四位业界专家话金属增材制造材料领域十年变化

来源:3D打印商情    关键词:3D打印,3D打印技术,3D打印运用,    发布时间:2019-01-23

设置字体:

金属3D打印机生产钢制零件。材料制造商正在更多地投资开发新的金属3D打印材料。
由于增材制造越来越有吸引力,材料制造商在开发新的金属3D打印材料方面投入了更多资金。这与10年前甚至仅仅5年前相比简直是一个巨大的变化,当时市场规模不够大,技术不够先进,不足以让材料制造商在这3D打印材料上冒险。金属增材制造在过去十年中走了多远,以及前景如何?我们向金属增材制造领域的四位专家了解了他们的见解:
惠普3D打印融合科学全球主管Cheryl MacLeod:当惠普于2015年进入AM时,硅谷计算机巨头希望采用新方法开发金属材料。惠普当时注意到原型设备市场缺乏,因此它与英国航空航天和汽车零部件公司GKN合作开始了metal Jet生产服务。由此,惠普现在为汽车、工业和医疗客户生产定制的不锈钢粉末,包括大众汽车、GKN、威乐和Parmatech。惠普通过其开放式材料平台继续开发新材料,用于metal Jet和Multi Jet Fusion。
Sandvik Osprey公司业务开发经理Keith Murray近20年来,Osprey CE与Sandvik合作开发了可控膨胀合金和金属粉末。该材料计划提供全系列材料:铁基合金(不锈钢和马氏体时效钢)、镍合金、铜合金和钴合金、以及铝和钛。Sandvik创造了自己的气体雾化技术,其能力范围从为原型开发提供小规模金属粉末到大规模生产的大批量生产。
Elementum 3D的总裁兼创始人Jacob Nuechterlein:作为AM材料、参数和研究开发的公司,我们处于生产新金属合金和复合材料的最前沿。拥有冶金背景的Nuechterlein于2014年在位于科罗拉多州Erie的公司成立,以扩大合金产品组合。四年前,市场上只有12种商业金属合金,而铝材料有60多种。随着激光粉末床的发展,Elementum 3D已经开发了许多铝合金“超材料”,如钨和钽,钢和镍基合金,以及铜等耐火材料
Praxair Surface Technologies增材制造业务经理Andy Shives:工业气体生产商Praxair公司通过热喷涂涂层市场生产金属粉末已有50多年的历史。因此,它的AM部门Praxair Surface Technologies(PST)在过去十年中已成为全球最大的金属增材制造商之一。PST现在的经营面积为300,000平方英尺。印第安纳波利斯的工厂致力于生产金属和陶瓷粉末。PST将镍、钴、铁、钛和铜基合金雾化,适用于几乎所有相关市场:航空航天、能源和工业,以及汽车和医疗行业的扩展范围。
增材制造材料开发的速度与五到十年前相比如何?
Andy Shives:10年前,许多大型企业甚至都没有参与增材制造,更不用说金属增材制造了。但即使在今天,它仍处于早期阶段。生产中的应用程序或部件的数量仍然很少。现在,尤其是在过去的五年中,人们对哪些合金是可打印的,以及在某些过程中需要更多地观察哪些合金的知识已经有了很大的提高。例如,一种合金可以很好地用于激光粉末床工艺,但在电子束工艺中却不能很好地运用。现在客户真正了解了哪种合金最适合特定应用。我们已经看到过去两到三年内这种情况显著增加。
Keith Murray:如果我们在2007年进行了这次谈话,你问我在哪里看到技术发展,我想任何人都会发现很难真正预测它会走多远。如果你回到那时,全世界可能安装了100台机器。这是一个非常小众的应用和技术。起初它只是我们业务的一个有趣的补充部分,但显然这些年来发生了很大变化。从10年前开始,行业规模、创新水平、兴趣水平和材料需求水平都发生了翻天覆地的变化。
Jacob Nuechterlein:尤其是,其中一些与我们可用于材料开发和一般打印的计算能力和工具有关。设备的灵活性已经使我们深入了解它是如何工作的,以及我们如何使它变得更好。现在人们现在明白何为AM材料雾化,他们看到了它的市场。在过去,有很多变量,现在人们已经学会了不同的交易技巧,以便您可以获得更一致的产品。有更多地方可以采购不同的材料。我认为,竞争会产生更好的产品。

