博世先进陶瓷公司的宏伟蓝图

博世先进陶瓷 (BAC) 隶属于博世商业创新 (Bosch Business Innovations)，凭借十余年技术陶瓷领域的经验，已成为陶瓷增材制造 (AM) 这一尚处于细分领域但日趋成熟的市场中值得信赖的合同制造商。该公司在德国伊门施塔特拥有先进的生产设施，已成功与半导体、医疗和航空航天等行业的客户合作，不仅生产高质量的陶瓷增材制造部件，还提供咨询服务。这种全方位的合同制造方法意味着 BAC 能够帮助客户最大限度地发挥陶瓷增材制造的优势，并将该技术推向新的极限。

本文中，博世先进陶瓷公司首席技术官Nikolai Sauer详细介绍了BAC目前在陶瓷增材制造领域的能力和活动，公司（以及整个行业）正在应对的市场挑战，以及他对陶瓷增材制造未来的展望。

图片来源：马丁·斯托尔伯格 (Martin Stollberg)

尼古拉·绍尔（Nikolai Sauer）是博世的资深员工，自2008年起就加入博世，当时他以机电一体化技术员的身份接受学徒培训。后来，绍尔攻读工业工程学位，主修机械工程，他通过一系列实习留在了博世。正是在实习期间，他第一次接触到技术陶瓷。

“当时我还有机会接触到第一台用于陶瓷应用的3D打印机，”他告诉我们。“我投入了大量时间来了解这项技术，并为其基础工艺的开发做出了贡献。毕业后，我获得了一个职位，成为公司首位专注于陶瓷3D打印的开发工程师。在这个职位上，我负责管理最初的客户项目，并帮助我们实现了工艺的工业化。随着客户需求的增长，我有机会扩展我们的设备，整合新技术，并组建了一支专注于陶瓷增材制造的团队。”

近年来，Sauer 及其在 BAC 的团队致力于推进陶瓷增材制造工艺的工业化，并拓展公司的材料和技术组合。Sauer 自 2023 年起担任首席技术官，负责监督合同制造商的所有技术方面，包括生产、开发、质量保证和项目管理。

Sauer 还指出，BAC 还有另外两项技术处于开发阶段：“我们的技术团队持续关注陶瓷增材制造领域的新发展和新兴技术。我们评估哪些技术可能适合未来的批量生产，并始终为客户寻找最高效的解决方案。”

图片来源：马丁·斯托尔伯格 (Martin Stollberg)

多种多样的应用

目前，博世先进陶瓷公司为其客户生产各种组件，包括用于医疗设备的微型组件以及用于半导体行业的大型部件。这意味着该公司对陶瓷增材制造的多功能性有着深刻的理解，尤其是在规模化生产方面。

Sauer 解释道：“为了让您了解我们目前的能力：迄今为止，我们生产的最小零件是一个绝缘套管，外径仅为 1.3 毫米，壁厚仅为 90 微米。另一方面，我们也生产更大的部件，例如用于晶圆处理的环形刀片，其直径最大可达 250 毫米。最大尺寸最终取决于机器，但市场发展迅速，我们持续关注新的发展，以拓展我们的可能性。对我们来说，尺寸并非主要的区别因素，而在于应用挑战。”

事实上，BAC 在与客户合作时更感兴趣的是帮助他们了解陶瓷增材制造技术何时才是真正的正确选择。通常，一个组件的制造取决于三个因素：

• 极端环境适应性：得益于技术陶瓷的固有特性（耐高温、耐化学腐蚀、耐磨）。
• 复杂几何形状：可实现优化设计或将多种功能集成到单个部件中，而这在传统制造工艺中是无法实现的。
• 快速成型或中小批量生产：适用于传统模具成本过高的情况。

他补充道：“我们始终致力于从项目早期阶段就为客户提供支持。我们携手合作，最大限度地发挥增材制造的优势，例如，将整个组件整合成一个复杂的打印部件。这种巨大的设计自由度，加上技术陶瓷的卓越性能，为各种尺寸的部件带来了显著优势。”

