专家专访：Sintavia 总裁 Doug Hedges 谈到通过金属 3D 打印实现批量生产

Sintavia 是一家为航空航天、国防和石油天然气等关键行业提供金属增材制造服务的独立制造商.

该公司专注于使用增材制造进行金属零件的批量生产，提供独特的端到端服务，不仅包括生产和后处理，还包括测试, 在其内部实验室进行冶金和粉末表征。

最近，Sintavia 宣布了其扩张计划，搬进一个全新的 55,000 平方英尺的工厂，该工厂的重点是生产。

本周，我们很高兴与 Sintavia 总裁 Doug Hedges 进行对话，讨论该公司如何生产高质量、经过认证的金属零件，为什么 AM 非常适合航空航天业以及什么AM 行业可以做些什么来加速该技术的采用。

你能告诉我们一些关于 Sintavia 的事情吗？

Sintavia 由公司首席执行官兼董事长 Brian Neff 于 2012 年创立。该公司成立于一家名为 CTS Engines 的公司，是一家内部增材制造公司，该公司是一家位于佛罗里达州劳德代尔堡的独立喷气发动机 MRO。

Sintavia 于 2015 年成为一家独立的公司，我们搬迁到佛罗里达州戴维，今天我们仍然在那里。

作为一家公司，我们在航空领域拥有广泛的背景。我们看到有机会利用这种背景创建一家垂直整合许多不同产品的公司。要擅长增材制造，您还需要擅长计量、冶金、机械加工、热处理、测试等。

因此，虽然我们的核心技能是增材制造，但我们正在利用我们在以下领域的经验MRO 和 OEM 制造领域，以创建一个新的独立公司，专注于航空航天和国防以及石油和天然气。

Sintavia 的独特之处在于垂直整合支撑着我们所做的一切：从后处理、质量、冶金、扫描等。所有这些元素都位于我们位于佛罗里达州戴维的生产设施内的一个屋檐下。

航空航天是 Sintavia 的核心重点。您能否介绍一下增材制造对航空航天业的一些好处？

由于多种原因，增材制造适用于航空航天。

首先，需要注意的是，该技术最初是作为航空航天和国防工业 OEM 的原型开发工具来快速迭代设计和测试的引擎。现在已经发展到公司正在制造带有添加剂零件的发动机。

所以这仍然是一个很大的驱动力。但是还有所有其他典型的好处使 AM 成为一项伟大的技术。在这里，我指的是焊件、复杂铸件、轻量化、免工具设计的整合。当然，复杂性不是免费的——但它在使用添加剂后得到了极大的扩展。

例如，我们在零件选择方面的主要关注点是喷气发动机和管道外部的外部阀体。我们还看到了航空航天工业中底盘和热交换器的新兴市场。

您使用的其中一种金属 3D 打印技术是粉末床融合。这项技术对航空航天应用有哪些好处？

嗯，一般来说，金属 3D 打印确实适用于独特的设计。

我们所做的早期阶段是使用粉末床融合与激光和电子束逐层构建高压管道和组件。显然，使用该技术作为行业内已使用的焊件和铸件的替代工具是有好处的。

但是添加剂的威力远不止于此：您能够制造出更好、更轻、更坚固的零件——从根本上促进性能的提高。最终，要真正利用增材制造的力量，需要为增材制造设计组件。

您可以使用增材制造——这里主要是我说的激光——用于热交换器和底盘等部件，以制造以前无法制造的几何形状。

例如，您还可以使用 AM 更快地制作和整合流动体或阀门组件。这使我们的客户不仅可以优化现有的供应链，还可以制造更好的产品，发挥 OEM 航空航天和国防市场的优势。

以换热器为例：增材制造让您在组件内部制作非常精细的壁和小而复杂的几何形状。因此，您可以拥有 200 微米或更小的壁厚。此外，通过增材制造，您现在可以更好地将热量传导出组件。这很棒，因为热交换器的最终目标是从组件中散发热量，以便您可以将更多电子设备装入其中。

我们使用金属增材制造来改进他们的产品。从阀体、外部喷气发动机部件、管道和热交换器到底盘和不同类型的管道结构，这些结构由焊接件制成，使用许多复杂的夹具和固定装置将它们焊接在一起。

