3D 列印金屬材料能達到常規機械加工工藝的性能嗎?

看3D列印的一些說明,說是用激光燒結金屬粉末。怎麼感覺這個不可能達到常規工藝的性能呢,常規的機械加工都會有很多的複雜的退火過程來調整材料的應力、強度等。要是達不到應有的機械性能單是列印出形狀又有什麼用。


可以達到。

很多人印象中金屬3D列印是一層一層粉末燒結起來的,層間結合肯定不會太好,有缺陷,力學性能也不會超過傳統成形方式。

其實金屬3D列印層與層之間靠熔池結合,縱向性能並不差,甚至可能會超過橫向。

隨著技術進步,現在金屬3D列印的性能已經遠超鑄件,趕超鍛件了。

舉個剛剛測試的例子:

304L不鏽鋼,成形態未經熱處理,縱向拉伸試棒。列印層厚:40μm,設備為我公司自主研發SLM設備。

可以看出試棒有效段整體收縮,塑性很好。力學性能結果如下:

斷後延伸率超過50%,斷面收縮率超過60%,抗拉強度637MPa,屈服強度607MPa。

接下來是成形態橫向拉伸試棒的力學性能測試結果:

(手機拍的,效果有點渣)

斷後伸長率超過40%,斷面收縮率超過70%,抗拉強度746MPa,屈服強度617MPa。

這還是沒有經過固溶處理的。

看看國標GB/T 1220-2007的規定:

抗拉強度不小於480MPa,屈服強度不小於175MPa,斷後伸長率不小於40%,斷面收縮率不小於60%。

我們成形態的性能都已經達到了國標要求。

下午拉固溶後的棒子,有數據再補充。

…………………………

固溶處理後的拉伸棒性能結果出來了:

橫向:斷後延伸率:49.93%,斷口收縮率:65.94%,抗拉強度:696.52MPa,屈服強度:435.38MPa,彈性模量:218.6GPa。

縱向:斷後延伸率:73.39%,斷口收縮率:72.64%,抗拉強度:616.95MPa,屈服強度:402.12MPa,彈性模量:202.2GPa。

固溶處理後,縱向比橫向塑性好,橫向比縱向強度高,都滿足國標要求。


「3d列印」雖然說有被媒體炒作的成分,但3D列印的實用性也不是一點沒有。就拿最常用的SLS激光燒結工藝,國內外眾多企業不僅藉助其做模具,做結構件也有實用,最轟動的就是中國殲-15戰鬥機的機翼。

3D列印快速成型技術,已經出現幾十年,在生產製造領域的應用研究已經取得了一些進度。3D列印金屬的性能在某些領域已經接近甚至超越傳統的常規加工。從材料角度講,傳統常規工藝採用原始的液體、固體、粉末等材料,材料本身無特殊處理;而3D列印使用的金屬粉末材料,是經過特殊處理的,加入了更多成分元素,已經具有了屈伸強度、拉伸強度、延伸率、楊氏模量、硬度、斷裂拉伸界點、熱膨脹係數、彈性模數、熔度範圍、耐腐蝕性、粘合強度等幾十項指標。而此類材料的性能是經過研究、測試、引用,已經證明是符合結構件的需求。

另外,3D列印設備工藝的性能改進優化,對金屬列印的精度、緻密度也有極大提升。例如3D Systems公司 ProX設備在鋪粉工藝、掃描定位技術等方面的優化,讓金屬3D列印實現了更高的精度和複雜性。ProX 300 3D印表機詳細介紹http://www.suntop-tech.com/3dprinters/116.html


謝邀。

我大學雖然學的是金屬材料成型,但是基本忘得差不多了,現在做的也是塑料的FDM列印,不熟悉金屬3D列印,再邀請我回答問題,可以邀請我回答我會的啊=.=

只說下根據我已有的知識體系的看法,不一定對。

我的看法是,金屬3D列印的部件,經過熱處理後,強度應該可以與傳統砂型鑄造相當甚至優於傳統鑄造,但是無法媲美傳統冷加工(CNC、加工中心這類的)金屬結構件,也比不上鍛造件的性能。上面匿名用戶提到的單晶鑄造,就更加比不上了。精度方面,如果做有精度要求的結構件,肯定是需要一定的後加工的。

金屬3D列印在強度上最大的缺陷,一個是部件是一層層疊起來的,所以在堆疊的方向上,抗剪切性能很差,另外一個缺陷是,緻密性可能不如普通鍛造件。所以也只好拿金屬3D列印和傳統的砂型鑄造對比了。

砂型鑄造(其他消失模鑄造等傳統鑄造也相似)也會有鑄造缺陷:冷卻不均勻;澆鑄過程中會夾雜空氣形成氣孔形成缺陷;首先於結構,部分金屬液體很難快速填充到的地方會有成型缺陷。不記得專業的術語應該怎麼說了,這三種就是主要的幾種問題了。

所以對比來看的話,金屬3D列印的強度除了剪切力問題外,其他與鑄造應該是相當,甚至更優的。

另外,還有一種工藝是焊接,也可以類比一下。焊接區會形成合金,強度非常好,但是在過渡區,一般強度會差很多。一般金屬焊接件出現問題,也多是在過渡區出現斷裂的問題。

寫到這裡,我更感覺金屬3D列印,結合了鑄造和焊接的特點。在列印每一層時,是金屬從液態冷卻下來,與鑄造相似;層與層之間,是液態金屬與下一層已經凝固的同種金屬焊接在一起。這樣來看的話,我覺得金屬3D列印是結合了鑄造和焊接的優點,並避免了兩者的缺陷,整體下來,強度是會優於這兩種工藝的。

我沒搞這方面的研究,如果有搞研究的人,應該可以找到關於金屬3D列印強度的數據,數據最能說明問題。上面 @趙浩就是搞這方面技術的,可以回答深入一點~搞出些專業的數據來說明下問題啊~

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有沒有用呢?

