當(dāng)我們討論使用增材制造的行業(yè)時，總是會想到航空航天。自 3D 打印技術(shù)問世以來，由于重量優(yōu)化和成本降低等優(yōu)勢，該行業(yè)一直在努力采用和集成增材制造。事實上，在最近的一份報告中，F(xiàn)ortune Business Insights 估計，到 2028 年，航空航天和國防增材制造市場的總價值將達(dá)到 130.1 億美元。然而，盡管該行業(yè)呈指數(shù)級增長，但仍有許多障礙阻礙了金屬增材制造市場的進(jìn)入。
盡管 3D 打印經(jīng)常被描述為不同行業(yè)的奇跡解決方案，但事實是，仍然存在阻礙采用該技術(shù)的障礙。當(dāng)資格和認(rèn)證開始發(fā)揮作用時，例如可能需要飛行的零件，這會變得更加復(fù)雜，而且零件通常只有在經(jīng)過大量的研發(fā)和測試后才能制造出來。我們仔細(xì)查看了Velo3D的一份白皮書，以了解該行業(yè)仍然存在哪些障礙，以及該公司建議如何使用自己的端到端金屬增材制造解決方案來解決這些障礙。
航空航天采用金屬增材制造的障礙
與更簡單的 3D 打印技術(shù)相比，金屬增材制造本質(zhì)上涉及對過程的更嚴(yán)格控制。這些反過來又可能成為該行業(yè)許多人的進(jìn)入障礙。以惰性氣體(也稱為稀有氣體)的問題為例。金屬 3D 打印需要充滿這些氣體的封閉構(gòu)建室，以確保零件質(zhì)量。它們對于確保氧氣不會進(jìn)入并導(dǎo)致脆化或其他不良冶金條件至關(guān)重要。
材料的反應(yīng)性越強，例如與航空工業(yè)首選的鈦或其他合金，由于其高強度重量比，可能的損壞就越大。這是因為氧氣和氫氣會在零件中產(chǎn)生高孔隙率水平，從而對強度和剛度特性產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，大氣調(diào)節(jié)很重要，因為沒有它，用戶將獲得不太完美的結(jié)果，這顯然不是航空航天等安全關(guān)鍵行業(yè)的選擇。此外，Velo3D 指出，在使用傳統(tǒng)系統(tǒng)時，調(diào)節(jié)這種惰性氣體流量以跟上激光發(fā)射過程中產(chǎn)生的煙灰通常是一個問題。這會導(dǎo)致堆積會干擾傳遞到粉末床的能量，從而導(dǎo)致結(jié)果不一致。
除了氣體問題，另一個潛在的障礙與軟件有關(guān)。值得注意的是，該公司指出，許多傳統(tǒng)解決方案不提供現(xiàn)場監(jiān)控，也不允許用戶提前優(yōu)化構(gòu)建參數(shù)。如果沒有具體、可靠的現(xiàn)場監(jiān)控，用戶將無法捕獲可用的指標(biāo)，從而使用戶無法識別打印過程中的缺陷。這反過來會導(dǎo)致更多的構(gòu)建失敗，因為零件只有在流程完成后才被識別為有缺陷的。當(dāng)涉及到參數(shù)時，這也是一個問題。如果系統(tǒng)無法優(yōu)化特定零件的參數(shù)，則用戶被迫進(jìn)行多次構(gòu)建以微調(diào)設(shè)計以達(dá)到所需的最終質(zhì)量。這既浪費又昂貴，
最后，航空航天公司進(jìn)入金屬增材制造市場的最大障礙之一是重涂機刀片，Velo3D 已將其確定為當(dāng)前系統(tǒng)的致命弱點。重涂機碰撞，當(dāng)零件過熱導(dǎo)致可以到達(dá)刀片的突起時，是激光粉末床系統(tǒng)構(gòu)建失敗的主要原因之一。為了獲得更有效、更可靠的打印，這是必須解決的主要問題之一。
Velo3D 如何幫助航空航天公司?
Velo3D 指出先進(jìn)的金屬增材制造解決方案，尤其是其自己的 Sapphire® 系統(tǒng)，是克服這些障礙的解決方案。工業(yè)金屬增材制造機器使更多的航空航天公司能夠自信地轉(zhuǎn)向增材制造。但這究竟將如何實現(xiàn)呢?
單獨查看每個障礙，先進(jìn)的金屬系統(tǒng)都有內(nèi)置的解決方案來克服這些障礙，使金屬 3D 打印對用戶來說更可靠、更容易。例如，先進(jìn)增材制造系統(tǒng)中的非接觸式重涂機臂消除了突出表面的問題，確保不會發(fā)生重涂機碰撞。這反過來又顯著降低了構(gòu)建失敗的可能性，并提供了更光滑的表面，從而減少了后期處理的時間。
當(dāng)談到軟件問題時，先進(jìn)的工業(yè)金屬系統(tǒng)致力于集成極端的過程控制，從而產(chǎn)生更好的零件，更快地打印，并具有冶金結(jié)構(gòu)的完整性。強大的工作流程不僅可以確保打印簡單，因為 CAD 文件可以在機器內(nèi)直接處理和優(yōu)化，而且可以監(jiān)控流程，從而減少故障。最后，該公司指出，這些工業(yè)解決方案中存在卓越的氣體通風(fēng)，可以排出伴隨的煙灰，從而加快激光聚變速度。
他們并不是唯一一個相信這是解決方案的人。Velo3D 能夠指出一些先進(jìn)的金屬增材制造系統(tǒng)為航空航天公司打開大門的例子。例如，霍尼韋爾航空航天公司決定求助于 Velo3D 的先進(jìn)金屬增材制造系統(tǒng)，以便使用 Iconel®(一種用于需要認(rèn)證的零件的鎳基高溫合金)來創(chuàng)建高度復(fù)雜的幾何形狀而無需支撐結(jié)構(gòu)。
KW Micro Power 也轉(zhuǎn)向了 Velo3D 的金屬增材制造解決方案。利用這一點，該公司能夠使用拓?fù)鋬?yōu)化和金屬增材制造零件，該零件被認(rèn)為由于排氣通道中的復(fù)雜迷宮而無法制造。這些案例表明，借助 Sapphire® 之類的解決方案，金屬 3D 打印能夠真正成為一種有效的工具，即使是剛剛接觸 AM 的公司，也有助于將該技術(shù)推廣到更多的工業(yè)應(yīng)用中。
Velo3D 總結(jié)道：“先進(jìn)的工業(yè)金屬增材制造技術(shù)終于可以可靠地兌現(xiàn)前所未有的設(shè)計自由度、更短的交貨時間、降低的開發(fā)和生產(chǎn)成本以及最高質(zhì)量、功能齊全的最終用途零件的承諾。用于航空航天和國防。”
