金屬3D打印未來發展:你不可不知的那些事兒

點擊量:541 發布(bù)時間:2016-10-31 作(zuò)者:快猫视频APP下载安装(上海)增材製(zhì)造技術有限公司

過去一年,聚合物高(gāo)分子3D打印,尤其是在(zài)桌麵級打印方麵,湧現出了一大批新興的(de)企(qǐ)業。市場發展逐漸走向成熟,這樣一種“供大(dà)於求”的情況,很(hěn)可能的後果就是優勝劣汰,兼並頻生。如(rú)果說在這樣的發展的亂象之後有一片廣闊的“藍海(hǎi)”,我覺得金屬(shǔ)3D打印是不可忽視的,這一(yī)領域(yù)開發尚(shàng)淺,通過突破相應的瓶(píng)頸,進駐的企業完全(quán)有可能迎來大好前景。

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瓶頸和挑戰

首先,進入金屬3D打印的門檻本身(shēn)比較高。隨著SLS專利2014年過期,一些專家預測,將會有一大波企業加入這個領(lǐng)域(yù),正如2009年FDM專利過期後出現的“桌麵3D打印熱”。但是(shì),“金屬3D打印熱”並沒有像聚合物3D打印(yìn)那樣迅速形成氣(qì)候,一來是因(yīn)為這個工藝相(xiàng)對複雜(zá),二來它也(yě)需要更高級更成熟的機器。為了(le)達到這一技術水平,生產監控過程需要與耗材配合;另一方麵(miàn),雖然Carl Deckard在1980年申(shēn)請專利的SLS技術部件如今已經(jīng)進入大眾領域,但其未來的發展及流程工藝仍然要受到知識產權法律的製約。相關(guān)的技術壁壘以及相對成熟的市場參與者都會對新的參與者施加壓力,對那些較為成熟的市場參與者來說,他們會極力維護自己的知識產權,因此相對聚合物(wù)3D打(dǎ)印來說,金屬(shǔ)3D打印的選(xuǎn)擇方案仍然(rán)很少。

另外還要考慮的一個重(chóng)要因素是由金屬3D打印使用群體所構成(chéng)的規模經濟(隨(suí)著產量的增加,平均成本不斷降低)。要推動原料(金屬粉末)的價格/數量比值曲線(xiàn)呈下降趨勢,企業就要嚴格控製材料成本。需要注(zhù)意的是,融化燒結(jié)金屬使用的激光等能量也會產(chǎn)生高昂的邊緣成本。在常(cháng)用的金屬中,鈦的熔點(diǎn)為1668℃,鋁的熔點為660℃,鉻鎳鐵合金熔點為1390-1425℃,不鏽鋼熔點為1510℃,要使這些金屬材(cái)料變(biàn)為(wéi)為液體狀態(tài),往往需要高能(néng)量進行融化。而如果(guǒ)要購買具有足夠能量的激光設備,價格也必然不菲。雖(suī)然市麵上已經有(yǒu)幾款桌麵級的金屬(shǔ)3D打印機和解決方案,比如利用FDM同理方法來生產澆鑄件(jiàn),其質量還是參差不齊,難以與專業的金屬打(dǎ)印設備比肩。

雷尼紹增材製造事(shì)業部的Rob Weston認為,要突破(pò)這些應用壁壘,企業(yè)可以自(zì)己開設(shè)解決方案(àn)中心,或者將業務設在可以直接短期租用高級3D打印機的設備中心。

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《沃勒斯報告》中提到,盡管專業級金屬(shǔ)3D打(dǎ)印部門近幾年的發展速度遠遠超過了聚合物3D打印,設立在(zài)業務周邊區域的打印設備定點卻還少之又少。英國伯明(míng)翰大學是個很好的例子,該大學(xué)如今成(chéng)為了世界首個配備多激光金屬3D打印設備的大學。

目前,較為常見的金屬3D打(dǎ)印材料則包括了鋁氧化物、不鏽鋼、鈦以及(jí)銅、銀、合金。鈦合金幾乎占據了金(jīn)屬(shǔ)3D打印材料市場的三分之(zhī)一,分析師們預測,未來10年這一市場將會(huì)以32%的速度實現增長。這種預測並非毫無根據(jù)。航空巨頭GE已經宣布(bù)投資(zī)35億(yì)美元用以生產10萬個金屬3D打印燃油噴嘴,Aram也表示計劃(huá)製造5萬個3D打印(yìn)骨(gǔ)科植(zhí)入物。金(jīn)屬(shǔ)3D打印頻頻見諸於航天航空和汽車行(háng)業應用,並且已經從最初的原型(xíng)產品,邁入如今可以直接製作出最終成品的階(jiē)段。

