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標(biāo)題: 增材制造：帶來(lái)制造業(yè)格局的改變 [打印本頁(yè)]

作者: 寂靜天花板 時(shí)間: 2015-9-14 19:20
標(biāo)題: 增材制造：帶來(lái)制造業(yè)格局的改變
增材制造,，一個(gè)快速發(fā)展的技術(shù),，越來(lái)越為市場(chǎng)所接受，并受到大量行業(yè)和公共計(jì)劃的支持,。
用哪個(gè)術(shù)語(yǔ)都無(wú)所謂,，增材制造（AM）和3D 打�,。�3D）可以互換。而理解這個(gè)市場(chǎng)：它將走向何方,、怎么應(yīng)用,、對(duì)制造商意味著什么、向誰(shuí)請(qǐng)教更多知識(shí)和尋求支持,，則更為重要,。
AM/3D 打印在不斷發(fā)展。據(jù)Wohlers Associates Inc 出版的第19 版Wohlers Report 稱,，企業(yè)正在不斷拓展AM/3D 的邊界,，通過新的途徑來(lái)應(yīng)用這種技術(shù),。該報(bào)告預(yù)計(jì)，到2018 年,，AM/3D 印刷產(chǎn)業(yè)將達(dá)到128 億美元,，比2013 年增長(zhǎng)了30.7 億美元。到2020 年,，銷售收入有望超過210 億美元,。
“這一行業(yè)正在經(jīng)歷20 多年來(lái)從未見過的變革，”WohlersAssociates 高級(jí)咨詢師,、本報(bào)告兩位主要作者之一的Tim Caffrey認(rèn)為,，“最令人興奮的是，我們對(duì)于潛在可能性的認(rèn)識(shí)還只是皮毛,�,！�
該機(jī)構(gòu)的總裁兼另一位主要作者Terry Wohlers 表示，用于最終產(chǎn)品的零部件生產(chǎn)所創(chuàng)造的營(yíng)收占到AM 和 3D 打印整個(gè)市場(chǎng)的34.7%,。2013 年,，AM 市場(chǎng)最終產(chǎn)品用零部件領(lǐng)域達(dá)到了10 億美元，“航空,、醫(yī)療,、牙科及其它行業(yè)，正在尋求使用AM 技術(shù)的途徑,，來(lái)生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品,。”
金屬部件生產(chǎn)越來(lái)越受歡迎,，生產(chǎn)金屬部件的AM/3D 設(shè)備急劇攀升,，相應(yīng)地，這種設(shè)備從2012 年的198 臺(tái)增長(zhǎng)到2013年的348 臺(tái),，增長(zhǎng)了75.8%,。跟蹤金屬AM 設(shè)備市場(chǎng)14 年之久的Wohlers 指出，空客,、通用電氣等企業(yè)也在用這一技術(shù)來(lái)生產(chǎn)復(fù)雜的金屬部件,。
但如果你新入市場(chǎng)，該從何入手來(lái)加深認(rèn)識(shí)呢,？
在這份特別報(bào)告中,，有材料、設(shè)備,、工藝等內(nèi)容,，也有業(yè)內(nèi)人士會(huì)為你提供新的或有經(jīng)驗(yàn)的AM/3D 用戶對(duì)于未來(lái)的看法。
家庭和工業(yè)應(yīng)用
據(jù)美國(guó)國(guó)際貿(mào)易委員會(huì)（USITC）最新報(bào)告《增材制造技術(shù)：對(duì)美國(guó)制造競(jìng)爭(zhēng)力的潛在影響》的作者Sharon L.N. Ford介紹，AM/3D 打印為行業(yè)提供了各種獨(dú)特的可能性,。該技術(shù)可以在沒有明顯增加成本的前提下,，生產(chǎn)幾何形狀幾乎不受限制的三維產(chǎn)品。同時(shí)還有望降低,、甚至消除型模和鑄模的限制,。由于AM/3D 打印在生產(chǎn)原型和部件方面的速度和效率的原因，該技術(shù)會(huì)對(duì)需要定制,、設(shè)計(jì)復(fù)雜,、小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)產(chǎn)生巨大影響。

