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2017年3D打印六大領(lǐng)域的發(fā)展趨勢
星之球科技 來源:光韻達(dá)2017-03-28 我要評論(0 )
歐盟在其增材制作發(fā)展路線圖中曾提出重點支持生物材料、超導(dǎo)材料、新磁性材料、高性能金屬合金、非晶態(tài)金屬、復(fù)合高溫陶瓷材料、金屬有機(jī)骨架、納米顆粒和納米纖維材料...
1、超材料
歐盟在其增材制作發(fā)展路線圖中曾提出重點支持生物材料、超導(dǎo)材料、新磁性材料、高性能金屬合金、非晶態(tài)金屬、復(fù)合高溫陶瓷材料、金屬有機(jī)骨架、納米顆粒和納米纖維材料。美國國家創(chuàng)新中心AmericaMakes制定的增材制造材料材料重點領(lǐng)域目標(biāo)則是建立材料知識的體系,為增材制造材料建立基準(zhǔn)特性數(shù)據(jù),包括創(chuàng)建一個范式轉(zhuǎn)變,從控制過程參數(shù)來“建立”微觀結(jié)構(gòu),而不是控制底層物理學(xué)上的微觀尺度,以實現(xiàn)一致的可重復(fù)性的微觀結(jié)構(gòu),從而“設(shè)計”材料屬性。我國根據(jù)《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)計劃(2015-2016年)》的引導(dǎo),在依托高校、科研機(jī)構(gòu)開展增材制造專用材料特性研究與設(shè)計。
筆者認(rèn)為當(dāng)前增材制造領(lǐng)域,我國在從事更多的基礎(chǔ)與應(yīng)用層面建設(shè),歐洲在進(jìn)行前沿領(lǐng)域的探索,美國試圖通過其最擅長的數(shù)據(jù)分析與軟件能力打造共性的體系。當(dāng)然,這其中還有很多共同的工作是各個國家都在積極布局,包括高溫合金這一必須的戰(zhàn)略領(lǐng)域。
在基礎(chǔ)性的材料建設(shè)的基礎(chǔ),編程材料成為下一個搶占的戰(zhàn)略制高點。超材料是指材料的設(shè)計表現(xiàn)出不同尋常的特性,是具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。迄今發(fā)展出的“超材料”包括:”左手材料”、”光子晶體”、”超磁性材料”等。
哈佛的研究人員嘗試通過建立一個基礎(chǔ)設(shè)計框架軟件,從而實現(xiàn)幾何形狀和幾個功能之間切換,并不限制打印尺寸,可以從米級到納米尺度的應(yīng)用,從減震建筑材料升級到光子晶體的超材料結(jié)構(gòu)。
超材料領(lǐng)域,我國東南大學(xué),中國人民解放軍空軍工程大學(xué),西安交通大學(xué),北京交通大學(xué)等多有研究。隨著哈佛大學(xué)通過軟件來解決基礎(chǔ)建模問題,超材料或借助3D打印“滲入”特殊材料領(lǐng)域,使得超材料成為尋常可見的材料。
2、電子結(jié)構(gòu)件
電子產(chǎn)品制造中的電氣互聯(lián)技術(shù),已經(jīng)由以表面組裝技術(shù)、微組裝技術(shù)、立體組裝技術(shù)、高密度組裝技術(shù)等技術(shù)為標(biāo)志的發(fā)展時期,逐步進(jìn)入了以光電互聯(lián)、綠色組裝、結(jié)構(gòu)功能組件互聯(lián)、多介質(zhì)復(fù)雜組件互聯(lián)等技術(shù)為標(biāo)志的新技術(shù)發(fā)展時期。為保證各類新型電路組件/模塊的電氣互聯(lián)品質(zhì)和效率,電子行業(yè)對與這些要求相適應(yīng)的新工藝、新方法提出需求。而3D打印的制造過程快速、結(jié)構(gòu)形體復(fù)雜性無限制等技術(shù)特性,尤其適用于電子產(chǎn)品的單件、多品種小批量研制,以及采用傳統(tǒng)制造方式難以實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品的開發(fā)。
在結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品制造領(lǐng)域,美國Optomec公司通過氣溶膠噴射3D打印技術(shù)已被應(yīng)用在小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)中,使用該技術(shù)3D打印的曲面共形天線或在眼鏡上直接印制AR電子設(shè)備就是其中頗具代表性的應(yīng)用。
在這一領(lǐng)域活躍著大量的高科技企業(yè),包括哈佛大學(xué)創(chuàng)業(yè)企業(yè)Voxel8,被GE和歐特克投資的Optomec,麻省理工的MultiFab,CC3D,NanoDimension等等。在我國,西安交通大學(xué)通過一種導(dǎo)線與基體同步打印的3D打印技術(shù)實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)電子產(chǎn)品三維空間的任意排布。
3、更精細(xì)的質(zhì)量檢測
3D打印制品在制備和使用過程中,某些缺陷的產(chǎn)生和擴(kuò)展幾乎是無法避免的。在金屬融化過程中,每個激光點創(chuàng)建了一個微型熔池,從粉末融化到冷卻成為固體結(jié)構(gòu),光斑的大小以及功率帶來的熱量的大小決定了這個微型熔池的大小,從而影響著零件的微晶結(jié)構(gòu)。
