北京康硕电气集团有限公司:3D打印工业云系统解决方案引领者

2017年04月21日16:35  来源:人民网-天津频道
 

公司简介

康硕电气集团有限公司(以下简称“康硕集团”)成立于2010年,集团注册资本超过一亿元人民币。在从事增材制造产业的几年间,旗下已拥有高精度3D打印机智能制造基地以及覆盖全国服务网络的3D打印云服务中心。作为国家高新技术企业,康硕集团致力于推动3D打印行业的发展,目前已成为集研发、生产、服务、销售为一体的3D打印行业领军企业。康硕集团专注于工业级3D打印解决方案及材料、应用的开发,以行业应用及工艺为先导,以设备和材料为核心,为客户提供专业的3D打印解决方案。其应用已经使用于军工、航空航天、汽车、生物医疗、文化创意等领域。

公司的研发中心拥有由多位教授博导、博士与硕士组成的专业研发技术团队。经过几年的技术专研,已获得多项业界领先的3D打印技术专利、近百项专有技术及十多项相关软件著作权。同时,集团致力于打造高效的“产学研用”研发合作模式。目前康硕集团已经和中国科学院广州电子技术研究所,北京工业大学3D打印工程技术研究中心分别签订了战略合作协议。同时还与沈阳东北大学材料学院,中科院沈阳金属研究所以及大连理工大学航空航天学院共同开发3D打印材料及应用。

康硕集团基于对应用行业工艺的理解,通过硬件、软件、行业数据以及产业链的整合,形成了应用于国防军工、珠宝饰品、文创文博、教育、医疗、个性化定制等行业的3D打印解决方案。有效的将3D打印技术与传统工业工艺相结合,真正通过3D打印技术来提升传统工业的竞争力。避免了市场上普遍的仅仅提供设备,而完全不能匹配工艺流程的误区。同时,对于还没有条件直接购买3D打印系统的客户,康硕集团开创性的在国内建设规模化的3D打印工业级服务中心。提供多材料的,满足应用行业上下游工艺需求的3D打印云服务。

截止目前,康硕集团已获得国家级高新技术企业、中关村高新技术企业、瞪羚企业称号,并拥有AAA级资信等级、ISO9001质量管理体系认证、ISO14000环境管理体系认证、OHSAS18000职业健康安全管理体系认证、中关村信用促进会会员等资质。康硕集团3D打印智能制造项目是广东省十三五规划重大建设项目,广东省重点建设项目,获批享有珠江西岸先进装备制造业发展基金和广东省国家开发银行专项建设扶持基金。在业务层面担任包括中国增材制造产业联盟、中国珠宝玉石首饰行业协会、中国智能制造综合解决方案供应商联盟、北京模具行业协会等在内的社会组织的常务理事单位、理事单位。

责任与实力并存,助力中国制造2025

3D 打印是增材制造的俗称,是指通过逐层增加材料的方式将数字模型制造成三维实体物件的过程。该技术对工业、医疗、消费品等核心产业的革新有巨大的推动作用。全球和中国 3D 打印已经步入快速发展时期, 3D 打印行业即将迎来快速增长的阶段。

3D打印实现了制造方式从等材、减材到增材的重大转变,改变了传统制造的理念和模式,大幅缩减了产品开发周期与成本,也会推动材料革命,具有重大价值。我国自然资源禀赋不足,人均占有量低于世界平均水平,如果能广泛应用增材制造方式,就可以减少资源能源消耗,有力推动发展方式转变。

我国3D打印技术研究起步不晚,有些方面还处于世界领先地位,但产业化发展步伐总体较慢。面对世界先进制造技术方兴未艾的时代潮流,决不能再度落后,必须参与其中、抢占先机。培育中国制造竞争新优势,既要瞄准世界产业技术发展前沿,加强3D打印等核心技术和原创技术研发,又要加快成果推广运用和产业化进程,促进创新链和产业链紧密联结,以个性化定制满足广阔市场需求,以增材制造降低能源资源消耗,以绿色生产赢得可持续发展的未来,推动新兴产业集群不断壮大,使中国制造价格优势叠加性能优势、质量优势。同时,这也可为国际产能合作拓展更大空间,在优进优出中实现中国制造水平跃升。

