3D打印進入主流制造技術的最新狀態(2)
毫無疑問，3D打印（在工業上也稱為增材制造; AM）已經正在引發制造轉型，從快速交付備件到定制化生產，增材制造技術可以幫助簡化設備維護，加速研發過程以及通過功能為導向的設計來提升產品性能。
同時，材料工程師正在積極擴展可3D打印材料的界限，不僅包括塑料和金屬，還包括納米材料，生物基材料等，3D打印正在逐漸成為主流制造技術。本期，3D科學谷與谷友來共同領略3D打印納入主流制造技術的挑戰與現狀。《3D打印成為主流制造技術的最新狀態》分為上下兩篇來進行行業發展透視，下篇將聚焦在3D打印材料與工藝的進展。
GF與3D Systems的聯合品牌金屬3D打印系統所制造的散熱器
更多的選擇更好的性能
最令人興奮的領域之一是金屬領域新材料的發展，金屬3D打印正在從高端的鈦合金、鎳基高溫合金等材料的3D打印應用越來越廣泛的應用到不銹鋼、銅合金、鋁合金等材料的3D打印領域，從而擴展3D打印零件的應用前景。
鈦合金
從70美金一公斤到2.5美元一公斤的工藝成本？
2018年由創新英國（Innovate UK）資助的快速鍛造（FAST-forge）計劃旨在開發一種更便宜和更豐富的鈦粉制造工藝。這種更低成本的鈦粉3D打印材料將進一步打開鈦在增材制造領域的市場空間。不僅鈦金屬粉末的制造更快，而且更便宜，鈦的金屬3D打印工藝也將獲得提升。英國似乎在醞釀顛覆性的鈦金屬粉末生產和鈦金屬零件制造技術。
DSTL國防科學技術實驗室通過將鈦粉生產的40個階段工藝簡化為兩個步驟，這可能使得鈦零件的生產成本減半，徹底改變了鈦的生產。總部位于南約克郡Rotherham的Metalysis公司也參與了FAST-forge項目。根據3D科學谷的市場觀察，Metalysis還獲得1700萬美元的資金以推進3D可打印金屬合金粉末的研發與制造能力，Metalysis在開發一種粉末生產工藝，該工藝可以以更低的成本來生產合金粉末。
Metalysis的專有技術可以使用金紅石直接將鈦金屬電解成粉末狀。宣稱，其專有的技術比常規的鈦粉制造公司使用更少的能源，至少可節省50%的能源。據稱，FFC方法將使得用于金屬3D打印的球形金屬粉末的制造工藝成本從當前的70美元/公斤降低到為2.50美元/公斤。
不銹鋼
改性鋼
在SLM選區激光金屬熔化加工過程中，快速移動的激光熔化金屬顆粒，形成熔融金屬的“軌道”。這種熔化軌道非常脆弱，容易坍塌，特別是在較低的傾斜角度下。澳洲的格拉茨技術大學開發了一種改進不銹鋼顆粒表面的方法，使得部件的傾斜表面在3D打印過程中不會變形，從而降低了與支撐結構相關的成本。
粒子的表面經過修改，因此它們可以更智能地與熔融金屬相互作用，此外，通過使鋼粉更容易3D打印，以減少材料浪費，并且在工藝結束時可以回收更多多余的鋼粉。目前主要集中在316L不銹鋼上，但格拉茨技術大學也有計劃將擴展到其他鋼種。
預計這種材料將在2020年進行工業產業化的示范，商業化產品將進入市場。這種改性鋼粉末材料特別適用于拓撲優化零部件，點陣結構和先進的管道和閥門系統。外一家位于美國西海岸的創業企業Velo 3D開發了智能熔化金屬3D打印系統可以處理低至10度的角度，從而減少了對支撐結構的需求。
低合金鋼
GKN推出的低合金鋼擴大了激光粉末床熔化金屬3D打印工藝（LPBF）和粘結劑噴射金屬3D打印工藝（Binder Jetting)的材料范圍。GKN增材制造材料的ANCORAM?4605是一種含有鎳，鉬和錳的氣體或水霧化低合金鋼粉，已經上市銷售，被認為是制造特殊厚截面零件的理想選擇。而所有低合金鋼的粒度均適用于LPBF和粘合劑噴射工藝。
GKN還成功開發出20MnCr5，這是另一種低合金鋼粉末材料，適用于汽車原型制造應用，提供汽車零件所需要的機械性能。根據3D科學谷的市場觀察，保時捷工程公司在確定這種材料的應用可行性后，開發了一種新的電動動力系統。20MnCr5鋼粉具有高強度、高延展性、高疲勞強度，通過表面硬化具有優異的耐磨性。20MnCr5材料對于汽車行業來說打開了增材制造的新空間，汽車行業將首先通過這種低合金鋼材料進行原型制造，然后確認是否可擴展到大規模生產應用。通過3D打印制造的零件允許工程師在幾周內（如果不是幾天）完成設計驗證，并進入到下一輪的設計迭代周期中。
除了20MnCr5粉末外，GKN增材制造材料還開發了一系列用于增材制造的低合金鋼粉末，這些粉末在淬透性，熱處理和機械性能方面各不相同。每種粉末的區別在于不同的金屬組成，其中包含不同水平的碳（C）、硅（Si）、錳（Mn）、鉬（Mo）、鎳（Ni）和鉻（Cr）。
耐磨鋼
瑞典金屬粉末材料公司VBN Components 結合具體的工業應用需求與增材制造-3D打印工藝，開發了新一代高強度、含碳化物的高速鋼材料。這類材料適合制造耐磨損部件，如齒輪加工刀具、食品加工設備零部件、采礦設備零部件等。耐磨鋼材料具有廣泛的工業用途，它們屬于傳統制造技術難加工的材料，VBN 通過電子束熔融（EBM）3D打印技術實現了這類材料的制造。
VBN 開發的EBM 金屬3D打印高合金高速鋼粉末材料被命名為Vibenite系列，目前已開發出5種不同型號的材料：耐腐蝕、耐磨Vibenite 350 高合金鋼；高耐磨、高韌性高合金鋼 Vibenite 150；耐磨、耐熱材料 Vibenite 280；堅硬材料Vibenite 290；新型混合硬質合金 Vibenite 480。
其中，沃爾沃建筑設備公司正在使用通過Vibenite 280材料制造的齒輪加工滾齒刀，并與傳統高合金鋼制造的標準滾齒刀進行了比較。結論是，當Vibenite 280材料制造的刀具以正常進給運行時（切割深度相同），刀具使用壽命延長至2.2倍。
2018年末,VBN與一家全球工程集團簽署了價值數百萬歐元的許可協議，該協議包括使用VBN 材料與增材制造工藝為某特定細分領域生產高強度組件。VBN 目前還與巖石鉆探企業 Epiroc共同測試Vibenite 480材料3D打印部件在巖石鉆探中的應用。
(責任編輯：admin)
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