廢話,沒用的話為啥國家會大力支持搞金屬3D列印這種工藝啊。國家說要大力扶持的,奧觀海說米國要投資搞的,不是我們做玩具的這種FDM列印,主要搞的就是金屬3D列印。在戰略層面,3D列印真的不是噱頭,不然的話NASA也為了炒作才把3D印表機發射到太空中去做試驗,說明他們緊跟時尚潮流?

用在什麼地方呢?

我個人覺得是用在對結構複雜度有要求、但是對強度要求不高的地方。渦輪發動機的葉輪能用么?當然不行了。但是如果只是一個其他受力不大的金屬結構件,應該是可以使用3D列印的部件的。例如下面這個案例:

勞斯萊斯3D列印最大部件的飛機發動機。

前兩天又看到這樣一個新聞:NASA開發了新的技術,有可能可以用來混合打幾種材料,這就是傳統工藝很難做到的事。

航空界要轟動了!NASA開發新型混合多種合金的3D列印技術

技術在進步,3D列印的發展非常快。現在3D列印的各種炒作、噱頭是很多,但是不能被噱頭、炒作蒙蔽了雙眼,全盤否定3D列印,那樣會是另外一種固執。


有媒體形容2016年是金屬3D列印的元年,倒不是因為金屬3D列印是新生事物,而是金屬3D列印開始進入主流生產的視線,標誌性事件就是通用一擲千金收購的Concept Laser和Acram,投入3D列印行業;國內做金屬設備、金屬粉末的更是一窩蜂一般,一個接一個,令人目接不暇。當然還有一個重要的因素就是金屬3D列印的價格在下降,性能在提升,市場接受度在增加。未來金屬列印必將成為3D列印的主流,特別是SLM技術的成熟,金屬列印件的成型強度、性能不亞於鍛件,而金屬列印所能達到的境界卻不是傳統製造所能達到的。

魔猴網是國內最大的互聯網3D列印服務商,是連接用戶和設計師的平台,擁有自營3D印表機300多台,分布在北京、安徽、浙江、湖北和廣東,2016年列印物品超過50萬件,提供從3D掃描、3D設計到後處理的一站式,全套3D數字化製造服務,覆蓋包括金屬、塑料、樹脂等30多種列印材料。

隨著魔猴網客戶列印金屬的需求越來越多,魔猴網感覺急需普及金屬3D列印如何設計——大眾對於金屬3D列印還存在著這樣或者那樣的誤解,而廠家也有意無意誇大工藝能力。魔猴網也希望能通過自己的一些努力,能對大家的設計實踐工作有一定幫助,推動金屬3D列印在中國的發展。

首先明確一點,在談金屬3D列印生產的時候,不是替代生產已有部件,這是大眾最常見的誤解之一,生產已有的部件,可以說絕大多數情況金屬3D列印不佔優勢;不管是機加工,鑄造,鈑金和焊接,傳統的工藝都非常成熟,可以由傳統工藝乘除的傳統部件,無論成本還是效率,金屬3D列印不佔優勢。當然,如果只是想做個原型,金屬3D列印也還是有應用的,好處是快,而且可以用跟最終產品一致的材料,這是金屬3D列印的比較傳統應用,我們更多想談談為金屬3D列印生產的設計。

那麼為什麼要用金屬3d列印生產?這就需要了解金屬3D列印設計了,金屬3D列印就是通過金屬3D列印設計來達到綜合成本降低的目的。通過金屬3D列印要達到四大目的:1.減少零件的個數;2減輕重量;3.減少裝配;4.製作高複雜零件,通過這「三減一高」來達到降低綜合成本的目的;

舉例來講,通用航空在網上發起了一個金屬3D列印設計大賽,原有飛機上一個零件重2033 g (如圖所示),面向公眾徵集3D列印設計,要求能滿足強度和裝配要求,越輕越好,最輕者獲勝;比賽吸引了大量網友的參與,3D列印最大的一個好處就是它所謂賦予的設計自由度,圖4所展示的所有的設計都滿足了原有的約束條件,都能滿足安裝和強度要求,還大幅減輕了重量,最後的獲勝者是圖5, 327g,幾乎是原來重量的十分之一,確切的講是是原來重量的16%! 這對於「寸重寸金」的航空業來說,無疑是一次革命;每一個減少1706g重量,相當於每年減少幾十萬的燃料費,減少上萬噸的碳排放;這就是3D列印的綜合成本,不是單單製造成本,而是考慮綜合的效應,這對於減重需求強烈的航空業非常明顯,優勢巨大。不僅是航空業,金屬3D列印所能做的隨行冷卻模具,也有類似的綜合成本優勢,有機會魔猴在展開了給大家講一下。