對于金屬增材制造的復(fù)雜性可以區(qū)分為五個層面:1簡單的零件、2優(yōu)化的零件、3帶有嵌入式設(shè)計的零件、4為增材制造設(shè)計的零件、5復(fù)雜的胞元結(jié)構(gòu)零件。對于復(fù)雜的3D打印產(chǎn)品的檢測,國外各大科研機(jī)構(gòu)和例如GE這樣的企業(yè)開始采用X射線顯微CT(X-rayMicroCT)作為檢測手段,這一趨勢將在2017得以強(qiáng)化。
4、3D打印占主角的航天
2017年新年伊始,1月17日GE獲得批準(zhǔn)的專利中,公開了用于制造渦輪機(jī)部件上的應(yīng)變傳感器的方法。緊接著,GE于1月24日又獲批專利,內(nèi)容包括燃料噴射器主體和冷卻系統(tǒng)的制造技術(shù)。如果說3D打印在航空領(lǐng)域越來越彰顯重要性,那么在航天領(lǐng)域,3D打印技術(shù)已然成為“頂梁柱”。
NASA認(rèn)為3D打印在制造液態(tài)氫火箭發(fā)動機(jī)方面頗具潛力,NASA的AMDE-AdditiveManufacturingDemonstratorEngine增材制造驗證機(jī)項目在3年內(nèi),團(tuán)隊通過增材制造出100多個零件,并設(shè)計了一個可以通過3D打印來完成的發(fā)動機(jī)原型,而通過3D打印,零件的數(shù)量可以減少80%,并且僅僅需要30處焊接。
5、企業(yè)內(nèi)部生態(tài)圈
GE本身是3D打印的下游應(yīng)用企業(yè),而收購了Arcam,ConceptLaser以后,GE成為其上游3D打印設(shè)備廠商中的一員,并提出將在2到3年內(nèi)提高3D打印的速度,在更長遠(yuǎn)的時間內(nèi),GE希望達(dá)到現(xiàn)在速度的100倍。通過GE下游業(yè)務(wù)部門的應(yīng)用發(fā)展需求,不斷反哺GE上游設(shè)備的研發(fā),無論是資金方面還是know-h(huán)ow方面,其收購的設(shè)備品牌都獲取了其他企業(yè)難以獲得的優(yōu)勢。無獨有偶,米其林也宣布將其與法孚合作的金屬打印技術(shù)用于更好的輪胎模具生產(chǎn)。
而美鋁也宣布將3D打印業(yè)務(wù)從粉末到打印服務(wù)單獨成立一家公司Arconic,Arconic公司可以為用戶提供從航空技術(shù)到金屬粉末生產(chǎn)乃至產(chǎn)品認(rèn)證的專業(yè)服務(wù)。依靠美鋁公司的技術(shù)實力,Arconic在傳統(tǒng)金屬制造技術(shù)和3D打印領(lǐng)域都將成為獨具實力的強(qiáng)勢品牌。
另外一家公司,GKN圍繞著強(qiáng)大的航空航天業(yè)務(wù)與動力車輛業(yè)務(wù)版圖,GKN打造了三個增材制造卓越中心:GKN美國辛辛那提增材制造卓越中心,GKN瑞典Trollh?tten增材制造卓越中心,GKN英國Filton增材制造卓越中心。
企業(yè)內(nèi)部生態(tài)圈將成為3D打印的一大趨勢,3D打印的競爭將升級為研發(fā)、市場營銷、產(chǎn)業(yè)鏈、商業(yè)模式全方位的競爭。
6、金屬性能的塑料
塑料正在變得更加具工程性能,Evonik最近推出VESTOSINT3DZ2773材料,這種材料是使用惠普多射流融合3D打印機(jī)開發(fā)的第一個新的塑料粉末。新的PA-12粉末具有優(yōu)異的力學(xué)性能,并且通過美國FDA(食品和藥物管理局)標(biāo)準(zhǔn),所以用這種材料制造出來的組件可以用于食品接觸。
Solvay-蘇威以其先進(jìn)的輕量化解決方案以塑料取代部分金屬為目標(biāo)。Solvay先是在法國里昂成立技術(shù)中心,研究和生產(chǎn)SinterlineTechnyl,又在美國格魯吉亞州的Alpharetta開辟了一個新的實驗室用于增材制造先進(jìn)材料的研究。意大利的CRPTechnology,圍繞著聚酰胺材料,CRPTechnology的尼龍增強(qiáng)材料獨具特色,其中Windform玻璃纖維增強(qiáng)聚酰胺材料,具有良好的拉伸強(qiáng)度,也可以被CNC數(shù)控加工,并且還是非導(dǎo)電材料。牛津性能材料(OPM)已被選定為波音CST-100火箭飛船提供3D打印的結(jié)構(gòu)件,OPM已經(jīng)開始出貨OXFAB材料打印的零部件,拉開了高性能塑料材料代替輕質(zhì)金屬的一個新篇章。威格斯正帶領(lǐng)由多家公司和機(jī)構(gòu)組成的聯(lián)盟,投身于3D打?。ㄔ霾闹圃旎駻M)創(chuàng)新。作為其關(guān)鍵角色的一部分,威格斯將以專用于增材制造工藝的新型化學(xué)配方設(shè)計為基礎(chǔ),開發(fā)高性能聚芳醚酮(PAEK)聚合物新牌號。
從金屬到高性能材料的轉(zhuǎn)換目前是航空航天市場的一個既定趨勢,塑料成為追求設(shè)計自由度、制造便利性和輕質(zhì)以超越傳統(tǒng)鋁材的方案,這一趨勢將在2017得到加強(qiáng)。
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