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3D金属打印:它能成功吗?

随着增材制造方法的激增,即使是小公司也可以实现内部制造。

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多产的文艺复兴艺术家米开朗基罗说:“在我开始工作之前,大理石块内的雕塑已经完成了。我只需要把多余的材料凿掉就行了。”我想知道,如果把他的凿子换成像今天的3D打印机这样的增材制造工具,这位伟大的梦想家会作何感想。

3D打印已经出现了20世纪80年代以来当时它被称为快速原型。几十年来,这项技术被应用在各种各样的方面——从形成耳朵的外部软骨结构到创造功能性的、可移植的人体器官.大约15年前,选择性激光烧结(SLS)在商业上变得可行,并为制造由金属、陶瓷、玻璃和其他物质制成的物体打开了大门。这开启了按需生产工业零件的时代。

最近的进展使3D打印部件由铝、钛、铂、金、黄铜、铜、钢和其他金属制成。这一系列功能允许3D金属打印用于制造原型、工作组件、微型模型、珠宝、医疗和牙科植入物、汽车和航空航天部件等等。使用传统的制造方法制造这些物品可能会产生大量的浪费。例如,精密飞机部件的精密加工公差可能导致高比例的不合格品,即使生产成功,也可能需要切割掉90%以上的起始材料。3D打印更少浪费,更节能。通过3D打印得到的物体可以比传统生产的部件轻60%,这可以带来从燃油经济性到方便无人机送货等诸多优势。

3D金属打印有几种方法。例如,直接金属激光烧结(DMLS),也称为选择性激光熔化(SLM),是一种粉末床工艺。它使用激光将2D设计“融化”到薄薄的粉末床上。此步骤重复多次,随后的每一层都与前一层绑定。虽然缓慢,这种广泛使用的过程产生坚固和持久的结果。

另一种方法是粉末喂料印刷,它使用定向能量沉积(DED)或激光金属沉积(LMD)将浓缩的金属粉末流通过挤出机,然后在到达目标时将粉末暴露在激光能量下。这是一个高度精确的打印过程,可以创建完整的对象,甚至修补有故障的部件。

然后是金属粘结剂喷射,在粉末金属材料上应用粘结树脂。这种方法速度快,成本低,适合打印大型物体,但在结构强度和密度方面需要权衡。

随着3D打印的日益普及,对于许多小公司来说,拥有和运营内部制造能力的成本现在都在预算之内。曾经只能在大型、昂贵的工业设备中才能获得的东西,现在可以通过桌面系统获得,这使得3D金属打印更加普遍。

也许是由于处理时间的关系,似乎有没有3D金属打印铸造厂还在运作。然而,传统的铸造厂确实间接应用3D打印作为一种方法来创建他们使用的铸造模具。随着打印机成本的下降,而新技术和方法继续取得进展,3D金属打印达到所需的产量可能只是几年的问题,使其成为串行铸造代工厂的实际替代方案。

3D金属打印和半导体制造之间的相似之处很有趣。这两种工艺都能够创造高度精确的金属结构;两者都提供了提高效率的方法,无论是减轻成品部件的重量还是降低工作电压;两者都与吞吐量、可靠性和生产成本密切相关。谁知道呢?虽然3D金属打印距离挑战晶圆厂和晶圆代工厂的制造能力还有很长的路要走,但未来的集成电路设计米开朗基罗们可能会利用3D金属打印的增材制造能力实现他们的愿景。



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