人和業（yè）務管理合夥人）所組成（chéng）的（de）項目團隊獲得了（le） 2015 年度德國未來獎的提名。
   

       圖 2：“德國未來獎（jiǎng）” 或“聯邦總統技術和創新獎”的圖標（圖片來源： © 德國未來獎）

       項目的核心涉（shè）及的是首款“打印”出來的鈦合金件，具體而言是空客 A350 XWB 機型上的一隻“托（tuō）架”。 而作為具（jù）有“仿生學”特性的（de）固定和連接件，它在（zài）飛機的輕量化設計方麵起到了重要的作用（yòng）。 這項涉（shè）及多個工業領域的研發成果顛覆了飛機結構（gòu）件的加工方式，同（tóng）時也（yě）在民用飛機領域實現了“輕量化（huà）”生產。 迄今為止該部件都是用鋁合金（Al）銑削加（jiā）工而成的。而現在可以用（yòng）鈦合金（Ti）將其打印出來（lái），可以節（jiē）省大約 30% 的重量。

       先驅精神引領成功

      在金屬激光熔融領域，Frank Herzog 先生（shēng）稱得上是先行者。 1998 年，原（yuán）有的塑料燒結技術最終促成了 LaserCUSING 工藝的研發。當年，在（zài）大（dà）學期間的 Frank Herzog 就認為，如果在塑料上（shàng）可行的話，那（nà）麽在金屬上也（yě）一定能夠做得到。在工藝研發的初期，部件（jiàn）中的應（yīng）力和不能完全熔融的金屬粉末是他要麵臨的最大（dà）的兩項挑（tiāo）戰。然而經過不懈的努力（lì），通過隨機（jī）照（zhào）射（智能曝光）技術和固定激光發（fā）生器的引（yǐn）入，使得這些問題都得到了解（jiě）決。
 

       2000 年（nián），這些先驅性的工作最終促成了 Concept Laser 公司的成立。而到（dào） 2001 年，公司已（yǐ）經在法蘭克福舉行的 Euromold 展會（huì）上公開展示了（le）自己的原型機 M3 Linear，拔得全（quán）球範圍內工業領域 3D 金屬打印方麵的頭籌。 一年後，Concept Laser 公司便已經（jīng）交付了全球第一批設備。

       這種（zhǒng）增材製造技術一開始還被人們視作天方夜譚，可沒過多少年就已（yǐ）廣泛地運用在眾多工業領域和應（yīng）用中。現在，在全球範（fàn）圍內超過 400 台的裝機（jī）量就是最好（hǎo）的證明。Concept Laser 15 年的（de）曆史同時也見證了相關工藝發展在這 15 年中所取得的成績，其中不乏大量的創（chuàng）新和專利。現如今，公司已經擁有了獨立的研發部門，該部門的員（yuán）工人數超過 50 名。此外，Concept Laser 有限公司還作為合作夥伴（bàn）與大學、科研機構和工業企業開展了廣泛的科研合作。另外，公司還擁有 50 多項已授（shòu）權的專利。目前，Concept Laser 有限公司正（zhèng）在申請的專利數量已有（yǒu）約（yuē） 100 件， 其中很（hěn）大一部分在不久之後就能獲批授（shòu）權。由該公司提出專（zhuān）利申（shēn）請（qǐng）的發（fā）明數量（liàng）一直在（zài）不斷增加。

 
       2015 年 Concept Laser 公司的 15 周年慶從數據上為我們展現了其輝煌的業績。在 2014 年取得了 75 % 的增長之後，Concept Laser公司繼續保持高水平增長。2014 年，公司總共交付了
 

       110 台激光熔融打印設備。而 2015 年交付的設備數量將（jiāng）超過 150 台。和已經非常成功的去（qù）年相比，這意味著銷售額預計（jì）會增長 35 %。

       LaserCUSING 工藝：

       LaserCUSING 這個概念（niàn）由 CONCEPT Laser 的首字母 C 、Laser(激（jī）光（guāng）)和英文的 FUSING (熔融) 共同（tóng）組成（chéng），技術說明如下：熔融工（gōng）藝使用 3D CAD 數據逐層生成部件。通過該工藝可以不使用（yòng）模具就可以製造出複雜幾何形狀的部件，以及采用傳統製造方法很難或者根本（běn）無法製造的部（bù）件。

