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金属3D打印技术历史及趋势和前景

2016-05-11 09:37
野明月
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  金属3D打印是目前打印领域最令人兴奋的话题,从飞机发动机组件到空间卫星零件的制造都将金属3D打印变成话题的聚焦点。但实际情况是,金属3D打印是个宽泛的概念,这其中包含了非常多样化的技术,这些技术我们通常不加以区分而是堆积在一起相提并论,尽管他们使用不同的打印技术和不同的金属原料(金属粉末、金属丝或者是金属片材)一起。在这方面,通过金属3D打印技术矩阵可以了解行业技术分布特点和主流品牌。

  要理解金属3D打印各种技术的方方面面是个系统工程,大名鼎鼎的美国橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员在田纳西州整理出金属3D打印的“宗谱”:从金属3D打印技术的发展历史,优势分析、局限性和所有主要金属3D打印技术的潜在应用趋势。四个技术包括粉末床烧结(SLS),粉末床融化(SLM,EBM),直接能量沉积(LENS),粘结剂喷射(3DP)。ORNL还深入研究了与传统的制造业相比金属3D打印的局限性是什么。

  ORNL的研究人员认为纯合金和陶瓷材料都有显著的发展前景。最近,尤其是高温合金包括钛合金和镍基合金在金属3D打印领域的应用不断获得突破。而在打印专利方面,虽然核心专利和附属专利迷雾重重,对于国内金属3D打印设备厂商专利是企业发展的重中之重,但是要靠自己的力量研究和看懂这个市场上你竞争对手的每一个专利和他们的良苦用心无疑是几乎不可能的事情。一方面,你可以通过委托类似于上海市专利服务平台这样的官方机构来更加深入地了解专利分布情况,另一方面,对于竞争对手核心专利的到期,不妨通过咨询专业的专利律师来进行积极的布局。

  同时,各种新的3D打印方法也初露端倪:化学气相沉积(CVD,目前用于涂层),物理蒸汽沉积(PVD,采用真空),液态金属射流3D打印,以及在高速气体流中沉积金属粒子的冷喷涂技术。这些技术都给金属3D打印技术继续走向分化带来了发展空间。

  关于金属3D打印的前景,相比金属3D打印的未来,我们目前仍在山脚下的位置。随着专利到期和激光等热源价格的下降,这将有助于金属3D打印价格降低。伴随着各个主流的金属粉末供应商在金属材料上投入的大量研发,将出现更多的新材料,并出现更广泛范围的合金。

  ORNL的研究人员认为到2025年,这项技术的年均市场增长在18%左右,主要驱动需求来自航空航天、生物医学和汽车行业,到2025年市场规模预计在84亿美元。

  更为值得注意的一个趋势是,数项专利的到期可能有助于开源时代的到来,从而大大降低了金属3D打印的成本。中国3D打印网了解到事实上,来自密歇根理工大学的研究人员已经开始从事一些有趣的开放源代码的工作了。

  金属3D打印的潜能正在开启,通过打印出复杂几何的形状,减少组件的数量,以及为医学界打印生物相容性产品,金属3D打印带来的意义不在是传统意义上的降本增效,而是将产品生命效益提上重要日程,通过产品的设计减少故障率、降低能耗、提高可靠性,一个全方面注重效益的更美好的世界正在来临。

  当然,虽然前景美好,要走向更广阔的应用领域,金属3D打印的技术有着很大的提升和完善空间,包括实现更快的沉积速率、过程中质量控制、降低成本和生产能力和材料的扩充。而目前质量控制方面,金属3D打印要远落后于其他生产技术,这直接关系到生产成本和可行性,因为这个原因致使金属3D打印迈不开推广的步伐。然而,瓶颈亦意味着机遇,行业急待标准和协议的出台,以及通过大数据来预测和控制打印结果方面的更多努力,包括数据的测量和监测技术、充分的材料特性、建模系统、仿真系统,闭环控制系统等。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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