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3D打印

探索美鋁要分拆的Arconic如何玩金屬3D打印?

發布日期:2022-10-09 點擊率:195


  美鋁公司是全球輕金屬技術、工程與制造的領導者,開創了推動世界發展的多種材料解決方案,提供由鈦、鎳和鋁制成的增值產品,并生產世界一流的鋁土礦、氧化鋁和原鋁產品。

  美鋁分拆的Arconic業務圖,圖片來源:am

  正如像殼牌、美孚、BP、雪佛龍這些石油公司有著上游的石油天然氣勘探開采業務,又有著下游的化工與潤滑油業務類似。現在,美鋁要分拆出下游業務的公司Arconic,這家公司的主要業務將包括金屬粉末生產、3D打印、熱等靜壓、鍛造、鑄造、機加工、質量檢測。

  粉末床選擇性激光燒結技術方面,美鋁做出了不斷的嘗試,在Pittsburgh,美鋁還擁有EBAM電子束融化焊接技術用來生產大尺寸的鍛造性能的金屬零件。早在2014年,美鋁就宣布了要采取3D打印技術來制造噴氣發動機零件,因為美鋁發現例如噴氣發動機這樣的葉片,用傳統方法生產從設計到成品,約為一年,而使用3D打印技術,時間可以減少到僅僅25周。除了減少了一半以上的時間,新產品開發的成本可能比傳統工藝減少25%。并且三維建模過程中允許復雜組件的設計可以轉為現實,這都縮短了漫長的開發過程。

  美鋁EBAM設備,圖片來源:am

  事實上,原材料的性質直接影響到金屬3D打印的產品質量,美鋁在這方面投入了大量的人力和物力。美鋁的工程師們已經很清楚的知道,不同的金屬打印設備更適合加工哪些品類的金屬粉末,而在實際加工過程中,如何實現對加工參數的最佳設置使得加工出想要的產品來,這涉及到對產品的幾何槽形的控制以及材料融化過程中的控制,而要達到如此細微程度的操控水平,就需要大量的實驗驗證以及建立嚴格的操作紀律。

  美鋁為Orion打印的通風帽航空航天零件,圖片來源:am

  通過自我發展和兼并收購,美鋁快速發展了貫穿增材制造整個工藝鏈的工程能力,他們不僅僅對增材制造有著基于大量操作實踐的了解,還在包括熱等靜壓這些后處理工藝上進行了大量的投資。美鋁自身的能力就可以滿足對增材制造流程中每個環節的把控,而他們甚至可以根據特定的加工需求來開發特定的金屬粉末,然后通過增材制造的工藝將其制造出來,再進行后處理和質量檢測。空客就是美鋁目前的主要客戶之一,美鋁為他們提供從材料到成品的一攬子服務。目前,美鋁已經在密歇根的Whitehall投資了2千多萬美元用來提高對3D打印的金屬零部件后處理中熱等靜壓的能力。

  美鋁的熱等靜壓設備,圖片來源:am

  而單獨將下游服務業務以Arconic公司的名義拆分出來,無疑美鋁十分看重圍繞著增材制造的行業市場前景。美鋁認為相比于傳統制造來說,增材制造可以制造出復雜的幾何結構,這使得很多傳統制造方式無法實現,也突出了增材制造的優勢。然而,復雜性并不是最重要的,對于用戶來說,他們想要更輕、更強、更耐疲勞、更不容易損壞掉的零件。而金屬3D打印通過金屬粉末的快速結晶方式來制造產品,這使得如何控制結晶水平變得尤為重要。

  美鋁的專有的“Ampliforge”過程就是一個例子,它結合了鍛造與增材制造兩種工藝。在這個過程中,先是通過增材制造來制作毛坯件,然后通過鍛壓來進行后處理。當然,在這個過程中預成型件只需要一次鍛壓,而不是典型鍛造過程中的11或12次。通過這樣的加工方法,這個零件實際上變成了一個鍛件。

  不僅僅是因為有自己的核心技術,美鋁只所以分拆出Arconic的另一個原因是為了滿足各方面的市場需求,不僅僅是航空航天領域對于增材制造的需求在快速增長,包括汽車行業,體育用品領域的需求也在日益突出起來。雖然當前對金屬3D打印的目光聚焦在航空航天和醫療領域,但是美鋁也十分重視其他領域,美鋁認為對于航空航天核心零部件的設計優化通常要持續7年,而對于方程式賽車的零件優化有時候可以短到8周就實現了。而美鋁并不認為航空航天在應用增材制造技術方面是最神秘的行業,最神秘的行業是消費運動品行業。

  美鋁的做法可謂是全面撒網,重點培養。的確,現在的3D打印所處的階段頗類似于美國西部大開發的感覺,每家公司對這項技術的潛力和前景的看法都不一樣,但一致的看法是,你必須了解整個流程鏈,只有在整個工藝鏈上平均用力,你才能在每個點上獲得比別人領先的學習曲線,而領先就意味著競爭力。

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