由于增材制造越來越有吸引力，材料制造商在開發(fā)新的金屬3D打印材料方面投入了更多資金。這與10年前甚至僅僅5年前相比簡直是一個巨大的變化，當時市場規(guī)模不夠大，技術不夠先進，不足以讓材料制造商在這3D打印材料上冒險。金屬增材制造在過去十年中走了多遠，以及前景如何？我們向金屬增材制造領域的四位專家了解了他們的見解：

惠普3D打印融合科學全球主管Cheryl MacLeod：當惠普于2015年進入AM時，硅谷計算機巨頭希望采用新方法開發(fā)金屬材料。惠普當時注意到原型設備市場缺乏，因此它與英國航空航天和汽車零部件公司GKN合作開始了Metal Jet生產(chǎn)服務。由此，惠普現(xiàn)在為汽車、工業(yè)和醫(yī)療客戶生產(chǎn)定制的不銹鋼粉末，包括大眾汽車、GKN、威樂和Parmatech。惠普通過其開放式材料平臺繼續(xù)開發(fā)新材料，用于Metal Jet和Multi Jet Fusion。

Sandvik Osprey公司業(yè)務開發(fā)經(jīng)理Keith Murray：近20年來，Osprey CE與Sandvik合作開發(fā)了可控膨脹合金和金屬粉末。該材料計劃提供全系列材料：鐵基合金（不銹鋼和馬氏體時效鋼）、鎳合金、銅合金和鈷合金、以及鋁和鈦。Sandvik創(chuàng)造了自己的氣體霧化技術，其能力范圍從為原型開發(fā)提供小規(guī)模金屬粉末到大規(guī)模生產(chǎn)的大批量生產(chǎn)。

Elementum 3D的總裁兼創(chuàng)始人Jacob Nuechterlein：作為AM材料、參數(shù)和研究開發(fā)的公司，我們處于生產(chǎn)新金屬合金和復合材料的*前沿。擁有冶金背景的Nuechterlein于2014年在位于科羅拉多州Erie的公司成立，以擴大合金產(chǎn)品組合。四年前，市場上只有12種商業(yè)金屬合金，而鋁材料有60多種。隨著激光粉末床的發(fā)展，Elementum 3D已經(jīng)開發(fā)了許多鋁合金“超材料”，如鎢和鉭，鋼和鎳基合金，以及銅等耐火材料。

Praxair Surface Technologies增材制造業(yè)務經(jīng)理Andy Shives：工業(yè)氣體生產(chǎn)商Praxair公司通過熱噴涂涂層市場生產(chǎn)金屬粉末已有50多年的歷史。因此，它的AM部門Praxair Surface Technologies（PST）在過去十年中已成為全球*大的金屬增材制造商之一。PST現(xiàn)在的經(jīng)營面積為300,000平方英尺。印第安納波利斯的工廠致力于生產(chǎn)金屬和陶瓷粉末。PST將鎳、鈷、鐵、鈦和銅基合金霧化，適用于幾乎所有相關市場：航空航天、能源和工業(yè)，以及汽車和醫(yī)療行業(yè)的擴展范圍。

Q：增材制造材料開發(fā)的速度與五到十年前相比如何？

Andy Shives：10年前，許多大型企業(yè)甚至都沒有參與增材制造，更不用說金屬增材制造了。但即使在今天，它仍處于早期階段。生產(chǎn)中的應用程序或部件的數(shù)量仍然很少。現(xiàn)在，尤其是在過去的五年中，人們對哪些合金是可打印的，以及在某些過程中需要更多地觀察哪些合金的知識已經(jīng)有了很大的提高。例如，一種合金可以很好地用于激光粉末床工藝，但在電子束工藝中卻不能很好地運用。現(xiàn)在客戶真正了解了哪種合金*適合特定應用。我們已經(jīng)看到過去兩到三年內(nèi)這種情況顯著增加。

Keith Murray：如果我們在2007年進行了這次談話，你問我在哪里看到技術發(fā)展，我想任何人都會發(fā)現(xiàn)很難真正預測它會走多遠。如果你回到那時，全世界可能安裝了100臺機器。這是一個非常小眾的應用和技術。起初它只是我們業(yè)務的一個有趣的補充部分，但顯然這些年來發(fā)生了很大變化。從10年前開始，行業(yè)規(guī)模、創(chuàng)新水平、興趣水平和材料需求水平都發(fā)生了翻天覆地的變化。

