3D 打印正在为设计工程师创造一个全新的世界，支持快速创建功能原型和最终使用部件。然而，正如 The Manufacturer 编辑团队在拜访位于比利时鲁汶的 3D 打印服务提供商 Materialise 时发现的那样，它远非一种放之四海而皆准的技术。增材制造，赋予 3D 打印应有的名称，是一项涉及无数工艺、技术和材料（包括金属、塑料和陶瓷）的多方面技术，每种工艺、技术和材料都适用于不同的功能和最终用途应用。不仅如此，该技术的最终用途也变得更加多样化。过去，3D 打印是快速成型的唯一领域。现在，Materialise 打印的零件中有超过 50% 用于最终用途。在这里，我们了解了一些可供考虑将 3D 打印引入其流程的制造商使用的技术。
金属 3D 打印/SLM
金属 3D 打印，或选择性 l激光熔化 (SLM)，将 3D 打印的设计灵活性与高性能金属合金的机械性能相结合，创造出独特、坚固和轻便的部件。在此过程中，激光束加热并熔化金属上层的选定部分下层区域已经是固体的粉末。一层完成后，金属粉末床将降低一层宽度，并涂上一层新的粉末——然后激光再次熔化金属粉末的选定区域。通过不断重复这些步骤，逐层创建具有支撑结构的组件。支撑在 SLM 中非常重要，因为它们不仅可以将组件固定到位，还可以吸收内应力、散热，从而防止变形和其他构造错误。SLM 的优势在于将 3D 打印的设计自由度与可以使用的各种金属的材料特性相结合。该技术使之成为可能在单个组件中实现高度复杂的几何形状。 Materialise 的 3D 打印部件示例 这使得创建轻型结构成为可能，不仅为汽车制造和航空航天领域带来重大好处，而且还为部件经常加速和减速的所有其他应用带来重大好处。 SLM 生产可用于许多最终产品，特别是当它们需要单独或小批量时。其中包括生产工具、模具和嵌件，还有备件。多射流融合 (MJF)
MJF 提供的快速构建时间为注塑成型提供了一个有吸引力的替代方案。由于不需要支撑结构和需要最少后处理的表面，该技术非常适用于功能原型和小批量甚至复杂的最终用途部件。虽然它基于粉末作为打印材料，但不使用激光。相反，它使用两个液体以及红外线。构建区域的粉末床在开始时被均匀加热，然后逐层应用各个粉末层。由于这个过程，MJF 提供了良好的时间可预测性；由于熔化过程不是基于激光运动，激光运动会根据要曝光的区域而变化，因此打印过程对每一层都花费完全相同的时间。这意味着可以精确预测打印时间。因此，用户可以受益于更短的交货时间和在一次构建作业中生产更多质量足够的组件的能力。MJF 生产的组件的强度源于所用粉末的细粒度性质。它可实现 80 微米的超薄层，打印时可生产出密度更高、孔隙率更低的组件。熔融沉积成型 (FDM)
FDM，也称为熔融长丝制造 (FFF)，是最先进的制造方法之一用于增材制造塑料组件的流行 3D 打印工艺TS。 FDM 基于热塑成型灯丝，它是一种可熔塑料，以线材形式提供在卷轴上。长丝通过挤出机喷嘴送入，材料在此处被加热，然后分层应用于构建平台上的所需区域。一旦一层的所有区域都被应用，喷嘴向上移动，下一层打印在下面的一层之上。FDM 将 3D 打印的设计自由度和快速交货时间与生产级热塑性塑料相结合，以制造具有出色机械性能的耐用部件特性。 FDM 是一种 3D 打印工艺，可用于创建几乎任何变形极低的几何体，因为加热仅在特定点进行，因此不会将热应力引入组件。原则上，结构尺寸是无限的，因为组件可以由不同的部分组成，打印后可以很容易地连接在一起。该过程的主要优点之一是机械 p可与 FDM 一起使用的材料的特性会随着时间的推移保持稳定。因此，这些组件不仅质量高，而且使用寿命非常长。选择性激光烧结
