淺談金屬增材制造技術的6大應用場景(2)
04 高性能成形修復受損零件
高成本零件的成形修復也是金屬增材制造技術的突出優勢。過去，對于受損零部件只能做表面的涂層修復，并且維修工序步驟繁多，還涉及到一些額外的步驟如加工、拋光、測試等，同時還受維修時限條件的制約，耗時較長；而對于損傷稍嚴重的零部件也只能作更換處理。金屬增材制造技術則可以對任意缺失或損環的部分進行快速成形和修復。
例如航空航天零件結構復雜、成本高昂，一旦出現瑕疵或缺損，只能整體換掉，可能造成數十萬、上百萬元損失。而通過金屬3D打印技術，可以用同一材料將缺損部位修補成完整形狀，修復后的性能不受影響，大大延長了使用壽命，降低了成本，減少了停機時間。
▲德國MTU 航空發動機公司
整體葉盤激光修復過程流程
其實除了航空航天領域外，機械、能源、船舶、模具等行業也對大型裝備的高性能快速修復提出了迫切需求。據悉，西門子公司計劃從2014年開始采用金屬3D打印技術制造和修復燃氣輪機的某些金屬零部件，并稱在某些情況下，通過3D打印技術可以把對渦輪燃燒器的修理時間從44周縮減為4周。
05 異質材料的組合制造
對于傳統制造方式（鑄造、鍛造等）來講，將不同材料組合成單一產品非常困難，但是增材制造技術有能力使不同原材料進行組合制造。金屬增材制造LSF技術可以在通過鑄造、鍛造和機械加工等傳統技術制造出來的零件上任意添加同/異質材料的精細結構，并且使其具有與整體制造相當的力學性能。
因此，針對部分工業零件適當利用增材制造技術進行組合制造，不同的結構部位采用不同類別的金屬材料，不僅大大提高結構件的性能，而且降低了成本，特別是昂貴材料的成本。同時，也把增材制造技術成型復雜精細結構的優勢與傳統制造技術高精度本的優勢結合起來，形成了最佳的制造策略。
▲圖：組合制造
06 結合拓撲優化的輕量化制造
增材制造技術快速自由成型的特點，給產品的設計帶來了無限的創新空間，為實現最優化的設計提供了有效的制造途徑。特別是當前應用得比較多的拓撲優化技術，與傳統的經驗式設計模式不同，經過拓撲優化的創新模型是在滿足設計約束下的最優拓撲結構。但是優化后創新模型結構十分復雜，可制造性差，因此在設計階段不得不引入制造性約束，以滿足傳統加工制造工藝的要求。往往這樣得到的產品結構是犧牲掉了其在輕量化和高性能上的優勢。而金屬增材制造技術則可以使這些經拓撲優化后的創新模型，不用考慮制造約束并快速實現制造。
例如空客A320飛機的大尺寸“仿生”機艙隔離結構，這一結構是通過拓撲優化設計，金屬3D打印制造而成，材料是采用的超強且輕質合金材料Scalmalloy。A320全新的機艙設計與原有的隔離結構相比，新型的仿生隔離結構由幾個不同的部件組成，不僅強度更高，而且將其總量減輕了45%。
另外，GE采用增材制造技術制造的Leap噴氣發動機的金屬燃料噴嘴，是通過長達10多年的探索通過不斷的優化、測試、再優化，才達到零件數量從20多個減少到了一個。這樣造出的燃油噴嘴不僅重量更輕，而且改善了噴油嘴容易過熱和積碳的問題，將噴油嘴的使用壽命提高了5倍；另外，減少組裝也提升了噴嘴的穩定性，并為公司降低了物流、組裝、焊接等方面的成本。
▲GE的Leap噴氣發動機的金屬燃料噴嘴
07 后記
增材制造技術改變了傳統的制造方式，為復雜金屬結構功能件的直接制造提供了新思路，對于制造業而言有著廣闊的應用前景。未來金屬3D打印機將會越來越多的取代部分傳統加工制造設備，但是增材制造技術也有其缺陷與不足，并不能完全取代減材制造，而是并列互補的關系。
當前，大部分的制造企業對于增材制造，特別是金屬增材制造還只停留在觀望的階段，或者僅僅應用于新產品的快速開發諸如原型看樣、對設計裝配進行驗證以及非金屬模具成形等方面。筆者希望通過以上金屬增材制造應用場景的總結，為企業進一步推進此技術帶來啟發，找到增材制造與傳統制造方式的契合點，并有效的嵌入到現有的生產模式中。
(責任編輯：admin)
未來，3D打印將為供應鏈帶
選區激光熔化SLM過程中打
3D打印熱潮已過，下步將如
干貨：3D打印在一汽大眾汽
3D打印機為何能在環保問題
3D打印為供應鏈帶來意想不
各類3D打印成型技