康硕集团率先引进了全球最高精度蜡模3D打印Solidscape、全球最先进砂型3D打印Exone和全球最领先金属3D打印SLM的设备和技术,旨在引进国际最先进的3D打印科技,以快速提升国内3D打印产业的服务能力和竞争力。同时配合康硕集团自有的研发能力和资源,对全球领先的技术进行吸收、优化和改进,形成属于中国自己的先进3D打印技术和设备,走“师夷长技以制夷”的道路,此举无论从技术层面还是从推广应用层面,都走在了时代前列。

康硕集团致力于国内3D打印领域的整合创新,有志于成为全球3D打印领域领先的解决方案专家级供应商、做行业的领军者并已经对3D打印项目的模式和市场化进行了详细的规划设计,通过自有资源的优势,整合完整的3D打印上下游产业链,打造领先的3D打印解决方案专家级企业。

未来,康硕集团将继续深化3D打印行业级的解决方案,提升自由资源的竞争力,发展跨国业务,打造康硕标志性自有品牌,力争成为亚太地区最大的3D打印综合供应商。康硕的最终奋斗目标不是让3D打印成为主流,而是助力中国制造2025,改变传统制造业的运作方式!

1.创新模式——3D打印工业云柔性制造平台

“‘互联网+’是对‘中国制造2025’的重要支撑,要推动制造业与互联网的融合发展。”李克强总理在5月4日的国务院常务会议上说。日前,国务院印发《关于深化制造业与互联网融合发展的指导意见》,提出“到2018年底,制造业重点行业骨干企业互联网‘双创’平台普及率达到80%”的目标。

3D打印作为一项非常先进的制造技术,在智能制造的大背景下将与物联网、大数据、云计算融合发展,这是3D打印技术未来发展的必然趋势。从商业模式的角度来讲,应该搭建更多开放式的应用服务平台,同时要与互联网技术进行深度融合。

康硕集团致力于制造业与互联网的深度融合,集团在3D打印业务上布局云平台、云工厂等“云计划”,让3D打印和互联网实现深度融合,形成了成熟的商业模式。康硕集团以数字化3D技术为基础,充分利用互联网思维,将线上“云平台”与线下实体体验店有机结合,通过云工厂加工,从而为客户生产创意产品。这是实现商业价值的一种定制模式,商业用户及消费者只需到店定制或将激光加工及3D打印数据上传到云服务端,或者将好的创意提交给云平台设计师完成模型数据设计,再由云端工厂制作、物流系统配送,便可完成订单流程。

该平台是集展示3d打印增材制造技术、加工、工艺能力,解决国家重大专项,开拓已掌握产品、技术市场,满足国内高端领域设备供给,实现海外技术并购产品国产化,且兼具科普性、展示性、满足特种需求、具有生产加工服务能力的综合性平台,创造性的将3D打印技术尖端行业应用与生产制造工艺有效集成,集展示与运营双重功能为一体,具备3D打印设计及服务功能,应用互联网+大数据概念,可针对设计研发阶段的客户实现开发实验室功能,并满足各行业客户的3D打印综合解决方案需求。根据产业特点,3D打印技术可以广泛应用于汽车产业,工业铸造,航空航天,国防军工,教育科研,医疗等行业。为这些行业的转型升级提供创新的设计理念和制造工艺,实现零件减重,复杂结构一体成型,节约材料,无模制造等传统工艺无法实现的优势,从而缩短研发周期,优化产品质量,减少运营成本,全面提升应用行业的市场竞争力,实现产业的转型升级。

