增材制造正用于大型零件、能源零件等。
辛辛那提公司销售其大面积增材制造 (BAAM) 3D 打印机。 （由辛辛那提提供）增材制造 (AM) 正被用于制造各种应用的零件，例如飞机和汽车生产、牙科修复、医疗植入物等。通过重新定义标准并改变各个行业的认证和分类系统，AM 正在改变制造商创建、定制、维修和生产零件的方式。
AM 的应用包括小型、大型和介于两者之间的零件。例如，在几年前的一个贸易展上，辛辛那提公司仅用了 44 小时就打印出了 1,000 磅重的车身。位于俄亥俄州哈里森市的辛辛那提市销售自己的 BAAM（大面积增材制造）和 SAAM（小面积增材制造）增材制造）3D 打印机，增材制造产品和销售经理 Rick Neff 表示。
BAAM 是一种工业级增材制造机器，采用了辛辛那提激光平台的设计和技术，包括机架、运动系统和控制——并与挤出机和进料系统相适应。 SAAM 针对碳纤维复合材料 3D 打印进行了优化，并通过 Cincinnati 获得专利的自动弹出系统实现了连续、无人值守的 3D 打印。
专注于生产零件
对大型-根据田纳西州克林顿 Techmer PM LLC 的全资子公司 Techmer ES 的新兴市场经理 Don Edens 的说法，生产规模项目的速度呈指数级增长，这推动了部分 AM 的发展。
Edens 指出，大型碳纤维增强聚合物 (CFRP) 部件的传统制造商，例如 p为特定零件生产工具或模具，购买材料并将其塑造成所需的几何形状，然后进行碳纤维叠层。让它治愈并做更多的减法工作，以及所需的准备时间，意味着这个过程可能需要一年多的时间。使用增材制造，商店可以设计和打印零件，设计和打印工具，并在一周内用工具生产零件。
另一个显着的区别是不会被锁定在一个设计中几个月又几个月。增材制造技术意味着如果需要更改或设计规格发生变化，现在可以简单地重新打印工具。 Edens 指出：“它改变了速度和设计灵活性的游戏规则。”
当然，这种进步并非没有挑战。 Edens 说，一个障碍是提高 Z 强度。 “如果你朝着 3D 打印层的方向发展，你会发现纤维的膨胀系数非常低且强度很高。但是当你垂直的时候，属性就不同了。有很多哦f 技术现在正在进行，包括化学和机械，以改变这种状况。机械在发展。几家大型打印机制造商现已在市场上推出产品。有很多人在谈论 [增材制造能力] 可以发展成为注塑行业的规模。这可能需要五年的时间，但增材制造绝对是下一个前沿领域。”
拓扑优化
Stratasys Infinite Build 3D 打印系统的演示单元。 （由 Stratasys 提供）在设计创新方面，前沿在于零件整合（制造空心物体）和拓扑优化（仅在需要的地方加强）。 Stratasys 高级副总裁 David Leigh 还与新兴技术合作，解释说 w当空心物体通过传统制造方式生产时，将左侧和右侧拼接在一起。 （在撰写本文后，Leigh 被任命为 Vulcan Labs Inc. 的首席执行官，该公司是位于德克萨斯州贝尔顿的 Stratasys 的子公司，其目标是开发基于粉末床融合技术的以生产为中心的解决方案。）
“借助 3D 打印技术，”他说，“实际上，您可以在构建事物时将它们做成中空的。在能源应用中使用的是随形冷却或冷却通道，它们实际上可以制造流体流过的这些复杂的管形。此外，我们还帮助进行了拓扑优化，您实际上可以在其中轻量化零件。如果你用木头、钢铁或塑料做东西，你通常会切掉你不想要的东西。但是如果你看看大自然，在一棵树上，树枝只是用来支撑四肢的。四肢只在那里举起树叶。这不是双g 块。因此，您对拓扑优化所做的就是消除很多重量。并且您会得到这些看起来有机的形状。”
由于 3D 打印易于预加工工具设计，因此节省了时间并节省了设备成本。石油和天然气行业已经从增材制造中获益匪浅。由于工人的安全至关重要，因此能够测试钻孔操作的各种要素，例如，在将零件加工到地下之前，意味着风险会降低，从而提高工作安全性。
Leigh 说：“他们在进行任何钻孔之前，他们会进行大量的高压、高热容器测试。我们可能在那个井下钻探区域做了更多工作来帮助测试石油钻井平台，因为它们的运营成本非常高。我们帮助测试的是钻头的实际形状和形式。有时我们会制作一个原型，有时我们会制作一个模型，他们可以通过投资将零件转化为金属刺痛或其他类型的铸造。他们也有这些传感器阵列来了解温度和其他条件。
“另一个，我认为它很有胆量，”他继续说道。 “你打开机器的塑料外壳，你会看到所有这些随机部件。它们可能是金属的。它们可能是轴承。所以我们会鼓起勇气。他们可以用塑料和金属组装。最后，检查固定装置的能力很重要。一旦它们在设计中得到证明，它们就已经过测试并准备好投入制造；有时我们会制作[原型]零件，甚至是透明零件。 [客户将] 实际上用一些 Inconel 基合金或其他超级合金加工这些，以适应它们所处的更严苛或腐蚀性环境。如果它们有液压油或冷却液，我们会制作带有通道的原型，或者他们必须运行传感器阵列的通道。我们会用透明塑料制作原型，这样他们就可以实际上，在加工之前仔细检查并确保他们的设计是正确的。”