将金属粉末倒入3D打印激光烧结机的腔室中。
制造商是否更公开地采用3D打印作为真正的制造选择?
Cheryl MacLeod:这是肯定的,展望未来,我们相信材料开发将会出现爆炸式增长。更多材料合作伙伴有兴趣发展他们制造AM粉末的能力,随着技术变得更适合生产,我们看到公司更愿意投资更广泛的高性能材料。我们正处于拐点,技术最终开始达到成熟水平,这将使其超越原型设计和小批量生产,并逐步实现全面生产。问题不在于3D打印是否会成为全球大规模生产的新平台,而是时候到了。
Jacob Nuechterlein:我今天的谈话与我创办公司时的谈话完全不同。过去,即使是四年前,人们会更多地谈论“AM是什么?”,而现在谈话内容更多时候是“如何使用AM?”。这是非常不同的对话。
Andy Shives:五年前,许多公司仍在探索是否应该购买一台或几台机器——或者他们本可以与拥有机器的外部承包商合作。现在很多这些公司至少有一台金属打印机在内部进行自己的研究。所以,他们已经做了初期投资。它已经足够重要了。
现在影响3D打印材料发展的因素是什么?
Keith Murray:它仍然是一个多元化的领域。在自己的制造过程中,有不同的影响对于公司而言是一个很好的附加旅程。他们越来越接近,将它作为一种严肃的生产工具,推动开发改进材料和一致性,而不仅仅是为了在工艺方面、材料特性有更好的再现性。所以它真的是要理解细节和细化规范,以便为您提供一个在工业基础上稳定的工艺。
Cheryl MacLeod:目前最大的影响力是制造商从原型制造到生产的转变。这对材料产生了巨大影响——从擅长原型制作的材料转变为更适合生产的材料。对于金属而言,这完全取决于生产。我们认识到,行业领导者的开放生态系统对于更大的创新、突破性经济以及3D打印材料和应用的更快开发至关重要。当您查看垂直市场或任何您看到批量生产的地方时,大多数都有一套特定的规律、文档和流程已成为这些垂直行业的既定规范。
Andy Shives:许多客户开始使用的许多合金都来自不同市场的规格,例如铸造和锻造。它们不是为增材过程编写的。我们现在看到的是客户越来越熟悉增材制造机器,各种技术以及创建自定义参数集。现在为AM设计规范,由此产生的是合金化学和粒度分布的调整。您所了解的定制合金可能与众所周知的标准合金有所不同。或者它可能是一种真正为增材制造设计和制造的全新合金。
进一步推动材料开发还有哪些障碍?
Cheryl MacLeod:虽然3D打印已经存在了30多年,许多工程师仍然在思考如何将技术和材料首次引入应用——尽管该领域已经有很多创新。例如,我们仍然从材料角度了解粉末床AM工艺所需的内容,并弄清楚如何更好地将核心材料与每个工艺的实际轮廓相匹配。注射成型已经有了一个世纪的时间来解决这个问题。

材料制造商正在更多地投资开发新的金属3D打印材料。
Jacob Nuechterlein:具体而言,材料开发的障碍是能力和结果。您希望能够说这一批与下一批是一样的,但客户需要大量数据。对于我们发布的每种材料,我们必须生成大量数据,以使客户在大批量生产之前感到舒适。无论在哪使用,都要有一定的灵活性和风险承受能力。但是,如果您正在谈论制作整个制造过程并且您将要购买20台,30台打印机,那么您希望对材料在您的部件中的表现令你非常满意。
Keith Murray:标准化是一个非常重要的话题。现在有不同的委员会,如美国的美国测试和材料协会(ASTM)F42组以及更多以欧洲为基础的ISO / TC 261委员会。但它也在研究合作。我们的材料公司拥有150多年的加工材料历史。我们对材料方面有很多固有的知识——可能比构建机器的一些技术公司更为重要。因此,您已经汇集了合作,利用相对优势——材料和流程——来提供整个解决方案。技术的迅速发展如此迅速,试图跟上并覆盖所有应用可能非常具有挑战性。
机器开发商和原始设备制造商之间的关系是否仍然在推动3D打印材料开发方面发挥着至关重要的作用?
Andy Shives:有些设备OEM与某些终端客户密切合作进行验证。我们看到很多做专有参数集的OEM都会自己做很多验证。很秘密和专有,他们不希望设备公司或其他供应商确切地知道他们正在做什么应用或设计。
Cheryl MacLeod:我们的愿景是将我们的开放式材料平台更深入地扩展到金属中,以便每个人都可以在我们的平台上轻松创新。我们与认证材料合作伙伴的合作取得了进展。当科学被很好地理解,它被简化为一组预测建模和软件工具,几乎任何人都可以使用时,可能会有一个附加点。在那时,原始设备制造商和材料公司之间的深层关系将不那么重要,但这对于增材制造来说还不存在。
Jacob Nuechterlein:甚至超过了这个范围。现在有很多不同的选择,关于你将如何做出自己的贡献,以及为什么你要再次成为这一部分。当然,机器制造商正在推动该行业的最大部分,但不是全部。现在它开始出现在需要搞清楚的个人应用程序中。AM非常适合这种情况,特别是对于小型制造公司而言。我想说我们四分之一的业务是寻找如何用功能原型来制作单个零件的小公司。
在不久的将来,影响3D打印材料开发的最重要的事情是什么?
Andy Shives:一个重大转变可能是3D打印的设计。行业中的下一代工程师正在接受不同的培训,以设计新零件。在过去的几年中,人们对此非常关注。我们开始看到大型原始设备制造商的早期阶段。因此,一旦增材制造应用的这些新设计得到市场的确认和验证,我们将开始看到产量进一步增加。
Keith Murray:我不确定下一件大事,但它是提高性能和成本效率的结合。您是否可以开发一种具有较低内在金属成本的材料来替换现有的一些材料?但这是关于推动材料的发展。在铁基材料中,它涉及提高工具应用等方面的耐用性和性能。在高温镍基高温合金中,它正在研究下一代这些材料,并试图对其进行优化。
Jacob Nuechterlein:我认为我们将会看到大量不同的钢材涌入并能够打印钢材。今天的钢铁打印真的很难。有几个原因有待解决,但这需要弄清楚如何正确焊接这些不同的材料。而且不仅仅是焊接它们,而是以非常非常高的冷却速率焊接它们以防止开裂或其他问题。汽车、工具、石油和天然气等行业对铝基,钛基和镍基高温合金的使用较少。他们需要高性能钢。许多这些打印机正由机械工程师或机械师使用,他们不一定非常了解材料的形成方式。你必须拥有与冶金、热处理、产品成型以及在打印时形成不同相的真正相关的知识。