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金屬3D打印需解決速度難題

3D打(dǎ)印具有明顯優勢,如(rú)減少浪費、以更低(dī)成本實現複雜設計、新材料(liào)運用、新型結構成(chéng)型等,但要實現應(yīng)用普及,還有諸多技術(shù)壁壘(lěi)需要突破(pò):在製造速度和(hé)大批量生產這兩個(gè)關鍵點上,3D打印還難以與傳統製造打(dǎ)成平手(shǒu)。正因如此,一些設備生產商已經著手攻克打(dǎ)印速度的問題。

鬆下宣布2017年將會推出專(zhuān)有3D打(dǎ)印機設(shè)備,打印速度達到110m³/小時,比起5-70m³/小時的傳統構建(jiàn)速度要快得多。

德國SLM Solutions則通過添加額外激光提高了其3D打印機的打印速度,其工業級設備目前需求量很(hěn)大。

以色列金屬3D打印創始公司XJet獲得了總額達2500萬美元巨額投(tóu)資,投資方除了知名3D軟件巨頭Autodesk之外(wài),中國(guó)光大(dà)控股與(yǔ)以色列Catalyst股權管理公司成立的合資私募股(gǔ)權(quán)基金——Catalyst CEL也位列其中。該公司宣布今年將推出一款金屬3D打印機,能夠直接利用液態金屬打印出不鏽鋼對象,隨(suí)後(hòu)他們還將納入液體(tǐ)鈦及液(yè)體鋁(lǚ)材料。據了解,XJet公司專(zhuān)有的納米顆粒(lì)噴射技術(Nano Particle Jetting Technology)可以直接通過其標準打印頭進行材料噴射,省(shěng)去了一般金屬打印使用激光的過程。在極端高溫環境下(550F/300C),材料(liào)中的液體成分會自動蒸發,從而形成(chéng)高度複雜精確、高強度的金屬部件,層厚小於2微米。

金屬3D打印未來發展將極大得益於各(gè)領域專家之間的(de)合(hé)作(zuò)。與聚合物3D打印一樣,多學科合作可以極大推動金屬3D打印的發展,過去封閉(bì)孤立式的知識儲(chǔ)存模式已經過時,在(zài)要求個體專業化的同時,實踐者們還必須與其他專家達成良好(hǎo)的合作(zuò)關係。

針對消費者的教育和推廣普及,則是金屬3D打印未來發展的另一大(dà)關鍵——什麽樣的對象適合用於增材製造?哪些又是不合適的(de)?這就需要一個標準,包括(kuò)對打印(yìn)對象的(de)評估,其大小形狀(zhuàng)、生產規模、現有材料(liào)等。金(jīn)屬3D打印和其它些材料,也許需要其它替代的商業模式和生產資源(yuán)組織方式(shì)。南加州大學教授Behrokh Koshnevis提出,遠程操控可能會成為製造商未(wèi)來的組織模式。生產者與傳統的工廠和設備分(fèn)離,甚至可能離(lí)這些設備定點十萬八(bā)千裏。對設備實現了遠程操控(kòng)之後,工人們不再束足於工廠,可(kě)以遠程完成自己的工(gōng)作。這樣(yàng)一種組織模式好處甚多:一方麵保護工人健康、安全,增加參與勞動的積極性(xìng);另(lìng)一方麵可(kě)以通過將工廠設在地產、能源成本相對較低的(de)地區,降低業務開支。

遠程辦公也可(kě)以看(kàn)作是未(wèi)來(lái)工業4.0發展的一個大趨勢,尤(yóu)其在談到分散化企業的發展機會時。多種新興技術(shù),如物聯網、大數據(jù)及自動(dòng)化將帶動金屬3D打印進一步應用推廣。2016下半年,我們期待金屬3D打印進一步迎勢而發!

3D打印目前在金屬零件製造領域的(de)應用空間相比,它給人留下了巨大的(de)想象空間。最為根本的原因還是實用特性和開發出相對的高性能材料這兩方麵相對來說還不夠成熟。任何一項(xiàng)技術(shù)如(rú)果沒有實用性和基本材料的支(zhī)撐,都很難長遠立足。盡(jìn)管(guǎn)3D打印有其一係(xì)列的優點,但目前為止3D打印產品仍(réng)然未表現出突出的優勢。我們狀(zhuàng)邁上海增(zēng)材(cái)製造技術有限公(gōng)司希望(wàng)通過我們的葉工程師和技(jì)術團隊的努力為3D打印技術解決現有的技術缺陷,給金屬零件快速成型貢獻一個光明的未(wèi)來。相信藍鑄!質量為魂,產品為魄,精益求精,創造卓越!

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