尼康10亿美元押注金属3D打印,12激光大幅面系统已规模化部署,瞄准航空国防批量生产
据尼康先进制造公司首席执行官哈米德·扎林哈拉姆称,尼康进军增材制造领域是其悠久的工业传承的逻辑延续,其业务范围从光学、玻璃延伸到半导体光刻,再到如今的金属3D打印雄心。
扎林哈拉姆将增材制造描述为尼康更广泛的数字制造战略的一部分,该战略始于十年前的探索,并在五年前正式确立。
早期的内部项目促成了收购,特别是SLM Solutions以及整合后的先进制造事业部的成立。
迄今为止,尼康已为此投入约10亿美元。
从财务角度看,数字制造板块相对于集团规模仍然不大。
扎林哈拉姆表示,去年上半年的收入低于1亿美元,但显著高于6500万美元。
他补充说,几乎所有这些收入都来自增材制造,而在增材制造内部,粉末床熔融系统占主导地位。
定向能量沉积和有限的减材制造能力起辅助作用。
尼康将国防需求视为关键的加速器之一。
西方各国政府正试图重建工业产能,而冲突和地缘政治压力凸显了现有供应链的弱点。
锻造和铸造等传统工艺无法轻易扩大规模以满足需求,特别是对于新型武器架构。
扎林哈拉姆认为,增材制造在热交换器和推进部件等领域已被证明是必要的,因为这些领域的几何形状、热性能和重量目标与传统生产的局限性相冲突。
“铸造和锻造的传统供应链根本无法填补这些空白,”他说,“先进的武器系统需要先进的制造技术。”
尼康预计航天和航空领域将出现类似的结构性需求,那些在设计时就考虑增材制造的发动机预计将在本年代末开始进入批量服役阶段。
尼康的很大一部分卖点在于规模。
该公司将自己定位在金属打印的大幅面领域,SLM的12激光系统已经大量部署。
扎林哈拉姆强调,这些并非演示样机。
“我们拥有唯一能够使用12台激光器打印600 x 600 x 1.5米尺寸的工业化机器,”他说,“这不是PPT上的东西。我们大约有80台这样的机器作为舰队在运行。”
工业化仍然是未解决的标准。
扎林哈拉姆直言不讳地指出了行业仍需走多远。
全球范围内本可采用增材方式生产的金属零件中,只有极小一部分真正以这种方式制造,他认为真正的成熟度与经过认证、可重复、大批量的生产运行挂钩。
医疗器械和一些航天应用符合标准,但更广泛的市场尚未达到。
在他看来,航空和国防领域正在最接近这一目标。
一旦在大型项目中,成千上万个相同的部件被规定默认采用打印方式制造,那么“工业化”的标签才算名副其实。
尼康对宣布金属增材制造何时“工业化”持谨慎态度,但扎林哈拉姆指出,来自政府和客户的硬性目标正在不断增加。
他强调了美国最新《国防授权法案》中的措辞,该法案设定了到2026年底使用增材工艺生产100万个零件的要求。
细节仍然模糊。
“我不知道这意味着100万个不同的零件,还是300个零件重复多次生产,”他说,并补充说这样的数量仍处于早期阶段。
对他而言,更有意义的信号将出现在当像航空发动机这样无处不在的组件,将打印部件作为默认方案而非特例时。
“当像发动机这样无处不在的东西默认采用增材制造时,那才是我们实现工业化的时候。”
预算数据也指向同一方向。
对美国2026财年预算请求的分析表明,大约330亿美元的项目包含增材制造元素,比上一年获批水平增长了83%。
对于尼康及其同行来说,这是一个结构性信号,表明增材制造正在被写入采购和能力规划。
这一趋势背后是庞大的装机量。
根据采访后提供的数据,尼康SLM Solutions已在全球交付约1100台激光粉末床熔融平台。
其中约80台是旗舰大幅面NXG系统,接近80%在单一地点作为机群运行。
高利用率领域已从国防扩展到航空航天、航空、汽车和能源,尼康表示,大多数LPBF客户已经在进行系列化生产。
扎林哈拉姆驳斥了此类系统仍被视为试点玩具的观点。
他提到一位客户在一个地点运行六台NXG机器,并指出:“人们不会买六台机器来玩。”
其中一些环境早已超越了原型制作文化。
尼康看到一些客户的每台装机系统都用于生产,机器全天候运行,停机时间被视为关键问题。
他描述了一个案例:如果单台系统发生故障,客户的生产线实际上会停止,因为没有备用产能,也没有现成的传统替代方案来承担负荷。
与此同时,大部分生产受到严格限制。
最先进的平台通常专用于单一合金,并且常常局限于狭窄的零件范围。
操作员很少在机器上更换材料,因为涉及清洁工作、停机时间和重新认证的风险。
构建体积也限制了使用方式。
在这些限制内,扎林哈拉姆看到了两个极端。
一些客户在同一设备上持续重复打印经过认证的相同几何形状。
另一些客户虽然拥有多激光平台的灵活性,但仍像使用旧工具一样运行它们。
他引用了一个与尼康无关的案例:一个终端用户在单激光机器上认证了一个零件,然后购买了一台效率更高的四激光型号,但为了避免重新认证,仍然只用一束激光进行打印。