Sauer 重点介绍了一个用例，展示了这些因素如何与陶瓷增材制造完美结合。“在我们制造的各种应用中，气体喷射器脱颖而出，成为陶瓷增材制造创新潜力的典范，”他说道。“该组件真正突破了设计和性能方面的极限。它的规格极具挑战性：它将两个传统上独立的组件组合成一个流线型设计；采用直径 12 毫米的法兰和三个直径 6 毫米的通道；最引人注目的是，它配备了一个直径 9 毫米的蜂窝状喷嘴，壁厚超薄至 0.2 毫米，全部由氧化铝制成，高度为 42 毫米。”

这个案例研究完美地展现了陶瓷增材制造技术如何比任何其他陶瓷制造工艺更能制造出具有内部结构和薄壁的高度复杂几何形状。目前，BAC 正在中批量生产该部件。

“这款气体喷射器的开发过程也高度协作，”Sauer强调道。“从最初的设计阶段到生产，我们与客户保持着非常密切的合作。这种密切的合作对于满足半导体、航空航天或能源等高要求行业对性能、清洁度和材料特性的严格要求至关重要。”

图片来源：马丁·斯托尔伯格 (Martin Stollberg)

陶瓷增材制造行业发展趋势

博世先进陶瓷公司在制造陶瓷增材制造部件方面的经验，让索尔和他的团队对更广泛的陶瓷增材制造市场（包括趋势和挑战）拥有独到的见解。考虑到陶瓷增材制造仍被许多人视为一项新兴技术，我们很想知道，最强烈的应用兴趣来自哪里，以及哪些行业可以从陶瓷增材制造的功能中获益最多。

“我们看到陶瓷增材制造部件在那些已经严重依赖先进陶瓷独特性能的行业中获得了显著的关注和快速的采用，”Sauer 解释道。“例如，在半导体行业，对极高的精度、高纯度和温度稳定性的需求至关重要。陶瓷增材制造可以实现复杂的几何形状，例如复杂的流体通道或专用的晶圆处理工具，而这些通常无法通过传统方式生产，或者成本过高。”

“同样，医疗器械行业也具有很强的接受能力，这主要得益于对生物相容性、耐磨性以及为植入物或手术器械创建高度定制化或复杂设计的能力的需求。”（在这方面，博世先进陶瓷公司最近透露，它正在一次性生产 1,400 个用于腹腔镜工具的陶瓷绝缘套管，这展示了医疗行业可扩展生产规模的潜力。）

除此之外，航空航天等传统上专注于金属的行业也越来越多地转向陶瓷增材制造。这种转变源于他们对轻量化、耐高温和在恶劣环境下增强性能的追求，这使得陶瓷部件成为传感器、喷嘴或热保护的理想选择。汽车行业，尤其​​是在高性能和电动汽车应用领域，也受益于陶瓷在传感器、电池或专用发动机部件中的电绝缘性、热管理和耐磨性。

索尔认为，最大的未开发潜力在于那些对能够承受极端操作条件的零件的需求日益增长的行业，以及那些探索使用更传统的材料和生产方法难以（甚至不可能）实现的新产品设计的行业。

他解释说：“这通常涉及一些需求不断增长的领域，例如更高的温度、更具腐蚀性的化学物质或更严格的性能要求，这些需求迫使人们重新评估材料。我们正积极参与可再生能源等领域，重点关注制氢组件和下一代电池系统，在这些领域，传统材料已达到极限。”

我们还看到了在高腐蚀性或高磨蚀性环境中泵、阀门或反应器的化学加工，以及在尺寸稳定性和极低热膨胀至关重要的先进计量或精密仪器领域的巨大潜力。我们的使命是启发这些行业，探索陶瓷增材制造如何开启全新的设计可能性和性能水平，最终取代传统的、通常不太理想的解决方案。

需要克服的挑战

这家合同制造商在市场中的地位也使其对陶瓷增材制造技术目前面临的挑战拥有独特的视角。Sauer 认为，认知度是需要克服的主要障碍之一：“许多决策者和工程师根本没有充分了解其功能，也不知道如何在其特定应用中充分利用它们。这种认知度的缺乏直接影响了客户对陶瓷增材制造技术作为关键应用领域可靠、高质量制造方法的信任。”