       通（tōng）過 LaserCUSING 工藝可以高精度製（zhì）造可承受機械和熱負荷的金屬部（bù）件（jiàn）。視應用情況而定，可以加工不鏽鋼和熱作鋼、鋁合（hé）金或鈦合金、鎳基超合金、鈷鉻合金（jīn）或者貴金屬如金或銀合金（jīn）等。

       在 LaserCUSING 工藝中（zhōng）通過（guò）高能量的光纖激光器（qì）使細粉狀金屬局部熔融。冷卻後，材料自行固化。部件的輪廓通（tōng）過借助反射鏡偏轉裝置（掃（sǎo）描器（qì））實現的偏（piān）轉激光（guāng）束來生成。通過逐（zhú）層 (每層厚度 15 – 150 μm) 降低加工底板（bǎn）、重新塗覆粉末（mò）並重新熔融來實現部件的加工。

       Concept Laser 設備（bèi）的特點是能夠對薄片區域（也稱（chēng）為“島”）隨機（智能）控製，然後逐（zhú）個進行（háng）加工。 這種獲（huò）得專利的工藝在（zài）製造巨大部（bù）件時（shí）可顯著降（jiàng）低部件中的應力。

       圖3：LaserCUSING 工藝示意（yì）圖（圖片來源： Concept Laser 有（yǒu）限公司，利希滕費爾斯）
 

       增材製造技術的一般特（tè）性

       增材製造技術在輕量化和（hé）提高部件性（xìng）能等（děng）方（fāng）麵拓（tuò）展出了廣闊的空間。具體的關鍵詞包括：功能集成、輕量化潛力（lì）、仿（fǎng）生學和拓撲學、資源保護、減少廢料、幾何形狀自由度、一步加工到位、減少裝配環節（jiē）、選擇（zé）性密度、實時（shí）生產（包括“按需”生產）以（yǐ）及優化成（chéng）本結構（例如（rú）通過 24 小時無人值守的不間斷生產）。和傳（chuán）統的切削加工工藝（yì）相比，激光熔融工藝的優越性（xìng）使其在許多領域內都可以很好的應對（duì）加工環節中所（suǒ）要麵臨的現實（shí）挑戰，從而成為解（jiě）決這些問題的不二之選。在數字化（huà）時代，對於加（jiā）工（gōng）領域的專家而言，增材（cái）製造（zào）技術的特點主要體現在自（zì）動化程度高、加工速度快、質量好、材料多樣性和生產（chǎn）環境友好性等多個方麵。最後，應用在數字化過程鏈上的增材製造技術也是對“工業 4.0”戰略的一貫落實。

       激光熔融技（jì）術對於飛機製造業（yè）的意義

       在增材製造技術的框（kuàng）架條件下，金屬激光熔融技術（shù）對於飛機製造業而言意義越來越重大（dà）。而加工速度快、部件成本低以及在（zài）成型（xíng）方（fāng）麵前所未有的自由度同樣（yàng）也是飛機製造業選擇這一工藝不可辯駁的理由。作為新的關鍵詞，“輕量化”和“仿生學”也已經（jīng）為人們所熟識。如今已開始顯（xiǎn）現出新的趨勢：作為一種增材製造技術，它改變（biàn）了飛機製造業研發人員的設計思路（lù）。在未來進行飛機部件設計的時候，不僅可以針對性（xìng）地滿足力學特性，同（tóng）時還可以兼顧輕量化設計要求。和如今通過傳統（tǒng）工藝加工的部件相比，使用激光熔融技術加工出的與安全有關的部件不僅能夠提高質量、減輕重量，而且還能夠延長使用壽命。除此以外，在材料特性（xìng）方麵也會略有不同。Claus Emmelmann 教授說：“使用激光增材技術加工的材料強度會有所提高。雖然材料（liào）的可延展性相對變（biàn）差，但通過正確的熱（rè）處（chù）理工藝（yì）就可以重新增強。”除此以外，該工藝的突出優勢還（hái）體現在可持（chí）續性、對資源的保護以及對（duì）成本結構的優（yōu）化。

      
 