Jacob Nuechterlein：尤其是，其中一些與我們可用于材料開發(fā)和一般打印的計算能力和工具有關。設備的靈活性已經(jīng)使我們深入了解它是如何工作的，以及我們?nèi)绾问顾�變得更好。現(xiàn)在人們現(xiàn)在明白何為AM材料霧化，他們看到了它的市場。在過去，有很多變量，現(xiàn)在人們已經(jīng)學會了不同的交易技巧，以便您可以獲得更一致的產(chǎn)品。有更多地方可以采購不同的材料。我認為，競爭會產(chǎn)生更好的產(chǎn)品。

Q：制造商是否更公開地采用3D打印作為真正的制造選擇？

Cheryl MacLeod：這是肯定的，展望未來，我們相信材料開發(fā)將會出現(xiàn)爆 炸式增長。更多材料合作伙伴有興趣發(fā)展他們制造AM粉末的能力，隨著技術變得更適合生產(chǎn)，我們看到公司更愿意投資更廣泛的高性能材料。我們正處于拐點，技術*終開始達到成熟水平，這將使其超越原型設計和小批量生產(chǎn)，并逐步實現(xiàn)全面生產(chǎn)。問題不在于3D打印是否會成為全球大規(guī)模生產(chǎn)的新平臺，而是時候到了。

Jacob Nuechterlein：我今天的談話與我創(chuàng)辦公司時的談話完全不同。過去，即使是四年前，人們會更多地談論“AM是什么？”，而現(xiàn)在談話內(nèi)容更多時候是“如何使用AM？”。這是非常不同的對話。

Andy Shives：五年前，許多公司仍在探索是否應該購買一臺或幾臺機器——或者他們本可以與擁有機器的外部承包商合作。現(xiàn)在很多這些公司至少有一臺金屬打印機在內(nèi)部進行自己的研究。所以，他們已經(jīng)做了初期投資。它已經(jīng)足夠重要了。

Q：現(xiàn)在影響3D打印材料發(fā)展的因素是什么？

Keith Murray：它仍然是一個多元化的領域。在自己的制造過程中，有不同的影響對于公司而言是一個很好的附加旅程。他們越來越接近，將它作為一種嚴肅的生產(chǎn)工具，推動開發(fā)改進材料和一致性，而不僅僅是為了在工藝方面、材料特性有更好的再現(xiàn)性。所以它真的是要理解細節(jié)和細化規(guī)范，以便為您提供一個在工業(yè)基礎上穩(wěn)定的工藝。

Cheryl MacLeod：目前*大的影響力是制造商從原型制造到生產(chǎn)的轉變。這對材料產(chǎn)生了巨大影響——從擅長原型制作的材料轉變?yōu)楦�適合生產(chǎn)的材料。對于金屬而言，這完全取決于生產(chǎn)。我們認識到，行業(yè)領導者的開放生態(tài)系統(tǒng)對于更大的創(chuàng)新、突破性經(jīng)濟以及3D打印材料和應用的更快開發(fā)至關重要。當您查看垂直市場或任何您看到批量生產(chǎn)的地方時，大多數(shù)都有一套特定的規(guī)律、文檔和流程已成為這些垂直行業(yè)的既定規(guī)范。

Andy Shives：許多客戶開始使用的許多合金都來自不同市場的規(guī)格，例如鑄造和鍛造。它們不是為增材過程編寫的。我們現(xiàn)在看到的是客戶越來越熟悉增材制造機器，各種技術以及創(chuàng)建自定義參數(shù)集。現(xiàn)在為AM設計規(guī)范，由此產(chǎn)生的是合金化學和粒度分布的調(diào)整。您所了解的定制合金可能與眾所周知的標準合金有所不同。或者它可能是一種真正為增材制造設計和制造的全新合金。

Q：進一步推動材料開發(fā)還有哪些障礙？

Cheryl MacLeod：雖然3D打印已經(jīng)存在了30多年，許多工程師仍然在思考如何將技術和材料首次引入應用——盡管該領域已經(jīng)有很多創(chuàng)新。例如，我們?nèi)匀粡牟牧辖嵌攘私夥勰┐睞M工藝所需的內(nèi)容，并弄清楚如何更好地將核心材料與每個工藝的實際輪廓相匹配。注射成型已經(jīng)有了一個世紀的時間來解決這個問題。

