非金属材料在3D打印机中存在哪些问题

GE增材制造创始人,《颠覆与被颠覆:增材制造为何可以改变工业设计和制造业》转自南极熊网站

GE增材制造,无论是按照市场价值还是应用深度来说,目前是全球最大最强的3D打印企业。其创始人的演讲,值得我们细细品读。

GE增材制造创始人、首任CEO  Mohammad  Ehteshami:《颠覆与被颠覆:增材制造为何可以改变工业设计和制造业》主题演讲。

Mohammmad Ehteshami:谢谢大家,首先非常感谢这次活动的组织方,给我这样的机会来到这里。

我选择的标题是颠覆与被颠覆,这是有原因的,因为我们非常坚信3D充满着力量,也就是说增材制造的力量。

简单介绍一下我自己,我在GE已经工作34年,34年我也从事过通用电器里面多种行业。在2010年,我开始在GE增材制造方面承担工作。我来给大家介绍一下我是怎么样做这样一些工作的。

(PPT图示)可以看到左边是原来的一个铸造,通过这样的锻造等等传统的工厂行业。在右边是一个井井有条的机器,它能够起的作用和功效和左边大型的锻造、铸造的工具是能够起着同样的作用,这已经得到了我们的证明。

来看一下刚才各位教授所讲的情况。应该说很早很早以前,人们就开始用木材、金属来进行各种各样的雕刻、制造,这是一种减材的制造。在最近十年,我们现在已经通过了通过增材制造的方式,也就是说我们几乎用零成本来进行自由的创新设计。作为我来说,我在GE工作了34年,我要做的工作就是一种平衡,需要在更快、更轻、更加自由的创新设计里面和成本进行平衡。现在我们觉得通过增材制造已经能够做到这一点了,为什么呢?因为我们通过增材制造能够有更快的新产品的开发,能够有更好的轻量化的成本、轻量化的产品,而且现在这样的成本是令人难以置信的,会变得非常非常低。南极熊3D打印网编辑发布。

这是GE增材制造发展的历程。在2010年,我们成立了GE航空增材团队,现在我们有了像波音飞机的制造,还有中国C919航空飞机的元器件的设计制造。这里面我们觉得燃油的喷嘴是非常非常重要的元器件,因为通过喷嘴才能够产生燃油最好的经济利用。所以我们在传统的方式,比如说用熔模铸造、锻造、焊接等等的方式来制造喷嘴的时候,我们失败了很多次。

有一家公司,我们问他是不是有这样的方法能够帮助我们用3D打印的方式来制造我们的喷嘴?在2011年、2012年的时候,他们帮我们用3D打印制造,用增材制造的方式制造了第一个燃油喷嘴。当时有人欢喜有人忧,因为高性能是通过很方便的办法3D打印了燃油喷嘴。但是有的人担心,担心有一些传统的制造业工作可能就要被消灭掉了。后面我们通过这样的方法制造了GE引擎传感器,并且通过了认证,后面我们有了钛合金的各种各样元器件。

现在给大家看一下我们是怎么样通过增材制造的方法。现在我们有了20000个燃油喷嘴装在了飞机上,在全球世界各地在飞,包括一些直升飞机的元器件,我们也能够把一些很复杂的元器件化零为整。后来我们成立了增材制造的技术中心。我们购买了两家公司,包括德国和瑞典的两家公司。我们成立了GE增材制造事业部,并且把比利时的增材制造公司也买过来了,所以GE增材制造事业部是一个独立的事业部,我们每六个月就会有新的重大的产品推出,是多激光头等等各种各样的。

现在来讨论一下航空航天行业,我们来看一下我们所颠覆的航空航天行业的制造。

这是一个燃油喷嘴,在刚才的演示当中已经谈到了燃油喷嘴,这是大家的宠儿。通过增材制造我们减重了25%,95%的去库存,并且把原来20个部件变成了一个部件,现在耐用性提高了5倍,成本降低了30%。到目前为止,我们已经引进了数十万小时的使用,现在证明没有出现任何的故障,现在的质量控制是非常重要的。我们要控制质量,我们要保证产品要有可追溯性、可追踪性。

这是我们的发动机,在波音或者在空中客车等等的飞机里面,我们有很多的发动机,会用到很多的燃油喷嘴。我们来看一下GE9X发动机,它有一个T25的传感器,有热交换器,有颗粒分离器,我们有第五、六级透平低压叶片,还有燃油喷嘴。这里面要把它生产运输的话是一个非常复杂的事物,因为我们需要有各种各样的零部件,在这方面我们也需要有一个盈亏的平衡点。