康硕集团“互联网+3D”打印智能制造平台的总体目标,是纵向构建产业垂直整合生态链;横向采取硬件+软件+内容+服务的模式,扩展行业应用。布局先从C2B2C网络平台模式开始,通过3D打印云服务平台,捕捉个性3D打印需求并依托平台聚集设计师、设备、技术等丰富资源,提供3D打印服务,远景则是将3D打印云工厂、线上云平台、线下体验店和设计俱乐部四个部分,构成运转流畅的产业“生态圈”体系,实现从传统“设备、工业研发”到“提供应用服务”的商业模式转变。

从前端营销来说,打造极致单品和服务,迅速构建用户群,建立庞大的用户数据库。做3D设计软件与三维扫描的,可将建模课程、扫描应用、APP等搬上互联网,通过3D视频教学、在线互动在线处理等方式,快速引流,积累用户服务用户。3D打印业务上布局云平台、云工厂等“云计划”,让3D打印和互联网实现深度融合。

从组织管理上,建立扁平化的管理团队,适时适配用户的及时性需求。区别于传统行业以企业为中心卖产品,而康硕电气集团现在是以用户为中心做服务。康硕电气集团3D打印服务从产品的开发设计到终端销售到客户服务,做一个全流程的在线化、互动化、联网化,实时响应用户需求,促使公司品牌的快速传播和建立。

据前瞻产业研究院发布的《2015-2020年中国3D打印产业市场需求与投资潜力分析报告》分析,以3D打印和大数据为基础的分布式制造,这种制造模式将彻底打通互联网和制造业,给人类带来深刻的社会变革。

在过去的5年里,3D打印已经融入航空、时尚、医疗到运动等各个工业领域的生产周期中。相信在未来5~10年,3D打印技术将会有巨大的突破。当3D打印技术的精度、速度以及打印的材料不断提升的时候,以3D打印和大数据为基础的分布式制造模式一旦普及,3D打印作为新一代革命性制造技术,与互联网信息技术相结合,将共同推动制造行业的大变革,加快迎接“工业4.0”时代的到来。

康硕集团现在实行的互联网+3D打印平台+分布式制造模式的建立,将会是3D打印行业未来发展的趋势。

日益成熟的3D打印技术与无处不在的互联网结合后,可以形成威力巨大的智能制造生态系统,打通从设计师到消费者之间的通道,创造属于自己的个性产品。接下来的主要内容,就是通过手段、模式、平台三个方面,打造3D打印发展生态圈。

3D打印发展生态圈,“3D打印+互联网”使其成为一台真真正正的互联网设备。

未来新兴技术将不再是单一技术的体现,3D打印、互联网、云计算、大数据、物联网等技术将逐步融合在一个创新平台上,形成如云工厂或梦工厂这样的组织形式,新技术将使制造变得更加智能,就好比智能厨房,智能办公,智能手机,智能电视……,智能打印机也将为时不远。

“3D打印+互联网”主要通过三个部分来实现:先进设备的生产服务、3D打印云服务和相关行业的3D打印应用。

先进设备的生产服务包括了依托康硕集团已有的亚太唯一的全球最高精度3D打印机生产服务基地和2017年即将建设的5个3D打印示范中心项目,通过引入海外的世界级3D打印制造商并研发优化全球最顶尖的3D打印技术,为企业提供能生产功能性3D打印产品的蜡模3D打印设备和金属3D打印设备。其中包含了设备供应,耗材供应,售后服务及相关培训。同时通过行业应用及上下游设备产业链的整合,为行业客户提供3D解决方案。

康硕集团北京3D打印云服务中心

3D打印云服务包括康硕集团北京、佛山3D打印中心在内的各地云服务,3D打印成品服务,3D建模设计,3D扫描逆向工程,3D打印人才培训,3D打印应用示范和3D打印产品的配套产业链服务。通过区域级的3D打印平台,更深入的在当地推广3D打印服务解决方案,使各地的3D打印中心成为当地3D打印的推广、应用、服务、示范、展示、培训中心。