Jacob Nuechterlein：具體而言，材料開發(fā)的障礙是能力和結果。您希望能夠說這一批與下一批是一樣的，但客戶需要大量數(shù)據(jù)。對于我們發(fā)布的每種材料，我們必須生成大量數(shù)據(jù)，以使客戶在大批量生產(chǎn)之前感到舒適。無論在哪使用，都要有一定的靈活性和風險承受能力。但是，如果您正在談論制作整個制造過程并且您將要購買20臺，30臺打印機，那么您希望對材料在您的部件中的表現(xiàn)令你非常滿意。

Keith Murray：標準化是一個非常重要的話題。現(xiàn)在有不同的委員會，如美國的美國測試和材料協(xié)會（ASTM）F42組以及更多以歐洲為基礎的ISO / TC 261委員會。但它也在研究合作。我們的材料公司擁有150多年的加工材料歷史。我們對材料方面有很多固有的知識——可能比構建機器的一些技術公司更為重要。因此，您已經(jīng)匯集了合作，利用相對優(yōu)勢——材料和流程——來提供整個解決方案。技術的迅速發(fā)展如此迅速，試圖跟上并覆蓋所有應用可能非常具有挑戰(zhàn)性。

Q：機器開發(fā)商和原始設備制造商之間的關系是否仍然在推動3D打印材料開發(fā)方面發(fā)揮著至關重要的作用？

Andy Shives：有些設備OEM與某些終端客戶密切合作進行驗證。我們看到很多做專有參數(shù)集的OEM都會自己做很多驗證。很秘密和專有，他們不希望設備公司或其他供應商確切地知道他們正在做什么應用或設計。

Cheryl MacLeod：我們的愿景是將我們的開放式材料平臺更深入地擴展到金屬中，以便每個人都可以在我們的平臺上輕松創(chuàng)新。我們與認證材料合作伙伴的合作取得了進展。當科學被很好地理解，它被簡化為一組預測建模和軟件工具，幾乎任何人都可以使用時，可能會有一個附加點。在那時，原始設備制造商和材料公司之間的深層關系將不那么重要，但這對于增材制造來說還不存在。

Jacob Nuechterlein：甚至超過了這個范圍。現(xiàn)在有很多不同的選擇，關于你將如何做出自己的貢獻，以及為什么你要再次成為這一部分。當然，機器制造商正在推動該行業(yè)的*大部分，但不是全部。現(xiàn)在它開始出現(xiàn)在需要搞清楚的個人應用程序中。AM非常適合這種情況，特別是對于小型制造公司而言。我想說我們四分之一的業(yè)務是尋找如何用功能原型來制作單個零件的小公司。

Q：在不久的將來，影響3D打印材料開發(fā)的*重要的事情是什么？

Andy Shives：一個重大轉變可能是3D打印的設計。行業(yè)中的下一代工程師正在接受不同的培訓，以設計新零件。在過去的幾年中，人們對此非常關注。我們開始看到大型原始設備制造商的早期階段。因此，一旦增材制造應用的這些新設計得到市場的確認和驗證，我們將開始看到產(chǎn)量進一步增加。

Keith Murray：我不確定下一件大事，但它是提高性能和成本效率的結合。您是否可以開發(fā)一種具有較低內(nèi)在金屬成本的材料來替換現(xiàn)有的一些材料？但這是關于推動材料的發(fā)展。在鐵基材料中，它涉及提高工具應用等方面的耐用性和性能。在高溫鎳基高溫合金中，它正在研究下一代這些材料，并試圖對其進行優(yōu)化。

Jacob Nuechterlein：我認為我們將會看到大量不同的鋼材涌入并能夠打印鋼材。今天的鋼鐵打印真的很難。有幾個原因有待解決，但這需要弄清楚如何正確焊接這些不同的材料。而且不僅僅是焊接它們，而是以非常非常高的冷卻速率焊接它們以防止開裂或其他問題。汽車、工具、石油和天然氣等行業(yè)對鋁基，鈦基和鎳基高溫合金的使用較少。他們需要高性能鋼。許多這些打印機正由機械工程師或機械師使用，他們不一定非常了解材料的形成方式。你必須擁有與冶金、熱處理、產(chǎn)品成型以及在打印時形成不同相的真正相關的知識。