激光烧结是一种流行的多功能 3D 打印技术，这得益于其高精度、设计自由度和范围广泛的生产级材料。适用于生产生命周期的所有阶段，从原型制作到小批量或定制制造，激光烧结零件不需要支撑结构，甚至可以生产最复杂的几何形状。在激光烧结中，塑料粉末分布在整个表面使用滚筒或刮刀的构建平台，然后通过用高功率激光束熔化来选择性地粘合。一旦激光完全加工完第一层，平台就会降低，并涂上一层新的粉末。现在，激光熔化了该层中定义的区域。这个过程不断重复，逐渐创造SLS 的优点之一是不需要支撑结构，因为悬垂结构在粉末床中稳定。结果，可以创建任何三维几何图形。这些可能具有无法在传统机械或铸造制造中生产的底切。该工艺还可用于创建高度复杂的设计，例如一体成型的移动部件、铰链和链条，从而节省后续组装步骤或实现全新的设计解决方案和应用。激光烧结的另一个优点是可以将多个独立组件组合在一起在构建空间中同时打印。通过战略性地安排零件（嵌套），可以优化利用每台机器中的可用构建空间，例如，这使得小批量或不同原型变体的生产相对快速且具有成本效益。立体光刻
立体光刻是应用最广泛的3D打印技术之一狂欢。它的表面质量、产生精细细节的能力以及广泛的材料选择使其非常适合高质量的视觉模型和原型、复杂的美学零件以及真空铸造和失蜡铸造等技术的大师。该技术的基本版本基于在应用于平台的紫外线敏感液体树脂上，然后通过激光束选择性地固化，随着时间的推移，不同的变体从中演变而来。在制造过程中，平台逐渐降低，组件逐层生长。为了防止打印物体在树脂浴中移动，它通过支撑结构固定在构建平台上。SLA 的优势在于非常高的尺寸精度、高表面质量和相对较短的生产时间。此外，除了 Polyjet 之外，SLA 是唯一也可用于创建透明物体的增材制造技术。立体光刻也可用于临将大型组件合二为一。PolyJet
除了其高细节和光滑表面外，PolyJet 还具有独特的能力，可以在一次构建中使用多种材料打印精密零件和组件。单个部件可以包含不同的颜色、透明度水平以及不同的物理和机械特性，使 PolyJet 非常适合复杂的视觉模型和原型。在此过程中，光敏树脂通过打印头以超薄层的形式应用于构建平台——类似到喷墨打印机 - 并在应用后立即使用紫外线固化。对于复杂的几何形状和悬垂，还通过打印头应用凝胶状水溶性支撑材料。一层完成后，平台向下移动一层厚度，然后下一层紧随其后。PolyJet 打印机有多个打印头，可以在打印过程中组合不同的材料和不同的颜色。因此，特定的公司不仅可以可以实现颜色和硬度，但也可以在单个印刷过程中生产具有多种颜色和不同机械性能的组件。Polyjet 工艺的另一个特点是材料的透光率可以变化。甚至完全透明也是可能的。此外，该技术还可以打印非常精细的细节，因为层厚仅为 32 微米。Materialise Q&A
制造部门副总裁 Jurgen Laudus（下）和首席技术官 Bart van der Schueren（下） , Materialise，讨论增材制造领域的当前趋势。3D 打印的使用正在发生怎样的变化？
BvS：众所周知，3D 打印的第一个用例是在原型制作领域。我们看到的最重要的演变是客户现在希望使用该技术来制造最终用途零件。如果您将植入物的生产视为最终用途零件的典型示例，因为增材制造不会’t 不需要任何特定于产品的工具，我们可以在大规模个性化方面取得巨大进步。此外，越来越小的系列尺寸也有增长的趋势，这也非常适合增材制造。JL：我们打印的零件中有 50% 以上用于最终用途应用。因此，我们在3D打印的过程控制上投入了大量的精力。例如，我们从打印机和后处理中收集了大量数据，将所有这些数据整合在一起有助于行业更好地了解机器中发生的情况，并使我们能够开发最终用途零件应用程序. 与原型制作的一个关键区别在于，最终使用部件的安全性需要得到保证，特别是在航空航天和医疗等高度管制的行业（我们的许多产品最终都在这些领域）——此外，您还需要确保材料和部件特性符合要求每天和每年都一样。您需要可重复的生产和数据技术发展的关键不仅仅是原型制作。BvS：3D 打印本质上一直是一种数字技术，但多年来它一直被孤立。那是正在迅速变化的东西；后处理阶段正在经历数字化转型，这符合工业 4.0 的总体趋势，即传统制造技术正在变得更加数字化。这在今天意味着增材制造不再是孤立的技术，而是更大生产链中的步骤之一。而这正是通过数字技术实现的。3D 打印可以带来哪些优势来帮助制造商应对近期的挑战？