“工业化的最大障碍之一是认证和测试,”扎林哈拉姆说。
传统的铸件和锻件通常是半个世纪前设计的,并使用当时的计量学进行了验证。
新的打印零件必须一对一地匹配其性能,即使无损评估显示其缺陷情况更好。
他描述了一个案例:增材版本满足了所有要求,并且比现有零件显示出更少、更小的缺陷。
但客户仍然犹豫不决。
“他们说,‘我不知道缺陷比另一个更少或更小是否是件好事。’”
虽然民用航空业的极端保守主义有其明显理由,但他认为,同样的模板正被应用于风险状况截然不同的组件,例如消耗性导弹硬件或无人机结构。
结果是,有前景的应用停滞在文件工作中,而不是在车间里。
成本结构同样高度依赖于具体应用。
扎林哈拉姆对简单概括主导经济性的因素持谨慎态度,他指出材料、后处理和利用率是三个不同的杠杆。
对于尼康自身的系统,他关注每公斤产出的成本和打印步骤的生产率。
该公司通过增加旗舰机器上的激光器数量和功率来提高构建速率,NXG平台使用了12台1kW激光器。
扫描仪性能、运动规划和提高整体设备效率是同一努力的一部分。
尼康报告现场正常运行时间约为90%,并已努力减少非生产性间隔,如数据传输、冷却和构建模块更换。
层厚是另一个可调节的参数。
尼康与客户合作,在公差允许的情况下,使用90微米或120微米的层厚参数集,并以立方厘米/小时而非简单的“每构建零件数”来衡量吞吐量。
这一重点也体现在粉末方面,供应商通过规模化和更好的过程控制降低了成本。
在这方面,尼康的战略是保持开放的材料架构。
“我们不搞供应商锁定,”扎林哈拉姆说,“如果某个特定合金的零件有商业价值,那么任何供应商的任何合格材料都是可以接受的。”
硬件的资本成本在资产负债表上仍然占据重要地位。
扎林哈拉姆说,大多数客户在四到五年内对机器进行折旧,尽管它们的使用寿命要长得多。
他认为,一旦账面价值被减记,对于那些已经获得可靠、高利润项目的运营商来说,边际经济性就变得有吸引力了。
差异不在于技术本身,而在于每个客户的零件组合、合同条款以及突破认证瓶颈的意愿。
谈到对金属增材的更广泛预期,扎林哈拉姆表示,该行业已大幅调整了其前景。
几年前做出的预测预计年增长率约为26%,而最近的预测已稳定在接近13%的水平。
这一转变反映了他认为行业低估的三个制约因素:认证和测试障碍、在价格高度敏感领域每公斤成本的经济性要求,以及高利率和投资谨慎等宏观经济逆风。
“你不能低估采用的挑战,”他说,“项目在认证和测试环节夭折。经济性很重要。宏观条件也延缓了决策。”
即使政府资金在增加,他也警告不要假设快速转型。
项目可能拨款数十亿,但采购周期、认证程序和组织惰性减缓了预算转化为打印硬件的速度。
他认为,期望需要反映工业变革的结构性本质,而不是炒作周期。
尽管如此,他仍然认为当前的预测是健康的。
他说,持续五年的两位数复合年增长率是大多数行业都会看好的。
在技术方向上,尼康仍然坚信,大幅面激光粉末床熔融将继续锚定市场,并得到中型平台强劲增长的支持。
扎林哈拉姆认为,LPBF的精度、稳定性和质量指标符合航空航天、航空、国防和高性能汽车的要求。
与此同时,他预计定向能量沉积将从较小的基数上更快扩张,特别是在部件尺寸和构建速率超过最终精度要求的情况下。
“中型机器、大幅面和超大型系统都有其用武之地,”他说,“DED正从较小的基数上更快地增长,并将成为该领域的重要组成部分。”
他认为,在这两个类别中,围绕速度、稳定性和精度的创新将持续进行,用户将根据几何形状、材料和经济情况来选择技术。
展望未来,一旦可靠性与传统制造相匹配,限制采用的因素又回到了基本面。
他说,并非所有零件都需要先进的生产技术。
钉子、支架和许多普通金属制品根本不值得采用增材制造的成本结构。
即使可预测性提高,决定性的变量仍将是性能优势、成本竞争力、可扩展性和响应速度。
国防项目突显了最引人注目的长期案例之一:维修、保障和快速获取备件。
当传统供应链无法复制过时的铸件或锻件时,老式飞机和老龄机队面临停飞风险。
增材制造提供了一条更快地重新设计、生产和认证零件的途径,有可能接近需求点。
对扎林哈拉姆而言,增长将来自这种有针对性的、结构上合理的使用案例,而不是颠覆一切的笼统宣称。
如果全球采用增材方式制造的金属零件份额从估计的3%上升到6%,再到12%,其工业影响仍将是深远的。
“如果6%变成12%,那就是翻倍,”他说,“我会接受这个结果。”
工业化仍然受到认证负担、经济性和机构谨慎态度的制约,但现在的方向似乎是结构性的,而非投机性的。
尼康预计增长将来自特定、高价值的应用,而不是普遍颠覆的承诺,即使金属增材制造仅仅将其全球足迹扩大一倍,其工业影响也已经是重大的。


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