談完了重要的基本原則和目標,我們來聊一些乾貨,都是金屬3D列印設計所急需的一些知識,希望能給大家在設計過程中以啟迪,這些參數可能和廠家給的並不一致,多數都是實踐中得到,比方說壁厚,廠家如果說能用0.2,但實踐中0.2可能並不穩定。另外圖中所涉及到的數字,可能和不同種類的3d印表機有一定關係,不同的設備,數值有可能不一樣,但可以說基本上不會相差太大;

首先第一點,金屬3D列印和其他3D列印一樣,都要求3D數字文件滿足實體性、水密性等等基本要求,魔猴網在之前已經有了總結,不太了解的同學可以移步到3D列印設計規範,看看3D列印的基礎設計規範。

再來聊一下金屬3D列印的具體要求:

1.最小細節特徵

最小細節特徵不小於0.15mm,也就是說小於0.15mm的特徵、細節,有可能會被忽略,表現不出來。比方說一個0.1的卡槽,儘管最小光斑可以小於0.15mm,由於細節是有特徵的,特徵有可能被忽略;

2.最小壁厚

最小壁厚可以達到0.2mm,但建議不要小於0.5mm, 最小壁厚還跟物品的結構,還跟物品的高度和壁厚的比值有關,一般來講這個比值不要超過40,超過40就有可能發生走形的情況;

3.表面光潔度

表面的粗糙程度,光滑程度和三個因素有關:(1)列印材料;(2)建造參數;(3)零件擺放方向;

下面列表總結了幾種常見3D列印材料,在不同的列印情況下,表面粗糙度的情況,設備,形狀,擺放等等,都對錶面有影響,總體來說垂直比傾斜表面好,傾斜上表面好於下表面。

4.支持結構

江湖一直有個傳說,使用粉末3D列印技術不需要支撐,這可能對SLS塑料是成立的,但對於金屬3D列印,支撐是需要的,而且很多時候還是必要的;金屬3D列印的支撐的主要作用有:(1)與列印平台連接;(2)保住零件的形狀;(3)防止翹邊;

因此,金屬3D列印有可能產生大量支撐結構,這就造成了兩個問題,一個就是額外的費用,這裡有個「秘密」,魔猴網在線報價涉及到支撐都是給的最低價格,有很多甚至直接免費沒有算支撐,對於金屬3D列印,這對魔猴網來說是比較吃虧,對廣大用戶確是利好,這也許就是傳說中的「老闆瘋了」;第二個就是額外的工序,主要是指去支撐,有時候支撐去的讓人懷疑人生,這畢竟是金屬支撐,不是塑料支撐,打磨也是痛苦。那怎麼辦?就這麼忍受嗎?其實不應該,應該發揮3D列印所能帶來的設計自由度,設計出來支撐很少,性能更好的部件,舉例來說,下面一個零件,傳統的結構,如果要直接列印,產生支撐是非常多的,重新設計之後(右),基本上不需要支撐,強度更高,是用蜂窩狀結構,重量還減少。

支撐產生的角度不同的設備和材料可能不一樣,多數情況下,單靠粉末來支撐傾斜角是不夠的。

如圖所示小於30度,基本上不加支撐就不能看了。

5.懸空

橫截面上面一層比上一層大,就產生了懸空。金屬3D列印對懸空的容忍度是比較低的,大於0.5 mm的懸空就會產生問題。

內孔一般有自支撐結構,一般情況對列印影響不大,這對於生產隨性冷卻模具是非常有利的。但是,如果孔徑太大,也會產生問題。如圖所示,一般孔徑小於8mm,都可以達到自支撐的效果,大於8mm,會產生懸空的問題。

6.橋接結構

橋接結構所允許的距離大約是2mm,還是比較小的。

7.內應力-翹曲

內應力是金屬3D列印所必須要面對的一個問題,當列印物品的橫截面變化很大的時候容易產生比較大的內應力,另外大面積平整表面,也會產生很強的內應力,這種內應力非常大,可以把列印基座拉變形,甚至切斷螺栓。這需要我們在設計的時候,避免橫截面突然由較小變到交大,要逐步過渡;另外避免使用大面積平整平面,換個思路想一下,如果需要一塊比較平整的平面,為啥要用3D列印呢?

8.其他設計技巧

金屬3D列印非常適合列印網格狀的結構,這些網格狀的結構,很適合做內支撐,既能減重,強度還能保留;

要考慮列印完畢後支撐的去取和粉末的去除,要留出支撐和粉末去除的入口,不能打完了支撐被永久封到了內部。

最後,給大家一個3D列印金屬設計的真是示例,大家可以體驗一下。

第一版設計:就是原始零件的設計圖, 需要三個部件來組裝,更要命的是產生的支撐太多!

第二版設計:零件整合,變為兩個零件,但是支撐還是令人絕望,需要的時間和生產效率都太低。

第三版設計:三個零件最終變為一個零件,不再需要裝備,而且,新的結構幾乎不需要支撐,最後表面成型質量還最好,而且也很好的考慮了可能產出的翹起,這樣列印,幾乎不可能產生翹起!