帶粉末噴嘴的激光沉積焊接機(jī)DMG MORI Lasertec 65 比粉床工藝速度快10 倍
AM/3D 技術(shù)與醫(yī)療和航空應(yīng)用聯(lián)系最為緊密,，最大的消費(fèi)領(lǐng)域則是汽車工業(yè),。如2011 年，據(jù)USITC 稱,，這一領(lǐng)域占到了購(gòu)買量的19.5%,。醫(yī)療應(yīng)用居其次，為15.1%,，航空業(yè)占到市場(chǎng)的12%,。
AM/3D 打印技術(shù)只占到所有汽車制造的0.01%，但在醫(yī)療（整個(gè)行業(yè)產(chǎn)出的0.04%）和航空業(yè)（整個(gè)行業(yè)產(chǎn)出的0.02%）則用的更多,。
Ford 指出,，由于構(gòu)建時(shí)間長(zhǎng)、物體尺寸受限,、設(shè)備成本、大小,、所用材料等方面的局限,，AM/3D 打印還不適合大規(guī)模生產(chǎn)。如,，工藝方面,，每小時(shí)平均生產(chǎn) 1.5 立方英寸，注塑機(jī)則可以在不到一分鐘內(nèi)生產(chǎn)出幾個(gè)部件,。
但是,，技術(shù)在快速地變革，功能也受到來(lái)自創(chuàng)新中心,，甚至機(jī)床生產(chǎn)商的支持,。
在美國(guó)生產(chǎn)
位于俄亥俄州Youngstown 的America Makes（美國(guó)制造）是一家擁有橫跨美國(guó)100 多家企業(yè)、非盈利性組織,、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和政府機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò),。
創(chuàng)建于2012 年，作為制造創(chuàng)新國(guó)家網(wǎng)絡(luò)的旗艦性機(jī)構(gòu)（NNMI），它充分發(fā)揮了政府,、行業(yè),、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的技術(shù)能力，加速AM/3D 印刷技術(shù)在美國(guó)制造業(yè)的應(yīng)用,。
據(jù)運(yùn)行總監(jiān)Rob Gorham 介紹,，他們的目標(biāo)是：通過真正的協(xié)作環(huán)境，將技術(shù)優(yōu)勢(shì)從實(shí)驗(yàn)室?guī)У焦S,，從而創(chuàng)造工作機(jī)會(huì),，制造在全球?qū)用嫔细吒?jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，最終打造美國(guó)制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),。
但是,，并不是所有行業(yè)都在作業(yè)中采用了AM/3D 打印，有些還不能確定如何下手,。消除認(rèn)知障礙也是這一機(jī)構(gòu)提供幫助的一部分,。
Gorham 介紹，他的團(tuán)隊(duì)在早期問題,，如標(biāo)準(zhǔn),、設(shè)計(jì)方法、工具,、材料,、工藝控制、設(shè)備,、非破壞性評(píng)估,、達(dá)標(biāo)、認(rèn)證,、供應(yīng)鏈整合等方面開展工作,。
該機(jī)構(gòu)的另一項(xiàng)計(jì)劃是驗(yàn)證材料和技術(shù)�,！癆merica Makes（美國(guó)制造）正在做出努力,，引導(dǎo)材料和中間供應(yīng)鏈合作伙伴向多個(gè)航空OEM 的要求靠攏�,！�
另一個(gè)項(xiàng)目則針對(duì)解決金屬鑄造行業(yè),、以及它對(duì)AM/3D 打印至少會(huì)帶來(lái)什么樣的機(jī)會(huì)這樣的認(rèn)識(shí)。金屬鑄造項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)是在幾家頂級(jí)金屬鑄造供應(yīng)商之間建立協(xié)作,，展示,、應(yīng)用案例、驗(yàn)證AM,、3D 打印在他們所在行業(yè)的優(yōu)勢(shì),。
Gorham 指出：“這是一個(gè)真正協(xié)作的環(huán)境,，將技術(shù)優(yōu)勢(shì)從實(shí)驗(yàn)室?guī)У搅斯S，創(chuàng)造工作機(jī)會(huì),，生產(chǎn)出更具競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品,，最終重新確立我們?cè)谌蚴袌?chǎng)的地位�,！�
加法,、減法、混合法
在考慮新的工藝時(shí),，設(shè)計(jì)人員應(yīng)確定備選部件,。AM/3D 打印通常更適合形狀難以加工的復(fù)雜部件，但缺點(diǎn)是,，與CNC 機(jī)床相比,，降低了速度。現(xiàn)在選擇范圍變寬了,，機(jī)床制造商提供了從開始到結(jié)束這一過程的混合技術(shù),。