现在我们把CT7的发动机,超过1/3的部件都可以变成3D打印增材制造,我们把7个总成合并成1个,把300个部件整合成了1个。最后移动的里程,比如在运输方面的运输以及仓储方面的成本,包括流程,都大大简化了,大大降低了成本,而且质量还得到了进一步提高。它有一些数字化的、电子化的数据,所以你可以很轻松的可以看出万一出现故障的话,这个故障出现在哪里。

这是Catalyst发动机,这是在意大利设计和打印的,我们在去年12月份进行了测试。我们把855个部件整合成了12个部件,所以当我们看到855个部件整合成了12个部件之后,这就是增材制造3D打印产生的奇迹,而且这里面也大大减轻了它的重量,它的成本。可以看到,发动机本身达到了5%的减重,而且它的油耗降低了20%。我们已经卖了6000个发动机,明年我们要对它进行进一步的认证。所以30%的发动机部件靠的是3D打印,是通过各种各样的钛合金、铝合金等等。

这是我们的发动机轴承的支撑,用到Xline设备打印的,把差不多400个部件降低到了1个,不到几十个小时就打印完成了,而传统的方式可能要花两年,现在时间大大缩短了,之前可能需要50个工程师,现在只需要两个。这就是一个电脑辅助的3D模型,我们可以尽情的,按照我们自己的需求来进行设计和调试。这个已经得到了实践认证,行之有效,我们也验证了这个材料是非常好的。

现在再来看一下轨道交通。有关交通方面,这里面有热交换器,基本上是把数以千计的元器件合成为一,把它的散热更加缩短,这只是一个开始。

下面来看医疗方面的情况。通过3D打印已经制作了很多植入体,超过了50万个。在欧洲2007年已经得到了认证,美国2010年得到了认证,在中国2015年也已经获得了认证。我们叫史赛克骨科植入件,这些植入件都是一些激光打印的部件,去年就打印了5000件,他们也有计划要在未来进一步扩大。

而现在让我们来看一下汽车。通过汽车,增材制造可以为塞车增添无限可能,比如可以增加设计的自由度,我们也能够给汽车带来更好的性能。我们已经与好几家汽车公司合作,来设计出更好的赛车。看一下汽车本身,之前演讲人给大家放了宝马汽车的图片,我们现在也在与几家汽车厂商合作,他们正在考察目前的汽车热交换器,包括里航、活塞、燃油分布、进油管等等。在这方面我们都有机会用增材的方式来进行制造,这样我们可以降低能耗,提高性能。

对于轮胎来说也是如此,我们可以提高轮胎模具生产效率,这样能够更进一步提高生产的效率。如果大家注意一下这个图片,这是刀片状的轮胎花纹,这是由我们的机器所设计出来的。

现在来看一下GE增材在做一些什么。GE增材包括我们收购的5家公司,到今天我们已经在全球有9个站点,这9个站点都是在做增材,不管是在做工程中心,还是部件,还是设备,我们在全球一共有1200名员工,其中包括若干名是在中国的。这位是GE中国增材部门的负责人,如果大家有业务可以联络他。我们在全球装机量一共1300台,其中大约150台部署在中国,目前在全球正在接手的项目有1000多个,而且3D打印部件已经有5000件,而且我们相信到了2026年整个市场体量会到760亿美金,为什么是760亿呢?因为目前的制造业大概是十六到十七万亿美金那么多,就算是0.5%就是760亿。至于GE能够从中分得多少羹,我们也不知道。

这是完整的生态链,不管是设备、激光,还是电子光束,或者是喷射技术,或者是金属粉末,我们有各种各样正在研发的材料,或者是工程咨询服务,还有软件等等。另外我们要保证我们的质量保证体系,以及在有了GE的支撑下,能够帮助我们进一步提高客户的体验。
说到我们的工程咨询服务,我们会帮助客户定义,找出他们的问题,为他们进行定制化的设计,帮助客户能够进行生产,之后我们会向他们去展示如何控制质量的技巧。

最后一点我想说到教育话题,今天有来自学界的教授,我们和教授、大学有密切的合作,但是我们合作方式有所不同。我们花了1000万美金价值的机器,把他们分送到世界上各地的高中和大学,在去年的时候我们给中学和小学捐献了400台塑料打印机,这样中小学生可以学习3D打印。另外,我们还向全球各地的大学捐献了金属打印机,接下来还会捐献更多。

最后,我们相信合作,我们相信大家携手共创未来。增材是一个颠覆性的技术,通过我们的合作能够进一步将我们的梦想做的更大。

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澳大利亚金属增材制造公司 Titomic 近日宣布他们打造出了全世界最大的金属 3D 金属打印机!打印规模是 9 米长×3 米宽× 1.5 米高,用的是传统的冷喷涂技术。