總結來說,金屬3D列印開啟了全新的設計選項,解放了設計的自由度,讓更多的設計可能變為了現實。但是,金屬3D列印不會取代傳統的製造方式,各有所長,互為補充。了解金屬3D列印的規範,才能最大程度得到金屬3D列印的好處,希望能幫助到需要金屬3D列印的朋友們,這也是魔猴網的一點小心意。


事實上3D列印做出來的器件是有可能達到很高力學性能的,最近參加一次學術會議看到澳大利亞的一個組 (Wei Xu, RMIT University) 已經用激光做出來鈦64列印件,達到了很強的力學性能和延展性,感興趣的話可以查閱一下他們的論文。

我理解之所以鈦合金能通過3D列印達到理想性能的關鍵在於它特殊的微觀組織演變,尤其是在激光列印中很容易得到馬氏體,然後decomposite的到非常細化的alpha+beta組織——鍛造也是為了通過recrystalisation得到細化晶粒和隨機化texture的目的對嗎?鈦合金的強化機制主要是晶界強化和位錯強化,得到超細晶粒顯然能讓力學性能有很大提升。

當然目前來看氣孔問題還是一個很大的絆腳石,如果氣孔的缺陷得以解決,3D列印帶來的『定製化』冶金學可能會創造很多新的可能性。

可以參考王華明的講座18:45的幾句話言簡意賅地概括了這一觀點:

北航大學王華明教授就飛機鈦合金激光快速成型的應用在中科院講座

這裡有一組數據是對比Ti64 Wire-arc AM (未經後期處理)與鍛件的對比,拉伸強度800 MPa : 1000 MPa,應變2~9% : 11~12%,

目前還沒找到EBM和SLM的力學性能數據,歡迎補充。

PS:本人的材料學功底一般,如有錯誤歡迎批評指正!感謝!


截止2013年6月,學術界與工業界普遍認為:

由選擇性激光融化技術(Selective Laser Melting)(感謝@杜道中指出這裡的翻譯錯誤)直接製造出來的金屬3D列印部件所能達到的性能超過了鑄造件,並且可以逼近鍛造件的質量。

參考文獻:3D列印行業報告,Wohlers Report. Additive manufacturing and 3D Printing state of the industry annual worldwide progress report Colorado: Wohlers Associates; 2013

目前由選擇性激光燒結製造出的金屬3D列印部件在性能上應該是已經可以和鍛造件相媲美了。而且一般工業應用中直接由3D列印製造出來的金屬部件還會再經過一系列地加工後才會進入實用。


回答大部分是14、15年

現在是16年

沒想到短短一兩年時間,3D列印金屬強度已不再是主要問題

現在可以明確的告訴題主,3D列印金屬性能以及強度沒有什麼問題

工藝介紹:金屬3D列印技術小盤點

案列

GE日本工場生產變革 金屬3D列印更高效

現在3D列印金屬工藝不再是單一的金屬性激光燒結技術了,很多新的技術被開發出來

一、EBM電子束熔融技術(電子束熔融金屬3D列印技術)

電子束熔融(EBM)技術經過密集的深度研發,現已廣泛應用於快速原型製作、快速製造、工裝和生物醫學工程等領域。EBM技術使用電子束,將金屬粉末一層一層的融化生成完全緻密的零件。

電子束由位於真空腔頂部的電子束槍生成。電子槍是固定的,而電子束則可以受控轉向,到達整個加工區域。電子從一個絲極發射出來,當該絲極加熱到一定溫度時,就會放射電子。電子在一個電場中被加速到光速的一半。然後由兩個磁場對電子束進行控制。第一個磁場扮演電磁透鏡的角色,負責將電子束聚焦到期望的直徑。然後,第二個磁場將已聚焦的電子束轉向到工作台上所需的工作點。

電子束焊接已成為很多行業內至關重要的技術。其好處包括:

1、在窄光束上達到高功率的能力。

2、真空熔煉的質量可保證材料的高強度。

3、真空環境排除了產生雜質的可能,譬如氧化物和氮化物。

4、能熔煉難熔金屬,並且可以將不同的金屬熔合。

二、EBW電子束焊接技術

Electron Beam Additive Manufacturing-EBAM (EBW電子束焊接技術)具體來說他們的技術是LMD(Laser Metal Deposition)技術,也被稱為激光沉積技術(Laser Deposition Technology)是將金屬粉末噴射到高功率激光器的聚焦激光束中,聚焦激光束熔化靶材料的表面,併產生基體材料的一小熔池,噴射的粉末被吸收入熔池,通過逐層堆積金屬沉積即可用於構建或修理的金屬部件,並適用於各種不同的應用。

它能夠3D列印各種各樣的金屬材料,包括鈷、鎳、鋼,以及鋁和鈦製成的合金材料。

三、SLM 選擇性激光熔融技術

激光選區熔化金屬3D列印技術(Selective laser melting, SLM)和EBSM/EBM(電子束熔融金屬3D列印技術)有著類似的技術原理,都是使用激光照射預先鋪展好的金屬粉末,即金屬零件成型完畢後將完全被粉末覆蓋,兩者的區別是熱源不同。