成本是另一个重要的考虑因素——这一挑战实际上与缺乏认知度的挑战密切相关。“虽然陶瓷增材制造具有独特的优势，但直接的单件成本有时会成为最初的障碍，”他继续说道。“这通常与更广泛的挑战相关，即与受益于长期优化的供应链的成熟制造工艺竞争。”

然而，我们始终鼓励客户全面审视其项目的总拥有成本 (TCO)。即使每个零件的直接成本可能更高，增材制造 (AM) 生产的组件的固有优势也能带来可观的长期成本节约。例如，轻量化设计可以显著降低能耗，更耐用的零件可以延长产品使用寿命，最终降低 TCO。

幸运的是，索尔和他的团队正在积极采取措施克服这些挑战。例如，博世先进陶瓷在合作伙伴关系和教育方面投入了大量资金，始终鼓励合作项目和知识共享。

“我们提供概念验证演示并支持功能测试，从而增强客户对该技术及其产品质量的信心，”他说道。“在成本和竞争方面，我们的战略重点是全流程自动化，以降低客户的单件成本。至关重要的是，我们还积极帮助客户找到合适的项目，在这些项目中，陶瓷增材制造的独特优势明显优于传统方法，从而凸显其真正的价值主张。”

BAC 也致力于提升陶瓷增材制造工艺的稳健性，以实现可靠、可重复的批量生产。对此，Sauer 表示：“为了实现工艺稳定性和可扩展性，我们努力了解和控制生产流程的各个环节，从材料准备到复杂的后处理，以确保始终如一的质量和可重复性。”

图片来源：马丁·斯托尔伯格 (Martin Stollberg)

博世先进陶瓷公司陶瓷增材制造的未来

展望未来，BAC 计划进一步发展多个重点领域，从更高的自动化程度、更丰富的材料选择，到更大的组件以及工艺链的可追溯性。目前，BAC 的重点关注领域之一是可扩展性，这涵盖了上述一些挑战和发展方向。

“在BAC，我们目前的主要开发重点是‘可扩展性’，”Sauer告诉我们。“为了实现这一目标，我们正在积极探索降低成本的机会，既有自主探索，也有与合作伙伴合作，旨在拓展增材制造在陶瓷领域的应用。这一过程中的一个重要杠杆是生产各个步骤的自动化。此外，我们的供应商在这一过程中发挥着至关重要的作用，因为他们必须努力降低材料和打印机的成本，这对于使整个行业在更广泛的应用领域更接近批量生产至关重要。”

关于可追溯性，他补充道：“增材制造在这方面为我们提供了独特的优势，使我们能够提供精确到单个组件甚至原材料的可追溯性。这在以前使用传统技术时非常困难且成本高昂。”

BAC推进陶瓷增材制造工业化的目标与整个行业的目标完全一致。不出所料，该公司与我们一样，对陶瓷增材制造的未来寄予厚望，并将这项技术视为解决传统材料和工艺带来的新兴制造问题的解决方案。

“陶瓷增材制造的未来前景一片光明，”索尔说道。“随着各种应用需求的持续增长，对材料的技术要求也日益严格。传统材料可能已无法满足这些不断变化的需求，因此，技术陶瓷将成为帮助我们的客户突破极限的关键材料。”

他总结道：“增材制造的核心优势在于它能够实现传统方法无法实现的设计。这为各行各业开辟了全新的可能性。随着工程师和设计师越来越多地接受增材思维，我们预计创新理念和应用将蓬勃发展，从而彻底改变各行各业。总而言之，尽管未来的道路可能充满挑战，但陶瓷增材制造应用的潜力巨大，我们期待探索未来的可能性。”

文章来源：本文最初发表于 VoxelMatters 的《VM Focus Ceramic AM》电子书https://www.voxelmatters.com/voxelmatters-ceramic-am-focus-2025-ebook/