在過(guò)去的幾年里，F(xiàn)-ILT的科學(xué)家們一直在開(kāi)發(fā)添加激光粉末床融合技術(shù)，從原型技術(shù)到小型復(fù)雜零件的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。LPBF已被用于航空航天、渦輪機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備等工業(yè)生產(chǎn)復(fù)雜的功能部件。然而，一個(gè)缺點(diǎn)是不可能打印三維硬化零件（金屬零件表面強(qiáng)化工藝）和熱處理鋼：在LPBF工藝中，可以額外制造合適的合金和鍛件，而不會(huì)產(chǎn)生裂紋或缺陷。目前，沒(méi)有足夠的材料用于工業(yè)制造。
正是由于這個(gè)原因，由NRW的Leitmark支持項(xiàng)目支持的四家工廠工程公司SMS集團(tuán)，德國(guó)Eelstahlwerke特鋼，Kreeld，F(xiàn)raunhofer ILT分裂錐和F-ILT，啟動(dòng)了AddSteel項(xiàng)目，以開(kāi)發(fā)新的鋼鐵材料。AddSteel項(xiàng)目合作伙伴選擇在迭代過(guò)程中開(kāi)發(fā)合金，并對(duì)LPBF工藝和設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整。之后，將為制造將用于測(cè)試和驗(yàn)證性能和成本效益的新組件和備件而構(gòu)建技術(shù)抗議者。
新型合金前景
沃格爾波特說(shuō)：“短信集團(tuán)已經(jīng)建立了一個(gè)工廠，可以噴嘴正確的金屬粉末。"在合金被轉(zhuǎn)化為粉末后,德國(guó)EdelasthlWerke特殊鋼目前正在供應(yīng)新的合金,"Fraunhofer ILT"不久將在其LPBF系統(tǒng)上進(jìn)行測(cè)試。
任何有興趣的人都有機(jī)會(huì)在11號(hào)展廳的Fraunhofer聯(lián)合展覽D51上了解更多關(guān)于AddSteel項(xiàng)目的信息。FormNext 2019將于2019年11月19日至22日在法蘭克福舉辦關(guān)于材料制造和下一代工業(yè)生產(chǎn)的展覽和會(huì)議。

金屬粉末行業(yè)聯(lián)合會(huì)發(fā)布增材制造標(biāo)準(zhǔn)
最近，全球金屬粉末工業(yè)聯(lián)合會(huì)（MPIF）發(fā)布了《金屬添加制造粉末表征標(biāo)準(zhǔn)綱要》。該文件匯編了九種與金屬粉末原料有關(guān)的現(xiàn)有測(cè)試方法，以幫助設(shè)計(jì)者和制造商“澄清技術(shù)，幫助企業(yè)”。
擁有粉末冶金50多年
MPIF成立于1944年，是第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)總部設(shè)在新澤西州普林斯頓的一個(gè)非營(yíng)利組織。目前，協(xié)會(huì)由六個(gè)行業(yè)協(xié)會(huì)組成，包括金屬注射成型協(xié)會(huì)、耐火金屬協(xié)會(huì)和金屬添加劑制造協(xié)會(huì)。其成員包括HP、LPW、GE添加劑、Exone和桌面金屬。
總體來(lái)說(shuō)，MPIF是為了滿足這些行業(yè)的利益，通過(guò)一系列的資源、活動(dòng)和培訓(xùn)來(lái)幫助員工了解情況。
它的粉末冶金基礎(chǔ)短期課程，包括添加劑制造模塊，被稱為“粉末冶金行業(yè)最長(zhǎng)的操作流程”，已經(jīng)活躍了50多年。
金屬合金粉末。
確保粉末與流動(dòng)一致
MPIF最近出版的系列包含粉末樣品制備、材料純度、流動(dòng)特性、粒度和粉末包裝的標(biāo)準(zhǔn)。例如，MPIF標(biāo)準(zhǔn)02描述了一種檢測(cè)金屬粉末中氧、碳和硫等雜質(zhì)的方法。作為MPIF的詳細(xì)信息，“通常，本試驗(yàn)中獲得的主要信息是粉末中含有的易氧化物的量。如果粉末含有明顯的水分，也可以顯示出來(lái)。“測(cè)試完成決定了可能影響合金質(zhì)量和總體工藝控制的因素。