激光選區熔化技術採用精細聚焦光斑快速熔化300-500目的預置粉末材料,幾乎可以直接獲得任意形狀以及具有完全冶金結合的功能零件。緻密度可達到近乎100%,尺寸精度達20-50微米,表面粗糙度達20-30微米,是一種極具發展前景的快速成型技術,而且其應用範圍已拓展到航空航天、醫療、汽車、模具等領域。

只要有需求,技術就會革新,技術革新就會完成自我增值,3D列印技術目前已經成了3D列印技術研究的熱門,市場也慢慢開闊起來


  • 金屬列印需求大,3D Systems仍將領跑3D列印市場
  • 儘管各種價格更低的商業3D印表機紛紛湧現,但3D Systems(股票代碼為DDD仍將屹立不倒、發展壯大,因為龐大的客戶群將令它保持兩位數的增長勢頭。其中,工業對金屬列印的需求是3D Systems最強大的助力,迎合企業用戶是高利潤的業務,而消費類的3D列印則不是。因此,來自《金融時報》和BarChart20名分析師看漲3D Systems股票。

    儘管上個月3D Systems股票下跌,但來自BarChart的10名分析師認為它將迎來強勁漲勢。3D Systems公司5月27日宣布發行增資普通股,很多投資者對此舉並不看好,拋售3D Systems股票,致其股票損失高達11%。不過,這一事件並未妨礙BarChart的分析師們建議買入3D Systems股票。

    另外,來自http://FT.com的10名分析師也推薦買入http://FT.com。http://FT.com採訪了19名分析師,他們預測3D Systems股票12個月的平均目標價為69美元,比其最近的股價51.82美元高出33.15%,他們預測3D Systems股票12個月的目標價最高為115美元,最低為37美元。

    分析師們預測,繼股價連續52周上漲、5月末暴跌之後,3D Systems將迎來大反彈。儘管外界有一些不看好3D Systems的言論,但分析師們認為其兩位數的增長勢頭將持續到明年。

    工業3D金屬印表機供不應求

    還有分析人士認為,3D Systems的長期投資者們無需擔心此次普通股發行,出售這些新股會令3D Systems公司的資金增值6億多美元。考慮到該公司的併購歷史,它應該會將這些資金的一部分用於購買另一家3D列印公司。

    3D Systems公司的Phenix金屬印表機在市場上供不應求,該公司未來很有可能推出更多工業3D金屬列印產品。工業對3D金屬印表機的需求毫無疑問是3D Systems公司一季度財報中2880萬美元積壓訂單的原因之一。

    3D Systems公司總裁Avi Reichental估計正在關注Arcam和EOS這樣以金屬列印為中心業務的公司。Arcam擁有優勢技術電子束熔煉(EBM),專用於工業和醫療,跟3D Systems現有的產品生產線相符。而EOS目前風頭正盛,這是因為它協助研發了埃隆·馬斯克(Elon Musk)SpaceX 公司的SuperDraco火箭發動機。去年馬斯克在Twitter上發布了EOS的3D金屬印表機製造SuperDraco火箭發動機燃燒室的照片。

    那家公司會被3D Systems相中並不重要,因為它們都是非常吸引人的收購目標。借著埃隆·馬斯克這位紅人的東風,EOS或許是更好的選擇,因為它將給予3D Systems所缺乏的一些東西,比如知名度。

    3D Systems和特斯拉(股票代碼為TSLA)都遭遇暴跌,但前者的股價現在依然比今年1月高峰期時低了45%,一些知名度或許能讓它變得更有吸引力。今年1月3D Systems的股價達到97.28美元的歷史最高點,今年想回到這個水平已幾乎是不可能完成的任務。但分析師們依然推薦買入3D Systems,認為它將強勢反彈。

    今年所有3D列印公司的行情都不太好,今年下半年市場對3D列印概念股的信心可能恢復,而3D Systems公司盈利和銷售增長的良好記錄令它成為了最值得期待的3D列印概念股之一。

    3D列印將成為併購目標

    工業對3D金屬印表機的強烈需求,將幫助3D Systems挽回一些股市中的損失。市場當然也看到這種需求,一些大型企業正考慮收購3D列印公司,也許不久將迎來3D列印的併購潮。

    惠普(股票代碼為HPQ)將在今年晚些時候開始3D列印生產,不過它能否很快進行3D金屬印表機的製造還是個疑問。如果它考慮併購一些已經成熟的3D列印公司,比如3D Systems,開展3D列印業務或許會輕鬆得多。3D Systems公司未必得不到好處,因為儘管它的產品線已經非常豐富,但它依然能夠從惠普的快速列印技術中獲益。

    如果惠普對3D Systems公司不感興趣,還有其他公司伺機出動,比如沃爾瑪公司正在考慮收購一家3D列印公司,以加速介入3D列印產業。3D Systems公司已證明它是一家能持續盈利的3D列印公司,並且擁有能讓它維持30年的大量客戶,因此,3D Systems將成為不少企業覬覦的收購目標。

