日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省即將啟動(dòng)一項(xiàng)國(guó)家項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)世界最高水平的3D打印機(jī)。日本政府在2014年度預(yù)算中撥款40億日元，實(shí)施“以三維成型技術(shù)為核心的制造業(yè)革命計(jì)劃”。目前該計(jì)劃已分為上限為32億日元的“新一代工業(yè)3D打印機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)”和上限為5.5億日元的“超精密3D成型系統(tǒng)技術(shù)開(kāi)發(fā)”兩個(gè)主題，正在公開(kāi)招募開(kāi)發(fā)委托單位。
前者主題側(cè)重于可以成型金屬材料的3D打印機(jī)(以下簡(jiǎn)稱金屬3D打印機(jī))，后者側(cè)重于成型鑄造模型的3D打印機(jī)(以下簡(jiǎn)稱砂型3D打印機(jī))。在這類3D打印機(jī)領(lǐng)域，德國(guó)等歐美地區(qū)目前無(wú)論是設(shè)備研發(fā)還是應(yīng)用都處于領(lǐng)先地位。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的目的是提高日本的競(jìng)爭(zhēng)力。
金屬3D打印機(jī)和砂型3D打印機(jī)的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，除了包括控制程序在內(nèi)的造型設(shè)備本身，還包括新型粉末材料和外圍設(shè)備的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)后處理自動(dòng)化。
電子束和激光束
金屬3D打印機(jī)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中考慮的金屬粉末燒結(jié)熔化方式有兩種，即電子束法和激光束法。這兩種方法的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)目前10倍的成型速度和5倍的產(chǎn)品精度，力爭(zhēng)在項(xiàng)目完成后的2020年投入實(shí)踐。
具體來(lái)說(shuō)，兩種方式一小時(shí)成型速度的最終目標(biāo)都是500cc；在成型產(chǎn)品的精度方面，電子束模式的最終目標(biāo)是50μ m，激光束模式的最終目標(biāo)是20μm..另外，兩種方法的最終目標(biāo)都是達(dá)到1000×1000×600mm以上的最大成型尺寸，并將器件價(jià)格控制在5000萬(wàn)日元以下。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，除了提高電子束和激光束的性能外，還需要開(kāi)發(fā)適合兩種方式的新型粉末材料。因此，該項(xiàng)目將同步進(jìn)行金屬粉末的微粉化，降低粒度分布，開(kāi)發(fā)具有優(yōu)異耐熱性和耐腐蝕性的新型合金以及防銹等粉末改性技術(shù)，提高質(zhì)量，降低成本。
砂型的低成本快速生產(chǎn)
砂型3D打印機(jī)的成型速度要達(dá)到1小時(shí)10萬(wàn)cc(100L)以上，最終目標(biāo)是將成型模具的制造成本降低到1000日元/公斤以下。針對(duì)中小企業(yè)等。促進(jìn)其廣泛普及，力爭(zhēng)將設(shè)備價(jià)格降至2000萬(wàn)日元以下。項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間為4年。
砂型3D打印機(jī)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目于2013年進(jìn)行。項(xiàng)目名稱也是“超精密3D成型系統(tǒng)的技術(shù)開(kāi)發(fā)”，成型速度(10萬(wàn)cc/h以上)的終極目標(biāo)也與此次一致。然而，2013年砂型打印機(jī)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的預(yù)算規(guī)模上限僅為1.5億日元，此次的預(yù)算規(guī)模增至上次的近4倍。
與金屬3D打印機(jī)一樣，粉末材料的開(kāi)發(fā)也是砂型3D打印機(jī)的一大重點(diǎn)。根據(jù)計(jì)劃，打印機(jī)將采用從噴嘴噴出粘合劑，用粘合劑硬化人工砂粉的方法。此外，還將開(kāi)發(fā)可用于鑄造高熔點(diǎn)金屬的人工砂和粘合劑，試圖控制影響鑄造過(guò)程的坍塌，并找出不同砂的混合和沉積方法。
還要考慮知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省之所以實(shí)施上述開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，是因?yàn)椤皩⑿乱淮?D打印機(jī)投入實(shí)用化和商業(yè)化有利于國(guó)家利益”，項(xiàng)目產(chǎn)生的知識(shí)產(chǎn)權(quán)原則上屬于參與方。因此，在進(jìn)行項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)首先進(jìn)行專利調(diào)查，以避免專利糾紛。
除了日本國(guó)內(nèi)和日本企業(yè)，通過(guò)該項(xiàng)目達(dá)到實(shí)用化水平的3D打印機(jī)也將提供給全球市場(chǎng)。所以開(kāi)發(fā)時(shí)要遵循ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)、ASTM等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
發(fā)展項(xiàng)目中期評(píng)估計(jì)劃在兩年后(2015年底)實(shí)施。通過(guò)制作試機(jī)，評(píng)估打印機(jī)能否達(dá)到中期目標(biāo)。