自2000年以來(lái)，模具工業(yè)以每年20%的速度增長(zhǎng)?！笆晃濉逼陂g，產(chǎn)銷兩旺，產(chǎn)量、質(zhì)量、水平進(jìn)一步提高。尤其是汽車制造業(yè)和IT制造業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了模具等級(jí)的提高。優(yōu)良的模具制造設(shè)備為提高模具技術(shù)水平提供了保障。
目前，中國(guó)制造業(yè)的快速原型占整個(gè)模型產(chǎn)業(yè)的30%左右。隨著我國(guó)汽車、家電、電子通訊及各種產(chǎn)品的快速發(fā)展，預(yù)計(jì)未來(lái)車型市場(chǎng)中塑料車型占總車型的比例將逐步提高，發(fā)展速度將加快。比其他模具快。"羅百輝"說(shuō)，以汽車工業(yè)為例，在汽車生產(chǎn)中，各種功能部件必須依靠模具成型，只制造普通汽車需要200多個(gè)內(nèi)部裝飾模具，并從模型行業(yè)的生產(chǎn)能力制造保險(xiǎn)杠、儀表板、燃油箱、方向盤(pán)和其他大中型塑料模具，目前的滿意度僅為20%左右。
深圳市手板模型公司認(rèn)為，隨著汽車市場(chǎng)的不斷復(fù)蘇，中國(guó)政府推出的“新舊交替”補(bǔ)貼政策，以及3D打印在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，中國(guó)的3D打印模型得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。近年來(lái)PED發(fā)展迅速，汽車模型市場(chǎng)潛力巨大。

1.金屬材料3D打印技術(shù)
三維打印的鈦合金大整體主軸承結(jié)構(gòu)等大型零件的金屬材料性能可以達(dá)到或接近鍛件的水平。利用三維打印技術(shù)對(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行修復(fù)，實(shí)現(xiàn)了三維打印和零件基體結(jié)合區(qū)域的性能，以滿足零件的要求。與傳統(tǒng)焊接相比，金屬3D打印修復(fù)具有以下特點(diǎn)：
主要結(jié)果如下：(1)熱影響區(qū)小，不影響基體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布；
（2）無(wú)需加熱及后續(xù)熱處理;
（3）3D打印結(jié)構(gòu)緊湊，與基體冶金結(jié)合，性能接近零件原始結(jié)構(gòu)。
(4)三維打印區(qū)的組織和性能達(dá)到鍛件的水平；
（5）自動(dòng)化控制，加工余量少。
1.1 大型鍛件局部3D打印成形
以AP 1000核電主管線為例，要求超低碳氮控不銹鋼整體鍛造。鍛件生產(chǎn)的主要難點(diǎn)是形成兩個(gè)噴嘴，鍛件的材料利用率低于15%。受渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)葉片三維打印修復(fù)技術(shù)的啟發(fā)，核電主管道的成形可以簡(jiǎn)化為鍛造或擠壓不銹鋼管+三維打印噴嘴。該方法可大大降低核電主管道的生產(chǎn)難度和成本。
具有局部難成形特性的大型鍛件，如核電主管線和多噴嘴頭，可通過(guò)三維打印成形。該方法在保證鍛件整體質(zhì)量的前提下，大大降低了鍛件的生產(chǎn)難度、成本和周期。此外，大鍛件局部三維打印的思想還可以擴(kuò)展到大鍛件的三維打印拼焊技術(shù)。如果三維打印區(qū)、三維打印區(qū)和基體鍵合區(qū)的金屬材料性能能夠滿足鍛件的要求，說(shuō)明三維打印焊接鍛件可以替代整體大型鍛件。
1.2 大型鍛件缺陷修復(fù)
大型鍛件表面和內(nèi)部的超標(biāo)缺陷，以及由于材料不足而造成的加工余量不足，可能導(dǎo)致整個(gè)鍛件報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和能源浪費(fèi)。由于焊接組織的性能低于鍛件，鍛件一般不允許補(bǔ)焊，但金屬三維打印技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種情況。目前，金屬3D打印的一些材料性能已達(dá)到鍛造水平。如果三維打印結(jié)構(gòu)與鍛造基體的結(jié)合能夠滿足鍛造的要求，可以采用三維打印技術(shù)對(duì)大鍛件的缺陷區(qū)域進(jìn)行局部修復(fù)，提高鍛造合格率。未來(lái)，隨著3D打印技術(shù)的改進(jìn)，與大型鑄件的允許補(bǔ)焊類似，大型鍛件也允許3D打印和修復(fù)，這將是大型鍛件生產(chǎn)工藝的革命性突破。