    3D Systems的批評者都無法否認的是,該公司已持續實現了兩位數的收入增長率,過去5年中也一直在盈利。對長期投資者們來說,3D Systems是值得買入的,它的高波動性會令投資者感到痛苦,但為了長期的收益,短暫的痛苦只是小小的代價。(譯自Seeking Alpha)


其實這個區別你可以參照傳統的高爐冶金和粉末冶金之間的差別,激光燒結金屬粉末比較類似於粉末冶金了,我是從事鋼鐵行業的,就拿鋼鐵來說吧,粉末冶金的產品晶粒度遠小於高爐冶煉的鋼鐵,而且碳化物的分布十分均勻,形狀多為圓形(澆鑄的鋼鐵裡面碳化物多為方形),這樣就給粉末冶金鋼鐵提供了高於傳統鋼鐵的衝擊韌性和耐磨度,所以只要參數控制得當的話激光燒結粉末產品是完全有可能在性能上超越傳統產品的。當然對於有些相對難燒結的材料(比如陶瓷粉末之類)來說緻密度可能會是問題,但是光就金屬粉末來說這個問題並沒有那麼大。


謝邀。

以我個人的知識局限和偏見而言,3D列印技術製作的零件,就目前而言還遠遠達不到傳統的機械加工精度和要求。

主要理由如下(目前而言)。

1,從材料特性來說,3D列印和焊接工藝有一定的類似,利用金屬的熱熔性和多軸聯動機構進行零件的「堆砌」,而這種「堆砌」的零件一定是存在熱應力的,而且組織結構也會因為零件「列印」時間的不同而存在一定的不均勻問題,所以和傳統的鑄造,鍛造等工藝相比,一定有較大的差距。至少我認為在材料的剛性,強度,韌性等方面,和傳統的材料成形工藝是無法比較的。

2,零件的尺寸精度,3D列印很大程度的為我們呈現了零件的基本外形,但是在零件的尺寸公差,形位公差,表面粗糙度等方面,和傳統的機械加工精度相比,一定存在天壤之別,特別是針對一些精密零件的加工和製作,3D列印應該還有較長的路要走。

3,加工成本,3D列印技術的推廣和應用,必須突破成本光,因為任何高新科技的市場化都是建立在降本增效的前提下的,就目前的3D列印技術而言,針對機械行業的多品種,大批量生產還存在很多很現實的難度,這有待國家在戰略層面上去推行和激勵。

3D列印的優勢也很明顯。

1,複雜零件生產的簡易化,3D技術的應用,讓以前很多複雜的零件製作成為了可能,例如潛艇的螺旋槳,如果是按傳統的製造手段,結構複雜的零件需要經過大量的步驟和方法才能成形,二3D列印卻可以輕鬆搞定,甚至很多傳統製作方法無法完成的產品也可以通過3D列印技術來實現,這對製造業而言無疑是一次革命。

2,讓降低了某些工藝的成本,特別是在很多需要通過造型來確認產品外觀和功能的行業,3D列印技術的到來,無疑是一種福音,例如我們設計一輛自行車,如果是傳統的製造方法,一定是通過CNC加工或者開模具來實現首版樣車的製作,這種投入是非常大的,如果不成功,前期的投入基本上作廢,而且製造周期也非常的長,但是3D列印技術就可以輕鬆的解決這個問題,能實現低成本,短周期的樣品製作,這是3D列印的一個很顯著的優勢。

3,簡化了零件製造的工序,傳統的零件生產,需要經過材料準備,零件造型,機械加工,熱處理等多道工序,而3D列印技術卻可以將多道工序符合起來,在很大程度上減少了零件生產的工序,這對於零件的成本節約是有一定好處,不足之處就是現在的3D列印技術的適應性還存在一定的問題,對很多材料和工藝還無法一次性的滿足,但是我們相信,這只是一個時間問題,從戰略層面而言,3D列印技術一定是未來製造業的一個重要方向。


先上兩張圖吧,是今年四月份在深圳舉行的亞洲激光論壇上,西北工大黃衛東教授演講內容的一部分:

總體來說就是,以目前國內金屬3D列印的技術水平,一般情況下是能超越鑄件的力學要求的,而在一些國內比較擅長的類似於鈦合金材料方面,做出來的部件甚至優於鍛件的力學性能.

也正是由於有這方面的優勢,所以才會成功應用在商飛,大飛機這些關鍵項目上.

當然,其他方面,一些普通材料的金屬3D列印,可能確實有些連鑄件的性能都比不上,這些方面也有著3D列印採用工藝的區別.

@呂朕 我不知道呂朕你們新加坡那邊是否金屬3D列印會統稱"燒結",在國內一般使用比較嚴格,"燒結"和"熔覆"會當做兩種不同的工藝嚴格區分開來:

燒結的,內部會有雜質氣孔之類,成型件的力學性能也就可想而知可能連鑄件都比不上.

熔覆的,也就是這些高性能鈦合金件所採用的方法,特點就如黃教授的PPT中所描述:成分均勻,組織細小,材質緻密等.