       圖4：空中客車 A350 XWB 用鈦合金和 LaserCUSING 工藝加工製成的仿生學客（kè）艙托架（圖片來源： 空中客車）

 
       作為推動因素的形狀自由度和輕量化潛力

       形狀（zhuàng）自由度（dù）和減重是飛機（jī）製造業選擇金屬激光熔融技術的兩大理（lǐ）由。“輕量化”這一理念可以幫助航空公司在運營（yíng）環節提高飛機的經濟性。而通過減重，則可以降低燃（rán）油的消耗量（liàng），或者反過來提高（gāo）飛機的裝載能力。在（zài）設計一款新飛機的過程中，需要以（yǐ）最小的批量（liàng）加工（gōng）數千種所謂的（de） FTI (Flight Test Installations) 托架。增材“分層（céng）製造”技術讓設計人員能夠設計出全新的結構。而實際情況表明，這樣加工出的部件相比傳統的鑄件或者銑（xǐ）削加工件可以（yǐ）減（jiǎn）重超過 30 %。此外 CAD 數據還可以被直接應用於增材（cái）製造（zào）技術。由於不需要模具，因此不僅可以降低成本，而且可以將加工時（shí）間最多縮短 75 % 。由於不需要（yào）采用任何模具，因此現在可以盡可能早地加（jiā）工出接（jiē）近量產件要求的功能樣件（jiàn）。為此，不需要（yào）為模具投（tóu）入任何前（qián）期成本。您可以在設計的最初階段發現潛在的設計缺陷，同時對項目進程進行優化。Peter Sander表示：“過去，部件研發周期大（dà）約為（wéi）六個月（yuè），而現在隻需要一個月。”

        圖 5：空中客車 A350 XWB（圖片來源： 空中客車）

       部件或者產品設計方麵的仿生學

       通過金屬（shǔ）激光熔融（róng）技術可以加（jiā）工出最精細的結構，甚至包括類骨骼（gé）的多孔結構（gòu）。“因此，未（wèi）來的飛機（jī）部件將會變得更加的‘仿生’。”Peter Sander 預測道（dào）。 而大自然經（jīng）曆了數（shù）百萬年的（de）時間（jiān）來優（yōu）化功能和（hé）輕量（liàng）化原理，同時合理地（dì）將資源消耗降至最低。它這樣做絕對是有道理的（de）。目前，空客正在對這些來自大自然的解決方案可行（háng）性進行結構化（huà）的分析。借助（zhù）激光的“智能曝光策略（luè）”就可以（yǐ）有針對性地實現激光對部件的加（jiā）工，令後者（zhě）在結構、強度（dù）和表麵（miàn）質量等各個方麵滿足個性化的需求。 Peter Sander 說（shuō）：“最早（zǎo）的一批原型（xíng）件在仿（fǎng）生學應用領域顯現（xiàn）出巨（jù）大的潛力。該工藝可能會（huì）在設計（jì）和加工領域引發一次根本性的變革。”

       作為重要（yào）指標的質（zhì）量

       對於飛機製造商而言，在部件的（de）加工製造階段，檢驗無疑是工業化組成模塊中最重（chóng）要的一（yī）個環節。 Peter Sander 說道（dào）：“在實踐中，Concept Laser 的質（zhì）量管理模塊 QMmeltpool 具（jù）體是通過如下（xià）的方式落實‘過程內（nèi）監控’的：在一塊僅有 1x1 mm² 的加工麵積上，係統會借（jiè）助相機（jī）和光電二極管實現對過程的監控。並將這個過程記錄下來。”從 2016 年開始，還會在（zài）該模塊的基礎上增加 QMmeltpool 3D。有（yǒu）了它，原來對製造過（guò）程基於時間的 2D 監控將（jiāng）會變為基於位置的 3D 檢驗環境。現在，係（xì）統不再僅僅返回基於時間的（de）數據（jù），而是和計（jì）算機X射線斷層造（zào）影（CT）一樣，會額外返回基於位置的信（xìn）號，從而實現明確（què）的定（dìng）位。有了這些信號（hào），就可以生成部件或其結構的 3D 數據集。這樣就可以為部件創（chuàng）建非常精確的（de） 3D 模型。以此方式，QMmeltpool 3D 可以提示（shì）部件（jiàn）上可能存（cún）在的缺陷部位。繼而也就可以最大程度地減少後續的檢驗及測（cè）試工作。另外，數據在加（jiā）工完畢後可以被立即使用，因而（ér）也就節省了時間（jiān）。其他一些能夠實現主動質量保證的質量管理模塊還包括 QMcoating、QMatmosphere、QMpowder 和 QMlaser。 它們會測量或者監控激光的功率，或者金屬（shǔ）粉末是（shì）否達到了最佳的層次結構，同時對整個加工過程實現全方位的記錄。質量保證的另外一項舉措就是采用封閉式係（xì）統進行加（jiā）工，從（cóng）而保證了過程的無塵和無汙染。

