2015/7/13 下午12:06:19 星期一
当前位置: 主页 > 惊鸿一瞥 >

bet365体育在线投注3D打印进入主流制造技术的最新状态
时间:2020-04-26 10:44

   毫无疑问,3D打印(在工业上也称为增材制造; AM)已经正在引发制造转型,从快速交付备件到定制化生产,增材制造技术可以帮助简化设备维护,加速研发过程以及通过功能为导向的设计来提升产品性能。

     同时,材料工程师正在积极扩展可3D打印材料的界限,不仅包括塑料和金属,还包括纳米材料,生物基材料等,3D打印正在逐渐成为主流制造技术。本期,3D科学谷与谷友来共同领略3D打印纳入主流制造技术的挑战与现状。《3D打印成为主流制造技术的最新状态》将分为上下两篇来进行行业发展透视,上篇将聚焦在3D打印纳入主流制造技术的基础建设部分。

 合作比竞争更重要分享为上上策

 安全监管与知识产权

    3D打印/ AM增材制造技术为制造商提供了前所未有的灵活性,在安全,监管和知识产权(IP)方面也引入了业界刚刚开始理解的一些敏感问题。根据3D科学谷的市场观察,为了解决这些问题,宾夕法尼亚州立大学正在提供有关增材制造法律问题的首个研究生课程。

      根据宾夕法尼亚州立大学,有了增材制造技术,其中一个挑战是如何保护零件的设计,有时候人们可能没有意识到自己可能违反了其他人的知识产权。在某些情况下,复制零件可以像扫描零件一样简单,从而生成可以3D打印的零件三维实体模型。宾夕法尼亚州立大学开发了认证3D打印部件的方法,包括嵌入式化学标签 – 基本上是一个“指纹”,可以用光谱检测,以提供部件来源的验证。例如,如果要打印钛合金零件,用户可以在零件中打印不会影响属性的辅助材料,但可用于验证零件是否真实。

 验证与标准化

     在考虑在关键工业应用中使用3D打印零部件的安全方面时,验证和标准化也是必不可少的,但是受管制行业的相关标准尚未完全实现,例如,目前没有针对AM增材制造组件的ASME压力容器标准,然而,AM技术的快速发展要求快速开发新型增材制造零件的新标准。

     标准化的一个关键是跨行业协作和数据共享,尤其适用于存在高抗疲劳要求或特别高温或高压的苛刻应用情况下。美国国家标准协会(ANSI)和America Makes已经启动了标准协调工作,将AM增材制造技术和零件标准化的相关数据汇集在一起。ASTM也在这方面做了大量的工作。不过仍有许多工作要做,因为许多公司都不愿意分享专有研究或运营数据,特别是对于花费了数百万美元所生成的那些数据。欧瑞康在共享数据方面也做了大量的工作,通过与工业制造商的合作开发工作,将数据共享给FAA等组织机构,来为3D打印进入主流制造技术铺平道路。在大多数情况下,合作比竞争更重要,分享比保密更有利于发展。对于粉末床选区金属熔化3D打印技术来说,3D打印压力容器仍然是一个特别关注的领域,热交换器和散热器也是如此,而带点阵结构的轻量化零部件 – 可以使用更少的材料,仍然满足性能的要求,这些正在彻底改变组件的经济性。

 商业化验证

      即使具有定制化和流程优化的潜力,用户也必须继续确保其设施的所有流程都满足检查要求。独立验证和鉴定是降低风险和未知因素的一种方式,在这方面Lloyd’s Register(LR伦敦)与TWI Ltd.合作(英国剑桥)合作,制定了一套专门的指导方针,旨在对通过AM生产的金属部件进行认证,并自2016年开始对3D打印设施进行认证。这些指导原则考察了许多因素,包括:原料收货,储存和处理; 设备资质; 过程控制; 人员培训; 健康,安全和环境方面的考虑等等。最近,LR应用其指导方针检查和鉴定在阿姆斯特丹壳牌技术中心运营的粉末床熔化3D打印设施。在3D打印中,许多变量会影响零部件的机械性能,这可能会对所生产零件的一致性带来各种风险。LR的资格证明了通过对流程和质量的控制降低操作风险。

 更多的选择更好的性能

    最令人兴奋的领域之一是金属领域新材料的发展,金属3D打印正在从高端的钛合金、镍基高温合金等材料的3D打印应用越来越广泛的应用到不锈钢、铜合金、铝合金等材料的3D打印领域,从而扩展3D打印零件的应用前景。

 钛合金

从70美金一公斤到2.5美元一公斤的工艺成本?

     2018年由创新英国(Innovate UK)资助的快速锻造(FAST-forge)计划旨在开发一种更便宜和更丰富的钛粉制造工艺。这种更低成本的钛粉3D打印材料将进一步打开钛在增材制造领域的市场空间。不仅钛金属粉末的制造更快,而且更便宜,钛的金属3D打印工艺也将获得提升。英国似乎在酝酿颠覆性的钛金属粉末生产和钛金属零件制造技术。

DSTL国防科学技术实验室通过将钛粉生产的40个阶段工艺简化为两个步骤,这可能使得钛零件的生产成本减半,彻底改变了钛的生产。总部位于南约克郡Rotherham的Metalysis公司也参与了FAST-forge项目。根据3D科学谷的市场观察,Metalysis还获得1700万美元的资金以推进3D可打印金属合金粉末的研发与制造能力,Metalysis在开发一种粉末生产工艺,该工艺可以以更低的成本来生产合金粉末。

Metalysis的专有技术可以使用金红石直接将钛金属电解成粉末状。宣称,其专有的技术比常规的钛粉制造公司使用更少的能源,至少可节省50%的能源。据称,FFC方法将使得用于金属3D打印的球形金属粉末的制造工艺成本从当前的70美元/公斤降低到为2.50美元/公斤。

 不锈钢

改性钢

     在SLM选区激光金属熔化加工过程中,快速移动的激光熔化金属颗粒,形成熔融金属的“轨道”。这种熔化轨道非常脆弱,容易坍塌,特别是在较低的倾斜角度下。澳洲的格拉茨技术大学开发了一种改进不锈钢颗粒表面的方法,使得部件的倾斜表面在3D打印过程中不会变形,从而降低了与支撑结构相关的成本。

粒子的表面经过修改,因此它们可以更智能地与熔融金属相互作用,此外,通过使钢粉更容易3D打印,以减少材料浪费,并且在工艺结束时可以回收更多多余的钢粉。目前主要集中在316L不锈钢上,但格拉茨技术大学也有计划将扩展到其他钢种。

     预计这种材料将在2020年进行工业产业化的示范,商业化产品将进入市场。这种改性钢粉末材料特别适用于拓扑优化零部件,点阵结构和先进的管道和阀门系统。外一家位于美国西海岸的创业企业Velo 3D开发了智能熔化金属3D打印系统可以处理低至10度的角度,从而减少了对支撑结构的需求。

低合金钢