總體來說,針對題主的問題,沒有一個絕對的答案,這話聽起來有點像和稀泥的感覺,也有點像雞湯文類似的回答,但事實情況就是如此.金屬3D列印技術所採用的工藝本身就有好幾種,每種加工工藝有自身的一些特點和不足,加之材料方面的千差萬別,所以確實是不能籠統而言了.有超越的,也有不如的.但是作為一個3D列印行業的從業者,我還是比較相信隨著技術的發展會帶來這些性能上的飛躍的,超越只是一個時間的問題.

附上&<&<2015-2016重大技術裝備保障工程重點方向匯總表&>&>裡面關於增材製造部分的項目:

沒有別的意思,只是佐證一下金屬3D列印技術,是國家發展的重點,前景還是比較明朗的


簡而言之:比鑄件好,比鍛件差。


比傳統的澆築,鍛造好。

高溫合金中含有多種合金元素,所以利用傳統工藝製造時,溶池大,熱影響區大,合金凝固過程中,合金元素容易嚴重偏析,枝晶組織粗大,產生縮孔,疏鬆等內部組織缺陷。

但激光增材製造成形過程,是一層一層慢慢的緻密的成形,激光束相對小,精度高,實現非常小的液相溶池在相對非常大的固相基底上凝固,溶池冷卻速度可以達到100-100000k/s,接近快速凝固。此時凝固生長界面顯著偏離平衡,材料的固溶極限顯著擴大,組織結構細化,材料的宏觀偏析消失,微觀偏析改善,內部組織性能優化。


目前用於金屬3D列印的工藝只有兩種:SLM (鋪粉工藝)和Laser Cladding
(噴粉工藝).

對於SLM(鋪粉工藝)來說,3D列印件零件性能高於鑄造件,低於鍛造件。

對於Laser cladding(噴粉工藝)來說,3D列印零件材料性能高於鍛件標準。

所以3D列印在列印金屬材料的時候,有些是達不到常規機械加工工藝的性能的,而另一些則可以超過。 (鳴謝 比利時瑪特瑞爾萊斯上海 工程師)


才參加完物理所的微加工培訓。感觸良多

現在金屬3D列印技術沒有成熟到可以像傳統工藝一樣做到內部缺陷完美,但是對於科學研究來說確實是有革命性的意義存在

首先就是3D列印技術不斷的在突破傳統工藝所達不到的尺寸極限

其次就是現在對於許多器件研究來說,急需革命性的性能提升,傳統的2D材料以及機械加工出來的3D材料基本已經被研究應用到一定程度了,進一步推動器件性能就需要開發新材料或者在原有材料基礎上進行創新。新材料的開發難度遠高於在原有基礎上創新。微觀3D器件在研究上發現會具有很多傳統2D材料以及機械加工材料所不具有的新特性以及功能。因此對於科學研究來說意義非凡。畢竟研究永遠是走在工業之前的。有了很好的研究,才會有人想要進一步把科學研究應用在工業投產上。

光刻技術,3D列印技術必然是未來科學研究的微加工技術的主流。


粉末冶金作為3D列印的一種,的確,和傳統的機加工比起來機械性能要差。

不過,隨著技術的進步,現在的粉末冶金成品也能擁有不錯的表面質量和機械性能。

我在實驗室用到一種粉末冶金加工出來的多孔模具,用來給融化的玻璃成型做成預製棒,用到的產品就是EOS公司的。

貼一個Yotube視頻鏈接,tiny but fully functional!EOS 3D printed micro part

https://youtu.be/F84MG_Q7X8Q

這是加工出來的微型件。

這是家總部位於德國拜仁州成立於1989年以3d列印為基礎的公司,產品不錯,創意點頗多。


3D列印其實不如說稱之為快速成型。快速成型的發展有幾個階段:最早的時候用的原材料是紙,通過膠水兒一層一層粘上,缺點是速度慢,且易造成火災,需要有專門的人看守;然後就逐漸過渡到了工程塑料,通過加熱融化然後噴出凝固,後來還出現了彩色的,再後來比較先進的是一種光敏樹脂,利用激光燒結,但是原材料成本高(據當時實驗室的老師說,那種原材料一桶要上W)。原材料如果用金屬的話還需要一段很長的時間,就連焊接里還有一些解決不了的問題呢……

關於快速成型的用處大體上如下:

1、原型產品的開發。開發一個產品,譬如說某種機械零部件,如果用傳統的方法加工,大體上要經過切削、銑削、還有的要出一套模具,要知道設計製作一套模具費用是非常高昂的,如果用快速成型,輸入原始設計數據(卡薩、UG等實體建模軟體出的設計圖)就能快速且較便宜的得到產品原型,即使中途要做修改,只要修改圖紙即可,免去了再次加工和製作模具的時間和費用。

2、校對零件的尺寸精度等。譬如說你製作了個發動機罩殼,先列印出來一個塑料的,去安裝對比尺寸神馬的是否合適,不合適再去修改,也是節省好多時間和成本的。

3、適合小批量生產。有些特殊零部件,需求很少,如果用傳統工藝和方法加工,成本是非常高的。有可能製作模具的成本都收不回來,有了快速成型自然省去了那些工序神馬的。

而且現在的快速列印是無需人看守的,所以某種意義上也是很節省時間的!綜上,最大的作用就是節省時間和開發成本。

4、有些特殊的零件設計,用傳統的加工方法是很難加工的,可是用快速成型就相當於忽略掉了零件的外形,因為它的原理簡單的說是把原始3D設計數據進行切片(或者說微分),然後一層一層疊上去的,複雜外形和簡單外形對它來說是一樣的。

ps:傳統加工方法是做減法,也就是去除加工,有過車削、銑削經驗的朋友們知道,加工的時候是把原始棒料一層層去除的,而快速成型是做加法,是一層一層的疊,這樣也很節約原材料的。