1.3 大型零件在線修復(fù)
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、渦輪葉片、船用曲軸等大型零部件在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)局部裂紋、磨損和變形。傳統(tǒng)的補(bǔ)焊方法只能通過(guò)機(jī)加工、預(yù)熱、焊接、機(jī)加工、熱處理等工藝進(jìn)行修復(fù)。維修工作需要在大型專業(yè)設(shè)備上進(jìn)行，但維修面積的性能低于原零部件組織的性能，增加了維修成本，維修周期和維修效果不理想。由機(jī)器人和3D打印技術(shù)組成的便攜式金屬3D打印設(shè)備，可以改變這種狀況，實(shí)現(xiàn)大型零件的現(xiàn)場(chǎng)維修，甚至在線維修。機(jī)器人金屬三維印刷技術(shù)修補(bǔ)大部件的具體操作步驟如下：
（1）確定修理方案，對(duì)修理區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理；
(2)利用三維成像技術(shù)對(duì)修復(fù)區(qū)進(jìn)行三維逆向建模；
(3)將修復(fù)區(qū)域的三維模型轉(zhuǎn)化為機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡。
(4)確定3D打印參數(shù)，定位機(jī)器人，修復(fù)；
（5）修補(bǔ)區(qū)域的表面處理和檢查。
今天，很多飛機(jī)部件都是3D打印的，當(dāng)然，保證這些部件的質(zhì)量是非常重要的。雖然添加劑制造具有巨大的潛力，但確保印刷質(zhì)量和了解如何達(dá)到預(yù)期的質(zhì)量是一個(gè)值得研究的領(lǐng)域。
模擬可以幫助這一點(diǎn)，模擬可以證明和模擬金屬激光熔煉的過(guò)程和價(jià)值。它不僅有助于減少故障，而且有助于提高零件的質(zhì)量，有助于縮短制造商的學(xué)習(xí)曲線。
你猜怎么著？你不必付這么昂貴的學(xué)費(fèi)?！?br> 許多制造商不知道如何考慮材料的特性以及這些特性如何影響最終產(chǎn)品或其加工性能。大多數(shù)時(shí)候，我們都能得到滿意的印刷效果，基于廠家的不斷嘗試，不斷“交學(xué)費(fèi)”的結(jié)果。
模擬研究了粉末材料在激光燒結(jié)過(guò)程中的行為預(yù)測(cè)以及不同材料性能對(duì)產(chǎn)品性能的影響。
當(dāng)然，除了材料的特點(diǎn)外，在不同材料添加制造設(shè)備的細(xì)節(jié)上也有許多不同之處。建模和仿真的挑戰(zhàn)是捕捉特定制造商的獨(dú)特性。從質(zhì)量和認(rèn)證的角度來(lái)看，仿真軟件需要與不同的設(shè)備協(xié)作，根據(jù)物理可量化的機(jī)器參數(shù)建立數(shù)據(jù)文件。其他因素，包括粉末后處理變體，也需要考慮性能的添加劑制造結(jié)果。
這帶來(lái)了模擬的復(fù)雜性。相對(duì)來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)材料添加制造建模所需的幾何形狀比較簡(jiǎn)單，難點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)非常嚴(yán)格的性能標(biāo)準(zhǔn)，包括強(qiáng)度和疲勞性能，尤其是在航空航天領(lǐng)域。
仿真軟件本身也需要不斷優(yōu)化，這就需要整合整個(gè)增量制造生態(tài)系統(tǒng)。仿真軟件需要與機(jī)器制造商合作，以獲得設(shè)備物理參數(shù)的權(quán)利。需要與材料供應(yīng)商合作，確保材料的科學(xué)指標(biāo)是正確的。它需要與測(cè)試專家合作，以確保它正在進(jìn)行中。測(cè)試的部件是正確的；需要與用戶合作，以確保更多的預(yù)測(cè)與實(shí)際結(jié)果相匹配。根據(jù)所有材料、設(shè)備和產(chǎn)品的關(guān)鍵信息，預(yù)測(cè)如何改變材料、機(jī)器和模型。模擬的最終目標(biāo)是讓人們不需要支付“學(xué)費(fèi)”，把設(shè)備當(dāng)作測(cè)試產(chǎn)品。模擬的目的是為了避免浪費(fèi)時(shí)間、金錢(qián)和錯(cuò)誤。