Leigh 指出，Stratasys 制造的最大的油田零件是 6-8' (1.8 -2.4 m）部分。 “我们会把它分成几块然后组装起来，”他说。 “我们使用热固性和热塑性塑料，通常是尼龙、ABS，有时是 Ultem。另一种是金属——铬镍铁合金、钴铬合金、钛铝、不锈钢。他们喜欢 Inconel 3D 打印，因为它很难加工。如果我们能让它们接近净形，就会为 [客户] 节省大量时间和金钱。”
AM 采用率不断提高
辛辛那提也生产了一个小的区域增材制造 (SAAM) 3D 打印机。 （由辛辛那提提供）增材制造在三个领域进行了扩展。首先是采用，有很大的增长在低端原型设计中。这意味着建筑或工程公司可以以低至 5,000 美元的价格为其办公室购买一台 3D 打印机。在其他地方，加工金属的机器的生产可能实现了最大的持续百分比增长，每年大约 70%。
但是，如果您想知道真正的激进增长发生在哪里（想象一个形状像曲棍球棒），看看利基技术的软件开发。尽管该领域正在做大量工作，但只有少数公司在 3D 打印应用方面处于领先地位。然而，像西门子和达索系统这样的老牌巨头现在正在发现它的潜力。
一如既往，当技术进步时，一些元素会被抛在后面。目前失宠的是工业级高分子塑料打印机。但 Leigh 坚持认为，从长远来看，随着航空航天等行业的扩张，基于激光的机器将发挥重要作用。因此，潜力已经成熟任何和所有创新。
用于 AM 的金属材料在一定程度上受到限制，特别是在粉末床融合中，这是市场上最广泛使用的金属 3D 打印技术。市场研究人员 IDTechEx 预测，其全球市场将在短短 10 年内增长到约 120 亿美元。这种增长不仅是由于随着价格下降和新技术的出现而对技术的更多采用，而且是由于材料组合本身的扩展。
新材料开发
John Murray，得克萨斯州格雷普韦恩的 Concept Laser LLC 总裁兼首席执行官表示，他的公司专注于开发新材料，这得益于 2016 年 GE 对该公司 75% 的收购。当人们想到激光烧结零件时，不锈钢和钛就来了去提醒。但是在新合金以及铬镍铁合金、铜和钛铝化物方面正在进行许多“奇异的工作”。
此外，“那里的一些聪明人”正在使用专有粉末进行创新这将带来更高的精度，并节省更多的时间和金钱。 “材料太多了，”默里指出。 “通用电气的力量之一是材料开发。所以，我认为我们的目标是每季度开发三到四种新粉末。这有点幽默。每周一两次，我会接到工程师打来的电话，问我这样的问题：你能在你的系统上打印‘Godzillium’吗？”
增材制造技术也可以为工作场所带来很多乐趣。默里说：“我们在二战时期的 P-51 野马上做了一个项目。我们取下了一个排气烟囱，因为这些排气烟囱经历了许多热循环。他们往往会破裂。 [堆栈由] 四个部分组成，它们有 34 英寸 [863.6 毫米] 的焊缝。我们扫描了它，查找了原始图纸并将其打印出来。我认为
这是一个很好的应用，可以展望未来我们将如何做到这一点，同时还能保留标志性飞机就像按照原始设计标准飞行的 P-51，但四部分减少为一个。你可以通过计算流体动力学优化它的性能。”
作为一名飞行员，Murray 被问及是否准备好在他自己的飞机上安装激光烧结部件。 “越快越好，”他说。 “FAA 规则中有一项规定，飞机所有者可以为自己的飞机进行逆向工程和制造部件。所以，我已经开始了。我的飞机是 2002 年建造的，有些地方我们可以改善气流，所以我们设计了一个管道。它会更轻。它将比原始设计更强大、更高效。这不适用于飞行关键部件。我们还没有做到这一点，但它是您如何改进现有产品的一个例子。”
激光烧结生产的一个关键优势是能够快速、轻松地验证设计，带来巨大的好处源自早期和常规的原型设计。 Murray 说，有才华的工程师总是被需要的。
他们说，‘是的，这很有趣。正在打印。但这有什么大不了的？’然后，当他们意识到他们可以将 X 数量的零件减少到一个零件时，突然灯亮了。以通用电气制造的先进涡轮螺旋桨发动机为例。他们将 855 个零件减少到 12 个。这太棒了。所有的铸件都不见了。它们将被打印出来。您可以减少零件数量。你提高了燃油经济性。从物流的角度来看，就备件和支持而言，您拥有各种下游优势。它波及整个产品生命周期。”
增材制造的未来
Stratasys 机器人复合 3D 演示器。那么，它的作用是什么？您的企业与 AM 有什么样的未来？所有这一切的一个突出因素是，现在可以在没有任何工具和传统制造方法的设计限制的情况下生产复杂零件。
现在可以制造过去几年都不可能制造的部件不仅如此，3D 打印实现了任何其他生产技术无法比拟的几何复杂度。
增材制造不再局限于原型制作技术，已经达到了高端系列组件所需的标准用于要求最苛刻的行业应用。随着使用更强激光器和更大构建室的速度越来越快的系统，该技术可能会继续在生产过程中占据越来越大的市场份额。
编者注：本文基于在一个柔HOUSTEX 2017 会议上的 ndtable 讨论。