也就是说，我们还做得更多。例如，我们研究涡轮机械设备内部的任何东西，从可能位于压缩机内部的较小叶轮到可能位于火箭内部的较大叶轮。

我们专注于商业航空航天——本质上是喷气发动机——另一个专注于推进，这将是火箭部件。

然后我们有航空航天和国防工业的“中间件”，我指的是曾经由 10 到 100 件制成的不起眼的组件，但现在我们可以制造使用增材制造的单一部件。

您能否详细说明与这些应用程序相关的一些设计挑战？

AM 是一种相对较新的制造工艺。我们使用激光或电子束以分层方式熔化粉末。本质上，我们真正在做的是制造中小型焊接件，或“微焊接”。

在这种微焊接过程中，激光暴露金属粉末的地方会快速冷却。你有两个极端的情况：一个非常热的打印过程，同时快速冷却。

由于这些极端的温度差异，您的零件会变形。所以这些零件不像传统的由铸件制成的焊件；它们本身就是独一无二的物品。

其中一个关键挑战是能够预测这些部件在增材制造过程中的移动方式。这一挑战的一个关键部分是使用这种非常现代的技术和高科技工具在开始时进行预测，以帮助整个过程的协调。

在 Sintavia，我们在设计周期开始时使用有限元分析 (FEA)。 Sintavia 工程师以 CAD 模型、图纸和规格的形式从我们的客户那里获取初始数据。我们的工程师与我们的客户合作计算出关键参数，例如如何在构建板上定位零件，以哪个角度创建零件以及如何使用支撑，以保持零件或从零件中带走热量零件。

我们正在使用数学来预测零件将如何扭曲并将扭曲最小化以制造出非常高保真度的零件。我们需要知道该零件将如何在我们身上移动和移动，以便我们可以为法兰、孔、孔等添加库存，以确保在流程结束时有足够的库存进行清理。使用这种方法，我们还可以考虑稍后对该部分的后处理。

需要记住的一点是，增材制造是一种非常强大的制造复杂零件的工艺，但它必须与传统工艺配合使用。加法过程与减法过程的协调至关重要。

我们听到很多关于金属零件后处理所涉及的挑战，这就是 Sintavia 提供的服务之一。您能否带我们了解一下后期处理和您的方法所面临的一些最大挑战？

后处理需要在印刷过程本身和生产后与该部件一起进行的后处理之间进行协调。

大多数人没有看到的一个共同挑战是在该过程后去除粉末。打印过程结束后，必须从零件上去除所有粉末。由于其中一些零件具有非常复杂的几何形状，因此我们制造了定制机器（超声波或传统振动系统）来去除粉末。

通常在下一步之前去除零件上的粉末，这几乎总是消除应力。我们使用真空炉或箱式炉在内部消除应力，以消除增材制造过程中的残余应力。

从那里，您可以使用电火花线切割机或带锯将零件从板上取下。然后，当然，您需要移除支撑。这些支撑可以是任何东西，从简单的晶格支撑到用于支撑零件和生产非常大的镍高温合金零件的非常坚固的东西。这些都受到很大的热应力。

因此，您可能需要一个非常强大的机器过程来从这些零件上移除支撑。这可能涉及大量工作。当我说“机器过程”时，这可能意味着很多不同的东西。这可能意味着一些简单的事情，就像用钳子将它们折断到非常坚固的五轴机床上以从零件上移除这些支撑一样简单。

从这点来说，你有几个选择。例如，您可以前往我们现场展示的 HIP，或者我们使用机加工。在这种情况下，当我说加工时，我的意思是加工打印。所以这与您在机械车间看到的真的没有什么不同。

在大多数情况下，我们有一个带有许多控件的 2D 绘图，我们对该零件进行加工以使其符合规格。

转向金属粉末本身，Sintavia 开发金属粉末的过程是什么？

需要明确的是，我们并没有真正开发粉末本身。但我们一直参与帮助公司开发过去无法在商业上获得的合金。

我们合作的公司拥有工具钢的变体或不锈钢的变体。这些通常是他们开发的特种合金，用于在未来获得某种性能优势。

我们所拥有的是用于航空航天业的经飞行批准的粉末解决方案。我们采购粉末，将其带入我们的实验室，并在构建开始之前通过大量测试进行测试。

我们在 Sintavia 的优势之一是我们在实验室内对我们的粉末进行了全面的现场表征。这使我们能够对粉末进行采样并了解发生了什么。通常，其他公司会外包此流程。因此，虽然我们可能会从我们的粉末供应商处采购材料，但我们会进行流动测试、形态、粒度分布、气体分析、化学 ICP 等。