      通過上述的措施，就可以徹底避免出現任何對加工過程造成不良影響（xiǎng）的幹擾因素。Frank Herzog 對此說道：“現如今，我們完全可以確保加工工藝的受控性、高度（dù）可重複性和過程的可靠性。”Emmelmann 教授強調道：“借助質量保證軟件，使得我們能夠對重要的數據，例如激（jī）光參數、熔池特性以及保護氣體（tǐ）的成分進行監控和記錄。因汙染所（suǒ）導致的幹擾因素可以被完全杜絕。”

       在這一領域，Concept Laser 同樣可以算得上是先行者。從 2004 年起，公司（sī）就已經開始嚐試使用多套模塊以實現質量改善（shàn）/監控。

 
       “綠色技術”實現對資源的保護

       在對飛（fēi）機部件進行銑削加（jiā）工的過程中，所產生（shēng）的廢料最多有 95 % 可以回收利用（yòng）。如果采用激光熔融（róng）技術的話，那麽用戶將可以獲得所謂的“接近最（zuì）終輪廓的部件（jiàn）”，其廢料隻占大約（yuē） 5 %。“在航空工業，我們將其（qí）稱（chēng）為‘Buy-to-Fly比率’，90 % 則是一個理（lǐ）想值。 當然，這（zhè）個參數還會（huì）體現在能耗方麵。”Claus Emmelmann 教授說道。因此（cǐ），針對高品質且昂貴的飛（fēi）機材料，例如鈦合金，這種加工（gōng）工（gōng）藝絕對是具有（yǒu）吸引（yǐn）力的。不使（shǐ）用模具的加工工藝不僅可以節省時間，而且還可以優化成本結構。合理的能量消耗和資源保護是激光熔融技術的兩大（dà）特征。Frank Herzog 說：“LaserCUSING 是一種‘綠色技術’，它在（zài）生產環節能夠更好地落實生態及環（huán）境保護方麵的要求。”
 
 

       圖 6： X line 2000R® 結合了世界範圍內最大的金（jīn）屬激光熔融加工空間（800x400x500 mm3）和更高的（de）加工速度。 X line 2000R® 的多路激光技術通過 2 x 1000 瓦的激光，可以對照射時間直接產生影響。（圖片來源： Concept Laser 有限公司，利希滕費爾斯）

       備件供應 2.0： 實時、分散化並且“按需（xū）供應”

       航空工業將下一個目標放（fàng）在了備（bèi）件上。將來，備件的生產加（jiā）工將會實現分散（sàn）化（huà）和所謂的“按需”生產。除此以外，整個加工過程（chéng）不需要（yào）用到任何模具。 一旦有部件出現故障問題（tí），那麽，就可以直接在（zài）現場加工備件。分（fèn）散式的加工製造網絡將（jiāng）會興起，從而可以實現全球和地區性的戰略布局。這樣一來，就可（kě）以最（zuì）大程度地縮短運（yùn）輸裏程，繼而（ér）縮短交（jiāo）貨期。結（jié）果是可以縮短飛機因必要的維護保養所導致的停機及（jí）檢修（xiū）時間（jiān）。有些部件雖然極少使用，但由於現（xiàn）代化機型的使用壽（shòu）命普遍延長（zhǎng），因而必須為它們設（shè）立大型備件倉庫。而在將來，這樣的備件倉庫的規模可以（yǐ）顯著（zhe）縮小，進而減少資金占用量，尤其是（shì）那些安全性部件可以更快的投入使用。在航空工（gōng）業麵臨的成（chéng）本壓力的情況下，這絕對具有極大的誘惑力。

 
       展望
 
 

