十年来金属添加剂制造业的变化

四位金属3D打印专家参与材料开发

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在这里,一台3D金属打印机生产一个钢铁零件。材料制造商正在加大投资开发新的金属添加剂材料。(盖蒂图片)

现在,添加剂制造业正在获得发展,材料制造商正在加大投资开发新的金属添加剂材料。这是一个巨大的变化,从10年前,甚至是5年前,当时市场还不够大,技术也不够先进,不足以证明这种冒险是正当的。在过去的十年里,金属添加剂有多远,对于快速增长的技术,前景如何?

附加报告向金属添加剂领域的四位专家征求意见:

谢丽尔·麦克劳德,三维融合科学全球主管,HP公司的3D打印当惠普在2015年进入AM时,这家硅谷的计算机巨头想采取一种新的方法来开发金属材料。当时惠普注意到原型设备市场缺乏,因此,该公司与英国航空航天和汽车零部件公司GKN合作,开始了一项金属喷射生产服务。从那,惠普现在为汽车生产定制的不锈钢粉末,工业,以及医疗客户,包括大众,GKNWilo帕马蒂奇。惠普继续通过其开放式材料平台为金属喷射和多喷射融合开发新材料。

基思默里业务开发经理Sandvik Osprey有限公司Osprey CE与Sandvik合作开发可控膨胀合金和金属粉末已有近20年的历史。材料计划,距离南威尔士的斯旺西不到10英里,提供各种材料:铁基合金(不锈钢和马氏体时效钢);镍合金,铜合金,以及钴合金,以及铝和钛的持续发展。山特维克创造了自己的气体雾化技术,其能力范围从提供用于原型开发的小型金属粉末到用于大规模生产的大批量批次。

雅各布·努切特林,董事长兼创始人元素三维AM材料,参数,研发公司在生产新型金属合金和复合材料方面处于领先地位。努赫特林有冶金背景,启动了伊利,总部位于科罗拉多州的公司在2014年扩大了合金产品组合。四年前,与60多种铝材料相比,市场上只有12种商用金属合金。专注于激光粉末床,元素3d在铝合金中发展了许多“超材料”。钨和钽等耐火材料,钢和镍基合金,和铜。

Andy Shives添加剂制造业务经理普莱克斯表面技术公司工业气体生产商Praxair公司已通过热喷涂市场制造金属粉末50多年。所以,很自然,它的AM部门,普莱克斯表面技术公司(PST)在过去十年中,已成为全球最大的添加剂金属制造商之一。PST现在的运营面积为30万平方英尺。印第安纳波利斯的一家工厂,专门生产金属和陶瓷粉末。PST雾化镍-,钴-铁,钛,以及几乎所有相关市场的铜基合金:航空航天,能量,和工业,以及在汽车和医疗领域的扩张。

附加报告: 与5到10年前相比,AM材料的发展速度如何?

Shives:现在很多大玩家甚至都没有加入添加剂,更不用说金属添加剂了,10年前。但即使在今天,这仍然是早期阶段。生产中的应用程序或零件数量仍然很小。现在,尤其是在过去的五年里,对于什么合金是可打印的,以及对于某些工艺,您需要更多地了解什么合金,知识已经显著增加。例如,一种合金可以很好地用于激光粉末床工艺。但是对于电子束过程来说,它不能很好地工作。客户现在真正研究哪种合金最适合特定应用。我们已经看到,在过去的2到3年里,这一数字显著上升。

Murray:如果我们在2007年有过这样的谈话,你问我技术发展的方向,我想任何人都会发现很难真正预测它会有多远。如果你回到那时,全世界大概安装了100台机器。这是一个非常利基的应用和技术。起初,它只是我们业务中一个有趣的补充部分,但很明显,这几年来发生了很大的变化。行业规模,创新水平,兴趣水平,而且对材料的需求水平与10年前不可辨认。

Nuechterlein:尤其,其中一些与我们现有的计算能力和工具有关,这些工具可以用于材料开发和一般的印刷。设备的灵活性打开了一个很大的缺口,让我们深入了解它是如何工作的,以及如何使它变得更好。在原子化世界中的人们现在了解了如何原子化AM的材料,他们看到有一个市场。在过去,质量变化很大。人们已经学会了不同的交易技巧,这样你就可以得到更稳定的产品。有更多的地方可以提供不同的材料。竞争,我想,培育出更好的产品。

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将金属粉末倒入3D打印激光烧结机的室中。(盖蒂图片)

应收账: 制造商是否更公开地采用3D打印作为真正的生产选择?

麦克劳德:我们绝对看到制造商采用3D打印作为真正的生产选择,继续前进,我们相信材料的发展将会有爆炸性的增长。更多的材料合作伙伴对开发他们制造AM粉末的能力感兴趣,随着技术越来越适合生产,我们看到公司更愿意投资更广泛的高性能材料。我们正处在技术最终开始成熟的拐点上,这将真正使其超越原型设计和英国williamhill小批量生产,并向上进入全面生产。问题不是如果3D打印将成为全球大规模生产的新平台,它的什么时候.

Nuechterlein:我今天的谈话和我创办公司时的谈话完全不同。以前我教人,即使是四年前,我是什么。现在的谈话更多的是教人们如何使用AM。这些是非常不同的对话。

Shives:五年前,许多公司仍在探索是否应该购买一台机器或几台机器,或者他们可以与拥有机器的外部承包商合作。现在很多公司至少有一台金属打印机在内部进行自己的研究。所以,他们做了最初的投资。这已经足够重要了。

应收账: 什么正在影响添加剂材料的发展?