MC Machinery Systems 公司技術(shù)營(yíng)銷經(jīng)理Greg Langenhorst提供了AM 很好適應(yīng)型模- 鑄模生產(chǎn)應(yīng)用案例，在這一加工中,，部件的有效冷卻非常重要,，以避免引起翹曲，并快速射出,�,！� A M 粉末- 金屬燒結(jié)的一大優(yōu)勢(shì)是，可以在模具內(nèi)構(gòu)建符合要求的冷卻通道,。準(zhǔn)確定位這一通道,，使得部件冷卻速度加快了20%-30%，而且部件精度更高,，翹曲和收縮降低,。”Langenhorst 指出,，“問題是，單獨(dú)使用激光- 燒結(jié)不能在這些通道內(nèi)生產(chǎn)出光滑的表面,，這就需要額外的銑削過程,。但是AM 可以生產(chǎn)通常在生產(chǎn)完畢后不能再加工的復(fù)雜形狀。該解決方案在AM 部件逐層構(gòu)造完畢后,，加進(jìn)了銑削工序,。”
一臺(tái)LUMEX Avance-25 機(jī)床,，將激光燒結(jié)和CNC 銑削整合到一個(gè)平臺(tái),。400W 激光燒結(jié)機(jī)加工速度為5,000mm/ 秒,，每添加一層的厚度為50μm （0.002"）。一旦添加了10 層后,，有一個(gè)直徑最少為0.6mm（0.024"）的銑刀開始加工表面,，除去脊線。小至0.02" 的肋狀也可以在最初完成的模芯內(nèi)部完成建造,。產(chǎn)品包括電鉆塑料外殼,、汽車連接器插頭。
“由于不再需要根據(jù)你的制造能力來(lái)設(shè)計(jì),，所以可以按照需要來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),。” Lagenhorst 說(shuō)道,，“你可以將冷卻通道設(shè)置在任何想要的地方,，而無(wú)需擔(dān)心扭結(jié)、回轉(zhuǎn)等,�,！�
另一臺(tái)混合機(jī)床是德馬吉森精機(jī)（DMG MORI）的激光沉積焊接和銑削機(jī)床Lasertec 65 3D。它將增材制造和傳統(tǒng)的切削方式結(jié)合起來(lái),，用于加工新的產(chǎn)品和幾何形狀,。可從激光切換到對(duì)成品部件難以進(jìn)入的部位進(jìn)行直接銑削,。DMG MORI 的工程師將該機(jī)床設(shè)計(jì)成可以在金屬合金粉末噴射到激光焦點(diǎn)部位時(shí),，將其完全熔融。激光將粉末和基材一起融化,，在兩種介質(zhì)之間實(shí)現(xiàn)完全結(jié)合,。
專注于機(jī)床、計(jì)量和過程控制的全球制造技術(shù)企業(yè)雷尼紹,，也積極參與了AM/3D 打印領(lǐng)域,。雷尼紹的AM250 增材制造機(jī)床提供激光熔融加工，賦予注塑加工商更多優(yōu)勢(shì),。利用高功率光纖激光,，雷尼紹的系統(tǒng)可以熔覆（鋼、鋁和其它材料）金屬粉末顆粒,。該機(jī)床可以將熔融的金屬逐層構(gòu)建為復(fù)雜部件,。層厚范圍介于20μm ~100μm，醫(yī)療企業(yè),、航空承包商以及賽車企業(yè)所需的小批量部件可以直接從激光機(jī)械加工完畢,，到達(dá)客戶手中。
材料及更多
除了設(shè)備外,，需要考慮的是所用的材料,。聚醚醚酮（PEEK）被廣泛用于注塑件,。但康涅狄格州南溫莎的Oxford Performance Materials （牛津高性能材料-OPM）公司希望在激光燒結(jié)中利用高性能塑料來(lái)替代部件中的鋁和鎂。
OPM 有三個(gè)部門：生物醫(yī)療原料,，利用PEEK 聚合物為基材的OXPEKK 材料,；用OXPEEK 聚合物通過模塑和選擇性激光燒結(jié)（SLS）工藝生產(chǎn)OsteoFab 醫(yī)療部件和植入器件的生物醫(yī)療器械部門；以及致力于航空零部件生產(chǎn)的工業(yè)部件小組,。
OPM 航空及工業(yè)項(xiàng)目副總裁Larry Varholak 指出,，OPM 完全是一家服務(wù)提供商，而非服務(wù)機(jī)構(gòu),。公司擁有的專門設(shè)計(jì)算法可以確定擬議部件結(jié)構(gòu)的形式,，使強(qiáng)度、柔韌性和重量最大化,。然后,，用3D 打印技術(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)部件的數(shù)碼文檔直接通過SLS完成制造。公司可以用EOS P800 設(shè)備生產(chǎn)出對(duì)于傳統(tǒng)生產(chǎn)方式太過昂貴的復(fù)雜部件,。部件大小為16"×20"×22",。

如果用PEEK 取代金屬，必須先使性能特性達(dá)到要求,。根據(jù)OPM 航空及工業(yè)總裁Paul Martin 的說(shuō)法,，OPM 的首要目標(biāo)之一是利用增材制造來(lái)為PEEK 建立設(shè)計(jì)公差。
“OPM 已經(jīng)開發(fā)出材料強(qiáng)度表征數(shù)據(jù)庫(kù),，以了解3400 多個(gè)測(cè)試元件的極限水平,。我們認(rèn)為自己的材料介于金屬和尼龍之間。與鋁加工商相比,，我們可以以一小部分的成本,，生產(chǎn)更復(fù)雜、價(jià)值更高的部件,�,！盡artin 表示。
未來(lái)
可以說(shuō)的故事很多,，但必須看到一件事情：不管是從設(shè)備,、到材料還是到工藝，AM/3D打印都改變了特定部件制造的方式,，并為部件生產(chǎn)開辟了新的領(lǐng)域,。

作者: 自動(dòng)化小生103 時(shí)間: 2015-9-24 15:28
感覺在自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)用面很廣啊。非標(biāo)小批量加工,。可以大大縮短加工時(shí)間,。還可以直接利用3D模型而不需要2D圖紙來(lái)完成加工,。以后可能是3D設(shè)計(jì)好后,，一切交給3D打印。打印完成后裝上標(biāo)準(zhǔn)五金件就可以調(diào)試試車了,。

作者: 機(jī)械蚊子 時(shí)間: 2015-9-24 20:06
不錯(cuò)

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