       作為 3D 打印技術的激光熔融技術能夠（gòu）加工（gōng）出“更加（jiā）智能（néng）的部件”，它們在幾乎所有（yǒu）性能指標方麵都超越了傳統工藝製造的部件。尤其是在航空和航天領域，相關的專業人士已經將其（qí）稱之為一場（chǎng）革命。目前，由於批量結構的原因（yīn），航空和航天業在增材製造領域僅僅（jǐn）扮演著開路先鋒的角色。但隨著加工速度和加工量的不斷增加，一定（dìng）能夠在更多其他（tā）工業（yè）領域產生聯（lián）動效應。而在這裏，重點行業則包括汽車製造業、牙科和醫療（liáo）以及工具和（hé）機床工業。最後，正如 Laser Zentrum Nord 向我們所展示的那樣，分散布局的加（jiā）工服務商還會催生新的業務模式（shì）。 這樣一來，從價值創造的角度而言，還可以讓生產從低成本國家重新返回到位於歐洲和美國的傳統研發和工業基地，繼而進一步（bù）強化這些地區的創（chuàng）新能力和速度。

       關於“2015 年度德國未來獎”

       德國總統通過（guò）該獎（jiǎng）項（xiàng）表彰那些將自己的創新成果成（chéng）功轉化為被市場所接受的產品、並且因此創造就業崗位的研究和開發人員。該獎項的獎金（jīn）為（wéi） 250,000 歐元。德國未來（lái）獎將於 2015 年 12 月（yuè） 02 日在柏林舉行頒獎儀式。

       對於有推薦資格的機構（gòu）所提交的項目，將會由十位來自科學和經濟領域的專家通過一整套嚴（yán）格的、多階段程序對其進行評估。最終，將會（huì）選出三到四個項目作為（wéi）提名入圍最終的評比，同時接受公眾的監督。對於（yú）德國總統（tǒng）技術和創新獎（jiǎng）而言，這幾支團隊算的上是“精（jīng）英中的精英”。

       2015 年 12 月 02 日，一切就將揭曉： 德國總統 Joachim Gauck 將會安排一場隆重的慶祝（zhù）活動（dòng），並根據評委們的評判，向最（zuì）終（zhōng）勝出的精英中的精（jīng）英團隊授予榮譽。
 

       關於Concept Laser

       Concept Laser 有限公（gōng）司是一家來（lái）自利希滕費爾斯（Lichtenfels，德國）的獨立企業。公司自 2000 年成（chéng）立以來，一直都是激光熔融技術領域的創新推動者，憑借獲得專利的 LaserCUSING® 技術（shù）從事跨行業（yè）的經營活動。

       LaserCUSING® 這個詞由 CONCEPT（概念）的 C、Laser（激光）和英（yīng）語 FUSING（熔（róng）融）組成，描述（shù）的是這樣（yàng）一種技術：使用 3D CAD 數據（jù）逐層生成部件的熔融技術。該方法可在不使用模具的情況下製造出複雜幾何形狀的部件，而這是常規製造方法很難或根本（běn）無法做到的。

       利用 LaserCUSING® 技術（shù）既可以製造帶有貼近輪廓的冷卻係統的模（mó）具嵌件，也可以直接製造飾品、醫（yī）療、牙科、汽車、航空航天行業用的部件。原型件和量產件皆可製造。

       公司可提供標準設備和客戶定製的金屬激光熔融設備方案。在 Concept Laser 公（gōng）司，全方位服（fú）務（Full Service）這一選（xuǎn）項意味著：客戶可以購買金屬（shǔ）激光熔融設備，也可（kě）以直接利用公（gōng）司的（de）服（fú）務和開（kāi）發能力。

       Concept Laser 的激光加工設備可加工（gōng）不鏽鋼、熱作鋼、鈷鉻合金、鎳基合金粉末材料以及像鋁合金和鈦合金這樣（yàng）的活性金（jīn）屬粉末材料。公司也可（kě）提（tí）供用於（yú）製作飾品的貴金（jīn）屬（shǔ），例如金合金或者銀合（hé）金。

       LaserCUSING® 為眾多行業在（zài）進行產品開發的經濟性和速度方麵（miàn）開辟（pì）了新的（de）前景，這些行業包括：
 
      • 醫療和牙科
      • 航（háng）空航天工（gōng）業
      • 刀具（jù）與模具製造
      • 汽車製造與賽車運動
      • 飾品
      • 機（jī）械製造

      這些（xiē）設備可縮短開發時間並明（míng）顯減少開發成本，同時在產品開發（fā）過程中又具有明顯（xiǎn）更高（gāo）的靈活性。

      Concept Laser 公司（sī）的高（gāo）質量要求、經驗水平和參考案例彰顯了其解決方案（àn）的工藝穩定性和成（chéng）本效益（yì），這些方案的效（xiào）率也經過了日常生產的證實並以降低單位成本為首要目標。