BvS：过去几年出现了各种各样的挑战，这让制造商开始思考如何让生产更具弹性，而增材制造无疑可以发挥作用。这是制造商从 COVID 危机中学到的东西，例如，支持链条突然断裂。在这里，增材制造表明零部件可以在需要的地方按需制造。这种在 COVID 期间引发的市场变化已被制造商接受，以进一步减轻供应链的不确定性。转向增材制造可以提高弹性，因为它可以帮助公司在他们需要零件的地方附近拥有一定水平的生产能力。这种本地生产允许以完全不同的方式看待产品开发。可以立即生产和优化零件，制造商甚至可以进行敏捷开发，让客户真正开发出性能符合要求的产品。这意味着制造商可以以更低的成本更快地进入市场，同时如果供应链中出现进一步的干扰，还可以依靠产品的数字资产。JL：我们已经看到制造商希望在过去的几年中，由于他们在供应链中遇到的问题而与我们交谈。许多公司都有大量库存，以防出现进一步的中断。由于数字库存，我们可以大大减少库存物品的数量，如果制造商需要零件，他们可以简单地打印一个。制造商已经意识到供应链不应该是理所当然的；并不是所有在世界另一端生产的零件都能在几天或几周内到达这里。这引起了人们对 3D 打印的浓厚兴趣，现在越来越多的制造商希望了解该技术能提供什么。3D 打印能为制造业带来什么好处？
JL：首先，你不知道需要制作模具，这消除了通常与传统制造方法相关的启动成本。其次，有更多的自由度，使零件的设计变得更加复杂而无需额外成本。第三，零件可以在本地生产，最大限度地减少供应链中断。越来越多的制造商开始意识到这些好处。然而，虽然一些制造商知道他们想要到达哪里，但其他制造商却不知道从哪里开始。正如所讨论的，可用的技术和材料范围很广，那么制造商应该首先关注什么？他们如何确保 3D 打印为他们提供与传统制造方法相同（或更好）的结果？这就是为什么我们认为我们的 Mindware 产品如此重要。它向制造商展示了如何以最佳方式使用技术；哪些是正确的应用程序和部件，可以从哪些风险最小的地方着手。我们帮助我们的客户踏上旅程。BvS：技术发展使 3D 打印机更易于使用，并且有更多可用材料，因此制造商有更多选择。此外，数字过程是beco明更加发达，这很重要，因为增材制造仍然是一项处于起步阶段的技术。仍然有很多未知数，但通过将整个过程数字化，在机器上收集数据并使其可用，它可以帮助最终用户更好地了解流程的运作方式以及您需要做什么来保持生产流程的稳定。这是增材制造向中型批量生产迈出的重要一步。还有环境效益。增材制造本身不一定是环保的，因为制造原材料和制造实际零件需要大量能源。但是，正如所讨论的，在需要的地方生产零件是增材制造的一个特点，但这也具有环保优势。大多数人没有意识到生产了多少备件。这些正在填满仓库，而且通常从未使用过。 3D 打印意味着按需生产；制造商不必过度生产和生产备件，因此降低了库存风险。此外，增材制造可以减轻重量。这对于任何具有运动部件的东西都很重要，因为运动需要能量。因此，部件越轻，所需能源越少，产品对环境的影响就越大。3D 打印在未来制造业中的作用是什么？
BvS：我相信增材制造制造将成为生产链中不可或缺的一部分。增材制造所允许的生产自由度使得能够在单个组件中组合更多功能。这意味着您可以节省装配成本并制造传统技术无法生产的复杂零件。增材制造正在真正成长为一种成熟的生产技术。有关创新的更多故事，请单击此处。
