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十年来增材制造(3D打印)行业的六大创新趋势

2020-05-19
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摘要 在过去的十年里,增材制造的增长是爆炸性的,它具有快速设计到现实的转变,能够创造以前不可能的几何和各种可用的材料。

  在过去的十年里,增材制造的增长是爆炸性的,它具有快速设计到现实的转变,能够创造以前不可能的几何和各种可用的材料。因此,毫不奇怪的是,有时被称为“3D打印”的增材制造,已经成为公司甚至个人家庭广泛应用的主要组件创建过程。

  增材制造在过去十年中迅速发展,以下是我们在过去10年中看到的六个最重要的创新和趋势。

  一、从原型到生产的转变

  当增材制造第一次出现时,这是一个真正新颖的想法。然而,有一个重要的问题需要回答:一个如此缓慢的过程,以及生产出的机械性能低于标准的零件,除了用于概念和三维可视化之外,怎么可能用于其他用途?

  过去十年的技术已经回答了这个问题。随着加法方法的更快速度和更好的设计,加法制造开始从传统的减法制造方法中占据市场份额。某些行业开始越来越多地采用AM作为正常制造工艺组合的一部分。要求高质量、高灵活性和低产量的行业是第一批。航空航天、医疗设备和特殊消费品等部门越来越多地采用添加剂制造作为生产最终可装运零件的经济方式。

  二、层厚增加

  推动从原型到生产零件转变的部分原因是,增材制造机器在过去几年中能够实现的层厚增加。在保持高质量的同时使用较厚的层可以减少,增材制造机器制造零件所需的循环次数,例如激光粉末床熔化、还原聚合和定向能沉积,这将导致更快的构建时间。较厚的层需要更多的能量密度,这是过去十年来增材制造的又一项创新。除了增加层厚之外,增加的激光功率还允许更快的激光扫描,从而进一步减少总体构建时间。

  三、单个增材机中的多个扫描或沉积头

  在过去的十年中,多个扫描头和沉积头的广泛使用是另一项革新,彻底改变了增材制造。这些扫描头经过编程,可以一起运行在单个零件上,并在构建过程中相互协作以确保它们构建各自的体积。使用四扫描头激光粉末床熔合机可以将在单扫描头机器上制造相同零件所需的时间减少近75%,这增加了增材制造建筑部件的可行性和经济性。

  四、实时质量控制

  增材制造领域的另一项重大进步是早期采用过程中质量监控,这种实时质量控制可以通过减少后期质量检查来帮助增材制造的用户消除浪费。当执行破坏性测试以确保在机器运行期间制造的组件具有可接受的质量时,一种类型的废弃物即为实际零件废弃物。

  浪费的另一种形式是浪费时间在执行破坏性或非破坏性测试(例如CT扫描)上,过程中监视可用于各种添加过程。通过监视从沉积的熔融材料池反射的激光,可以实时监视诸如选择性激光熔化之类的激光过程。光中发生奇异的反射可能意味着存在缺陷或不连续,并且可以为工程团队捕获和可视化数据。在非激光应用中,可以逐层拍摄照片,并可以使用人工智能对图像进行分类并实时查找异常。

  五、新材料增加

  最初,增材制造的最大局限之一是可以使用的材料。以前,增材制造主要限于聚合物,现在,金属已经可以进行3D打印,玻璃和其他类型的陶瓷也可以。尽管许多种类的材料已经与增材制造兼容了一段时间,但最近的进步使得那些类别中的材料类型与增材制造兼容。

  一个典型的例子就是防撞铝合金,它是由德国工程公司EDAG专为增材制造的汽车部件设计的。在这一进展之前,很难生产出可以满足汽车标准要求的机械性能的增材制造的铝部件。增材制造中使用的材料科学方面的更多进步,不仅使3D打印能够制造出具有与传统制造工艺相似的机械和化学性能的零件,而且还能够制造出新的优质材料。

  六、安全性提高

  尽管增材制造已基本消除了传统制造中的某些风险,例如烧伤、割伤和撞击,但其中一些风险以及一些新风险仍与流程有关。安全准则和个人防护装备方面的创新帮助保持了工人的安全。

  一种进步是低排放聚合物的配方。当用于增材制造时,它们所释放的潜在有害蒸气要少得多,而这些有害蒸气可以在增材制造过程中释放出来。在过去的十年中,机器通风系统也得到了改善,诸如OSHA之类的行业安全组织还继续编写改进的安全规范,以供增材制造的用户使用。这些规范提供了减少或消除粉末吸入、燃烧和有害光线暴露风险的实践。

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