Murray:它仍然是一个非常多样的光谱。对于那些在自己的制造过程中很好地进入附加过程的公司来说,有不同的影响因素。他们越来越接近,如果还没有将其作为一种严肃的生产工具来推动开发以优化材料和一致性,不仅是为了在工艺方面获得更好的再现性,还有材料的特性。因此,它实际上是关于了解细节和细化规范,以提供一个在工业基础上稳定的过程。

麦克劳德:目前最大的影响是生产商从原型到生产的转变。这对材料有很大的影响——从擅长原型制作的材料转移到更适合生产的材料。特别是对于金属,一切都是为了生产。我们认识到,开放的行业领导者生态系统对于更大的创新至关重要,突破性经济学,以及3D打印材料和应用的更快发展。当你看到垂直市场或任何你看到的连续生产,大多数都有一套具体的规章制度,文档,以及已经成为这些垂直领域的既定规范的流程。

Shives:许多客户开始使用的合金都来自不同市场的规格,例如,铸造和锻造。它们不是为加法过程编写的。我们现在看到的是客户越来越熟悉添加剂机器,各种技术,以及创建自定义参数集。现在正在为AM设计规范。结果是合金化学和粒度分布发生了变化。这就是你进入定制合金的地方,这可能与著名的标准合金有所不同。或者它可能是一种全新的合金,它是为添加剂而设计和制造的。

应收账: 在进一步推动材料开发方面,还有哪些障碍?

麦克劳德:因为3D打印已经有30多年了,许多工程师仍然在思考筒仓中的技术和材料是如何第一次被引进的——尽管在太空中进行了所有的创新。例如,我们仍在从材料的角度了解粉末床AM工艺的要求,并找出如何更好地将核心材料与每个工艺的实际轮廓相匹配。英国williamhill注射成型已经有一个世纪的时间来解决这个问题。

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材料制造商正在加大投资开发新的金属添加剂材料。(盖蒂图片)

Nuechterlein:明确地,材料开发的障碍是能力和结果。你想说的是,一个批次与下一个批次相同,如果你得到了一大笔财产,你可以很轻松地将该属性定位到板上。客户需要大量的数据。对于我们发布的每种材料,我们必须生成大量数据,以使客户在大量移动之前感到舒适。一次到位就有一定的灵活性和风险承受能力。但是,如果你说的是整个制造过程,你会买20个,30台打印机,你想对材料在你的角色中的表现非常满意。

Murray:标准化是一个非常大的话题。你有不同的委员会,像美国材料试验协会(ASTM)F42小组在美国。以及ISO/TC 261委员会,它的总部在欧洲。但它也在考虑合作。我们的材料公司在加工材料方面有150多年的历史。我们对材料方面有很多固有的知识,可能比制造机器的一些技术公司更了解。所以,你把合作放在一起了,利用相对优势(材料和流程)交付整个解决方案。这项技术的扩散速度如此之快。努力保持和覆盖你所有的基地是很有挑战性的。

应收账: 机器开发人员和原始设备制造商之间的关系是否仍然在推动添加剂材料的发展方面发挥着至关重要的作用?

Shives:有些设备原始设备制造商与某些终端客户密切合作以进行验证。我们看到,许多做专有参数集的原始设备制造商将自己做大量的验证。这是如此的秘密和专有,他们不希望设备公司或其他供应商确切知道他们正在从事的应用程序或设计。

麦克劳德:我们的愿景是将我们的开放材料平台扩展到金属领域,这样每个人都可以在我们的平台上轻松创新。进展来自我们与认证材料合作伙伴的合作。当科学被很好地理解,它已经被简英国williamhill化为一组几乎任何人都可以使用的预测性建模和软件工具时,加法可能有一点。在这一点上,原始英国williamhill设备制造商和材料公司之间的深层次关系将不那么重要,但对于添加剂来说,这还不存在。

Nuechterlein:甚至超过了这一点。现在有很多不同的选择,关于你将如何做你的部分,以及为什么你要再次做那部分。当然,机器制造商正在推动该行业的最大份额,但不是全部。现在它开始出现在需要弄清楚的单个应用程序中。我很适合这样做,尤其是小型制造企业。我想说,我们四分之一的业务是与小公司一起寻找如何使用功能性原型制作单个零件的方法。

是: 在不久的将来,你看到的影响添加剂材料发展的最大因素之一是什么?

Shives:一个重大转变可能是添加剂的设计。该行业的下一代工程师正在接受不同的培训,以设计新零件。在过去的几年里,人们对这一点非常关注。我们开始看到,这方面的早期阶段来自大型原始设备制造商。因此,一旦这些新的添加剂应用设计得到市场确认和验证,我们将开始看到更多的生产增长。

Murray:我不确定下一件大事,但这是提高性能和成本效率的结合。你能开发出一种内在金属成本较低的材料来取代现有的一些材料吗?但这是关于推动材料的信封。在铁基材料中,它是关于在工具应用程序等方面提高耐用性和性能的。在高温镍基高温合金中,它正在研究这些材料的下一代,并试图为工艺优化它们。

Nuechterlein:我认为我们将看到不同钢材的大量涌入,并能够打印钢材。今天的钢铁真的很难印刷。原因有很多,但问题是如何正确焊接这些不同的材料。不仅仅是焊接,但是用真的,冷却速度真的很高,以防止开裂或其他问题。汽车等行业,工具,石油和天然气对铝的使用也较少。钛,以及镍基高温合金。他们需要高性能钢。许多这种打印机正被机械工程师或机械师使用,他们不一定对材料的形成有深入的了解。你必须要有与冶金有关的知识,热处理,产品成型,在打印时形成不同的阶段。

关于作者

加雷斯·斯莱格

数字编辑,制造者