在3D打印技术的行业应用方面,基于康硕集团丰富的产业经验,已基本形成以重点行业的解决方案为主,兼顾拓展其他行业应用为辅的策略,包含:珠宝、眼镜、医疗、精密铸造、文博、航空航天、国防军工、个性化消费品等行业。

同时,解决方案的打造离不开研发的强大支持。康硕集团已经与中国科学院广州电子技术研究所、北京工业大学3D打印工程技术研究中心等科研院所分别签订了战略合作协议,共同研发3D打印的相关技术、产品。包括:设备、材料、行业应用等,并已广泛应用于各行业。

康硕集团在不断发展的过程中,一方面积累客户扩大市场,另一方面加强业务联盟不断扩张3D打印解决方案的新领域,在各地区以3D打印中心为核心形成3D打印产业园,发展园区经济,同时形成跨国的、多行业的3D打印专业解决方案供应商。将中国打造成世界3D打印的第三极,成为全球实现工业4.0不可或缺的力量,打造康硕标志性的自有品牌,力争成为亚太地区最大的3D打印综合供应商。

2.绿色制造——3D打印旧砂再生工艺开发

3D打印技术提供了一种更清洁、更环保的产品制造方法。通过3D打印技术在制造业的应用,可以解决低碳制造、清洁的制造过程、循环利用材料等绿色发展关键问题。

3D打印的开创者和预言家乔瑞斯皮尔斯指出,“如果我们继续按照现在的全球消费率消耗和丢弃物品,我们将会在自己丢弃的废物里窒息。”3D打印技术最大的特点之一就是可以将材料循环利用,通过3D打印制造产品,在制造过程中所使用的耗材,可以回收并用于下一次的制造。通过材料的循环利用,大大减轻了材料的损耗,尤其是稀有材料,既降低了生产成本,又实现了绿色制造。康硕集团致力于3D打印材料的回收再利用的研发,例如,与北京工业大学材料学院联合开发的用硅砂和铝镁合金阻燃剂的研究项目,现已经实现旧砂回收利用。

由于受打印砂芯的轮廓形状、数量等影响,打印工作箱内的、未打印成砂型芯的砂不可能完全利用,这部分没有喷树脂的砂便在取出成品砂型芯的过程中被清理掉,成为“旧砂”。根据实际打印生产情况总结发现,工作箱的平均砂型芯打印占有率在55%左右,也就是说每打满一次工作箱,就要产生近半箱的打印旧砂。旧砂虽然可以回收,在短期内可以掺入新砂中继续打印使用,但是旧砂与新砂的配比量不能超过1:4,否则会影响铺砂质量,降低打印砂芯的强度、表面质量等性能,不能满足客户要求,因此旧砂用量很少,大部分处于堆积状态。另外旧砂堆积时间过久,容易吸潮、结块、混入其他杂质等,不能再和新砂配比使用,从而随着打印机工作时间的延长,回收的旧砂的积攒量越来越多。

这些打印用原砂质量要求很高,都是从国外进口而来,成本为国内普通铸造用砂的10倍,如果将旧砂废弃处理,不但加剧了打印运营成本,也浪费了资源、对环境造成一定污染,因此有必要考虑对其进行回收处理,开发旧砂再生工艺,使其达到新砂性能水平,达到节约成本,充分利用资源的目的。

打印旧砂表面附着有一定量的化学酸性固化剂和少量树脂,同时混有清砂时的其他杂质颗粒,要达到新砂使用水平必须去除化学物质及杂质含量。处理旧砂可有湿法清洗、机械擦磨及热法焙烧等方法选择,其中湿法清洗需要消耗大量水源,还需二次烘干,处理工序繁琐,周期长;机械擦磨法不易将粘塑性的化学物质擦磨干净,同时会对砂粒产生较大破坏作用,改变其粒型特征,还产生噪音、粉尘等污染;热法焙烧可在控制温度下将化学物质燃烧分解,同时对砂的破坏作用降至最低,在这三种方法中最为理想,为此康硕集团开发了打印旧砂的电加热焙烧再生工艺。

