航空航天、供应链问题、3D打印新材料,来自通快的对话 

3D打印新闻 /[访谈]
发布时间: 2021-07-21 10:13
加入通快前,Eliana Fu曾是Relativity Space公司的第20名员工,也是该公司的首位女工程师。现在她是通快北美公司激光部门的行业经理,其工作主要集中在航空航天和医疗市场的增材制造上。

近日,TCT Mag内容主管Laura Griffiths与Eliana Fu女士就目前增材制造技术的现状进行了一次深入沟通,内容包括供应链灵活性、新材料以及航空航天如何引领其他行业的增材制造创新。本次沟通以问答形式完成,以下是主要内容。
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■加入通快北美公司后,Eliana Fu从洛杉矶搬到了拉斯维加斯

Laura Griffiths:去年由于疫情缘故,引发了对行业供应链的讨论,其中就涉及了增材制造在其中的作用。您认为航空航天供应链的哪些方面可以从增材制造的灵活性中受益?Eliana Fu:在疫情期间以及之前的苏伊士运河危机,都可以看到供应链问题会给行业带来不小的影响。尤其是单一来源的长期组件或材料,如果企业没有对供应链问题足够重视,结果可想而知。

我认为增材制造可以缓解供应链的一些问题。某些部件比如非断裂关键部件可以通过3D打印制造,这将有助于减轻企业的负担。我们需要记住的是,不要再将时间浪费在发明轮子上,因为设计文件早已存在;也不要因为无法高压灭菌而为医疗应用选择错误的材料。多一点协调和文件共享,将有助于减轻企业们的负担。

Laura Griffiths:商业航空航天在去年受到严重挑战。在该行业试图恢复时,供应链的中断是否对增材制造技术和应用程序的采用产生了影响?能否在复苏中发挥作用?Eliana Fu:在我看来航空业会恢复到以往水平,只是时间问题。我认为,疫情反而将供应链以往的一些痛点反映了出来,而缓解这些痛点的方法之一就是使用增材制造技术。甚至有些企业在采用增材制造技术生产后,果断放弃了传统制造方式。
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■(来源:通快)
Laura Griffiths:在讨论航空航天增材制造时,“GE Leap Fuel”喷嘴仍然是最广为人知的应用。当然我们也看到了增材制造技术在其他航空航天终端零部件的实际案例,但这是否就说明了将航空航天部件送入空中具有挑战性?Eliana Fu:目前来看,我们仍然没有找到一种能够改变游戏规则的“金蛋型”产品。尽管已经打印了数百个部件和大量聚合物部件,并且已经在商用飞机上使用。似乎通过增材制造技术,可以实现航天计划中的任何部件构造。

但我们仍然需要非常仔细地评估3D打印部件在哪些方面确实有意义,或者在哪些方面使用传统制造仍然具有意义。成本等价并不总是一对一的,因为我们没有考虑诸如下游后处理、组件测试和集成以及所有这些类型的事情。所以,这些都是阻碍我们前进的因素。

Laura Griffiths:在加入通快之前,您在Relativity Space工作过。您能谈谈您在那里的经历以及是如何将传统制造的零件转变为仅限增材制造产品的吗?Eliana Fu:我在Relativity Space度过了愉快的时光。他们创造了很多第一。我认为Relativity Space的不同之处在于将流程引入内部,缩短交付周期,以及运用增材制造技术(不仅仅是构建独特的设计或组件),为客户提供了更快进入太空的解决方案。它为其他人将他们的产品送入太空创造了机会,为更多人开辟了太空飞行的可能性。
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■凭借500℃预热选项,用户可以打印Ti64、H11或H13制成的部件(来源:通快)

Laura Griffiths:您认为阻碍增材制造在航空航天领域加速发展的关键挑战有哪些?Eliana Fu:有些你认为增材制造可以制作出很酷的零件,然而事实是根本无法制造。原料匹配性和机器尺寸不适合,都让实现打印举步维艰。比如在金属材料中,有些材料就不适合增材制造工艺,因为等效材料无法焊接,它们会开裂。

因此,企业就需要和材料供应商合作,找出为增材制造设计的新材料方向以及确定与增材制造工艺相适合的材料类型。其他的一些事情就是技术的不断改进。例如,通快现有的TruPrint 5000粉末机床就可以实现500℃预热,这样就可以缓解上述的一些问题。

Laura Griffiths:您之前曾强调过为增材制造工艺专门开发新材料的重要性。你能谈谈这方面的进展吗?Eliana Fu:增材制造的主要材料有铬镍铁合金718或钛合金Ti-6Al-4V,这些材料之前在锻造行业已经使用了60多年。并且它们又都能被激光束熔化和固化,但这并不意味着我们应该原地踏步。相反,我们应该寻找专为增材制造设计的新材料,甚至考虑改变对现有合金的认知。

以高强度铝合金为例,其强度来源于一些低成本元素,而这些元素恰恰为材料提供了强化机制。通过激光粉末床将例如GR-Cop 42之类的铜合金用于火箭发动机制造,这本身就很有趣。另外,我们还需要继续降低钛合金的制造成本,或者找到可持续使用这种材料的方法,这也符合企业的绿色发展路线。
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■铜的增材制造技术发展正在开辟更多应用(来源:通快)

Laura Griffiths:在通快,我们看到绿光激光技术的进步提高了某些材料的生产率。这里有航空航天的机会吗?Eliana Fu:正如外界所知道的,绿光激光非常适合高反射材料铜、铝以及贵金属金、银和铂的加工。因此,使用更短的波长意味着加工材料能更多地吸收激光能量,而不是被反射掉。因此,使用绿色激光会实现更高的打印密度、更好的表面光洁度和更好的整体产品。

我看到绿色激光与诸如GR-Cop材料相结合后,能够打印出非常优异的产品例如火箭发动机部件,甚至是将商业纯铜应用于导电设备,无论是热交换器还是其他类型的热力设备,都具有很高的成功率。

Laura Griffiths:此前,您曾谈到航空航天在增材制造领域始终引领潮流。您能否详细说明这一点以及航空航天如何激发其他行业采用增材制造技术?Eliana Fu:我认为,航空航天一直是容易激发创新的行业领域。像魔术贴这样的东西,最早是为航天设计产品的结果。现在,我们也看到其他行业也运用增材制造技术来实现创新,同时解决了他们的问题。

未来,我认为医疗保健和医疗方面的定制化服务将是一个很大的市场,比如制作3D打印的定制钛胸腔、打印牙科组件和植入物。在搬到拉斯维加斯的几周前,我就在当地的Allegiant Stadium体育场看到了世界上最大的3D打印艺术雕塑。谈及家庭打印爱好者和手工艺人,DC Comics公司还发布了STL文件以便人们能在家中打印自己喜欢的字符。所以,增材制造有着光明的未来。
编辑丨Ringier,来源丨TCT Mag
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