先给大家解释一下什么叫冷喷涂技术,冷喷涂是一种金属、陶瓷喷涂工艺,但是它不同于传统热喷涂(超速火焰喷涂,等离子喷涂,爆炸喷涂等传统热喷涂)。

它不需要将喷涂的金属粒子融化,所以喷涂基体表面产生的温度不会超过 150 摄氏度。

同时,陶瓷烧结温度在 1500 摄氏度以上,所以冷喷涂可以将陶瓷涂层(如氧化铝)喷涂在几乎所有基体上。

这个号称世界上最大的 3D 打印机 用的就是这种技术。墨尔本的 Titomic 公司是一家增材制造公司,他们利用冷喷涂的原理 3D 打印钛合金部件。

我们可能对增材制造这个名词比较陌生,其实,增材制造就是 3D 打印,这种技术融合了计算机辅助设计、材料加工与成形技术、以数字模型文件为基础,通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料,按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积,制造出实体物品的制造技术。

相对于传统的、对原材料去除、切削、组装的加工模式不同,是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法,从无到有。这使得过去受到传统制造方式的约束,而无法实现的复杂结构件制造变为可能。

那么这个巨大的 3D 打印机有什么特别之处呢?最重要的一点就是它身形庞大,所以能 3D 打印庞大的物体,比如公交车。

其次,它功能还是很全面的,不论高尔夫球杆还是复杂的飞机机翼部件全都不在话下,而且打印金属自行车车架只用 25 分钟左右。

再有就是它的打印速度惊人。它每小时能处理约 45 公斤的材料,比现在市面上的速度最快的同类产品还要快 10-100 倍。

最后是,Titomic3D 打印机主打零浪费,打印多达的物品就用多少材料,如此一来不仅保护了环境还降低了成本。

说起最快的 3D 打印机,就想给大家介绍一下世界上最快的光固化 3D 打印技术。

它是总部位于美国加州的 UNIZ 公司研发的 SLASH 系列打印机,基于专利的液冷 LCD 光固化技术,速度超越同类产品近 100 倍。

最快是有多快?UNIZ 研发的光固化 3D 技术的桌面机可达到 1,000 毫升/小时的成型速度,位居世界第一。

等会儿,什么叫光固化技术? 30 多年前,3D 打印面世那天,就是从光固化技术(激光扫描)立体光刻技术开始的。所以光固化才是的老大。

这项技术是用光作引发剂,促使液态小分子发生一系列链式反应变为固态高分子,形成长链。整个过程在光照下进行,对光线的波长和强度都有要求。

但是 UNIZ 的光固化 3D 打印技术又是在传统技术上加以革新的,传统的光固化技术用的光源是激光,但是 UNIZ 的 3D 打印机则用的是 LED 阵列的面光源。

除此之外还并采用液晶屏作为掩膜,从而实现连续光固化,通过将数据文件处理成一层层的数据,每次曝光一层数据,通过每一层的叠加,将物体打印出来,效率大幅提高。

这款 3D 打印机可以打印很多东西,比如珠宝模具、汽车后视镜、牙齿模型、雕塑艺术品,甚至手办、手机壳等等。

SLASH 系列打印机能如此之快的另一个原因是它使用了液冷技术,这个技术申请了专利。

听起来好高深,帮大家简单解释一下。传统的 3D 打印技术一段时间之后反应界面温度会迅速升高,这是因为碳碳双键打开变为两个碳碳半单键会释放热能。

如果反应速度很快,单位时间释放出的热就将聚集起来,热量过多则会损坏打印机。这也是其速度一直提不上去的原因之一。

但是应用液冷技术就可以很好的解决这个难题。 SLASH 系列打印机在掩膜下设置了液冷系统,通过流动的液体将热量导出。

SLASH 系列打印机市场很广阔,可用于工业模具、医疗、珠宝、教育等领域。主要是因为其打印速度很快,所以广受欢迎。

举个例子来说,一般打印一套汽车模具需要一个月以上,而采用光固化打印模具可以把时间压缩到一至两天。

再比如打印牙齿模型,你知道为啥做颗烤瓷牙那么贵吗,因为多数是手工制作的工序繁琐,所以成本就很高,但是用光固化打印就能在很大程度上降低成本。

近年来,各式各样的 3D 打印机频出,都打着自己的旗号,要么是最快的,要么是最大的,还有的可以打印食物,房子等等,但不管是什么样的,都会让我们的生活变得越来越便捷。

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