该工艺是对旧砂中主要为砂粒表面包裹的化学固化剂以及少量混入的呋喃树脂及杂质物,加热到一定温度后,使其气化或燃烧反应,脱离砂粒。康硕集团对焙烧温度及时间进行实验表明,此工艺使旧砂已基本显示出原砂的颜色,且完全没有低温焙烧下的黑色焦化颗粒物,表明化学固化剂物质去除效果良好。另外随着保温时间的增加,可以看到砂样的颜色由发暗发乌变至白亮,表明焙烧时间的延长有利于化学固化剂更为彻底的去除,在一定保温时间下,焙烧反应已基本完成。

在放大镜下观察进口新砂及焙烧砂形貌,如下图,可见两者外形基本一致,说明焙烧对砂粒外形几乎无改变或破坏,保持了原砂形貌特征。

通过实验对新砂、旧砂及焙烧砂进行粒度分析和强度分析,旧砂和焙烧砂粒度几乎相同,也表明焙烧对砂源组成没有影响。从强度结果来看,新砂和焙烧砂试块抗拉强度接近,可以认为这种粒度分布的轻微改变不影响砂芯使用强度。

根据打印旧砂的回收量,设计旧砂焙烧炉的处理能力为200kg/小时,采用电加热方式,其炉体结构示意图如下:

旧砂焙烧为半自动模式,处理流程示意如下图,过程简述为:

a. 将回收旧砂集中于旧砂斗中,当达到一定量砂后,开启下端阀门靠砂自重流动将加热炉充满,由于砂自堆积形成的沙丘会在焙烧炉中留出空间,便于排气。

b. 开启电源,加热管升温对焙烧炉中旧砂加热,同时温度传感器对旧砂温度进行检测,当达到预设焙烧温度后开始保温计时。

c. 保温时间到,信号启动螺旋推砂器电机,推砂螺杆缓慢将焙烧后的砂退出焙烧炉冷却,而后落到震动网晒,过滤较大杂质颗粒物,最后落入接砂斗中待用。

d. 出砂的同时焙烧炉顶部进砂口继续补充待处理旧砂,当测温传感器温度降低至规定温度10℃时,停止出砂。重复b、c步骤自动连续处理。

e. 当旧砂斗底部的砂位计检测无砂时,停止整个系统运行。

一台双工作箱的砂型打印机,其打印效率约为1箱/天,每箱用砂量为2吨。按每箱打印利用率55%,打印机每年打印300箱计算:

一台砂型打印机每年产生旧砂量为2×(1-55%)×300=270吨,采用热法再生对旧砂进行处理,按回收率90%计算,可回收旧砂270×0.9=243吨。

处理后的旧砂其性能和新砂基本相同,可按新砂打印应用,相当于节约购置进口新砂费用243×3000元/吨=72.9万元

而采用热法再生处理打印旧砂,每吨处理成本费约200元,合计处理费用为200×243=4.86万元

因此,打印旧砂经过热法再生利用,每年可节约购砂成本72.9-4.86=68万元。

实际上,处理后的旧砂经过打印后再次产生的二次旧砂,仍然可以进行热法再生回用,处理得当甚至三次旧砂都可以处理利用。由此,按上述条件估算,对三次旧砂回收处理后,每年可降低砂的耗材成本超过50%。

综上所述,3D打印旧砂电加热法再生工艺,采用电加热焙烧方式,清洁效率高,可实现旧砂的连续自动化再生处理,完成对旧砂的净化以及改性提升处理,以较少的投入节约较高的资源成本,具有很好的实用意义和效益价值。

(责编:胡昱喆、魏炳锋)

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