距離學快速成型的時候時間比較久遠,記得不是太清楚,如有錯誤歡迎指正,歡迎補充……


3D列印出來的產品在緻密度方面目前還是存在缺陷的,還不敢拿它來當結構部件使用。

我覺得3D列印最大的用途就是快速造型。把複雜多變,採用傳統加工工藝(機加工或材料成形)沒法直接搞出的形狀直觀的表達出來。在產品設計展示(做模型)方面有重要意義。

另外,深刻贊同匿名用戶的回答:3D列印被炒作過頭了。要形成產業革命,造成顛覆性的局面,再等二十年再說吧。


就目前技術而言,3D列印比鑄造的優勢是可以省去磨具的製造,更加方便快速的加工出我們需要的毛胚,而且形狀可以更為複雜。但為什麼說毛胚,因為現在3D列印出來工件的精度還達不到機加工所能達到的精度,無論是尺寸精度、形位精度還是表面粗糙度,都還差很多,還需要進行相應的機加工才能得到我們最終想要的成品。國外已經有加工中心與金屬3D列印結合起來的例子,貌似可以購買設備,但是金屬粉末並不對國內銷售。

強度這一塊的話,要從材料方面去分析了,這個我不在行,而且金屬3D列印我現在還沒有接觸,只接觸過塑料和石膏的3D列印,其強度並不是特別好,以塑料燒結類型舉例,其內部結構和表面並不一致,內部為了加工效率和節省材料,一般選擇網格形式,在不破壞表面的情況下還是可以的,但不能進行機加工,且強度也不夠機加工。

如果能把強度、加工精度都提高,並把耗材費用降低(不說金屬的,就塑料或石膏的,這材料真心貴啊!),還是很有前途的!慢慢發展吧。

還有一個就是要各位家長朋友注意下,現在有很多低端的印表機,也就是幾千塊錢打打模型給小孩玩,有些培訓機構或者自己家裡買一個給家裡小孩或自己玩,有些所用耗材雖說是無毒無污染的,但畢竟其加工原理是要把材料先融化再堆積,我覺得還是會有一定污染的,因為我們這有這設備,材料也好幾種(學校買材料不會買次的,反正都是公家錢,肯定撿好的買),每次用設備如果不注意通風會有異味,呼吸道不好的同事會咳嗽。安全最重要,要保證工作場所的通風,且最好有換氣凈化設備。


說一下我的看法,本人北科大材料的,之前也搞過一陣子粉末。

就實際情況而言,3d列印等增材製造手段還沒有跳出粉末法的範疇(或者具體點,就是粉末冶金吧),因而至今具有和粉末法一樣的缺點。

比如,至今不能做到100%緻密,也就是說有空隙。這是至今所有粉末法的最大缺點,雖然有很多論文宣稱達到了完全緻密,但都經不起推敲。

粉末法做出來的坯體要實現全緻密只有經過擠壓等工藝,但是這樣又喪失了粉末法最大的特點(近凈尺寸成型)

那麼退一步,不到全緻密,99%緻密或者更好一點也是能接受的。但是!無論是那種增材製造方法目前都不能消除局部加熱這個問題,這會導致製造過程中不斷產生熱應力和相變,導致材料的組織不均勻。雖然這個不均勻度比鑄造要低得多,但是遠遠比不上鍛造後的狀態。而且,隨著構件尺寸的增大,這些缺點也在幾何等級放大,所以目前增材製造不能有效生產大尺寸件

第三,尺寸問題,儘管3d列印精度已經很高了,但是很不幸距離工業級標準還差一個數量級,因此目前的3d列印還需要精加工,這讓3d列印成本很難再降低下去。如果不加工,或者只加工接觸面,那些殘留的粗糙區就是最佳的應力集中點。

第四,效率。3d列印效率太低,實際上增材製造的效率除非用來定製否則效率都很差。曾經有個北航的大牛宣傳3d列印打出飛機的某部件只需要兩個星期,而傳統鑄造-鍛造-加工過程要一個月,以此來證明3d列印其實是高效的。

但是!傳統工藝完全可以流水線作業,而3d列印並不行,所以在需要大規模生產的領域,3d列印問題很大。

那麼回到題主的問題上來,3d列印目前在小件上的控制還相對較好,所以性能也還不錯,但是尺寸越大性能越差,很大的甚至打不了。

如果說非要排個序,我個人人為目前性能上鍛造優於3d列印,3d列印優於普通鑄造。不過3d列印很多時候不是完全體,比如凝膠注模的3d列印什麼的性能比鑄造還差的遠。

多說一句,私以為3d列印的前途在增減材一體化製造,主體用傳統車銑刨磨出來,細節用3d列印出來,這也是目前發展的一大趨勢。


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