我们进行了大约八九次测试，以确保粉末满足客户的制造要求。然后，随着粉末的使用，我们对这些粉末样本进行采样和存档，以了解随着构建的继续粉末会发生什么。这意味着我们能够准确了解粉末在逐渐使用过程中会发生什么。

Sintavia 宣布计划在本月开设一个全新的工厂，增加机器数量。您能分享一下这个新设施背后的愿景吗？

我们很高兴能在本月开设我们的新设施。

新设施将有 55,000 平方英尺，我们将在过去的成功基础上建立该设施。

一个关键点是它将主要基于生产。我们将拥有价值超过 3000 万美元的新机器、更大的现代 AM 设备、粉末处理系统、备用发电机、电源、惰性气体。我们预计我们将为 Sintavia 和南佛罗里达州增加超过 135 个新工作岗位。

新工厂的真正愿景是将我们已经完成的工作规模缩小，在我们当前的工厂中运行 12 台机器，并将其扩大到 55,000 平方英尺的工厂，最多可容纳 65机器。

在增材制造和热处理方面将会有很大的努力。后处理、整理、清洁等。

从本质上讲，我们希望在一个设施内控制增材制造过程。这才是真正的商业模式：我们希望扩大我们所做的工作，并将其带入一个能够为我们的 OEM 客户保证质量和可重复性的制造过程中。

您是否会考虑在未来扩展到对 3D 打印金属零件也有很大需求的其他行业，例如汽车或医疗行业？

是的，绝对的。我们在汽车和医疗方面确实有一些事情要做。对于其他行业，添加剂也很有意义。

例如，我们涉及工业燃气轮机。虽然我们的背景是航空燃气轮机，但用于能源的地面燃气轮机基本上是按比例放大的，和航空涡轮发动机略有不同。

该技术也非常适用于生物医学领域。

Sintavia 已通过 AS9100 认证 — AS9100 是航空航天工业的质量管理体系。我们的实验室通过了 ISO 17025 机械测量认证，这意味着从粉末表征和化学到拉伸测试和疲劳测试的任何内容。

生物医药行业有不同的认证机构；其中大部分都归结为 ISO 13485。一旦你有了 AS9100，你就可以转向 ISO 13485。在这些不同的行业之间切换并没有太大的飞跃。毕竟：质量就是质量，过程就是过程。如果你能做航空航天，你就可以过渡到其他市场。

此外，除了我提到的所有内容，质量控制是最重要的方面。

从第一天起，我们就专注于使用 AS9100 开发我们的质量体系， ISO 和 Nadcap 认证。这对我们的 OEM 客户来说都是非常有益的，也绝对可以成为其他行业的资源。

在您看来，加速采用金属 3D 打印需要哪些条件？

对于我们所有的技术和我们在分析方面的实力，我们应该真正专注于推动业务发展的因素。业务是由金钱和速度驱动的。这意味着该技术需要变得更快、更便宜和更成熟。

也就是说，我们看到了事情的变化。在我们在 Sintavia 的这段时间里，我们已经看到了金属 AM 是如何演变的。例如，在某个时间点，铝在增材制造中是一种相对难以打印的材料，但现在它几乎司空见惯。随着我们看到更多激光器，正如我们看到增材制造的专业知识和设计零件，它将为我们的客户提供更快的速度和成本节约。

历史上所有这些都来自原型制作行业，我们希望将其转移到批量生产中。我们需要做一些事情来使其更快、更便宜，提供质量并提供众所周知的金属添加剂可以提供的优势。

您如何看待金属增材制造在未来五年内的发展，以及 Sintavia 如何适应这一愿景？

我们真正需要做的是开始以生产方式制造零件。对于关键行业，我们需要确保生产功能齐全的实际金属零件。

我们知道，这些零件在机械性能方面与铸件竞争非常激烈。如果采用正确的流程和控制措施，它们还可以与原始产品竞争，在某些情况下甚至可以与伪造产品竞争。

质量控制，即了解质量要求并能够验证您的零件确实会在未来产生影响。

但我们也不能忽视技术仍然相对较新的事实。作为一个行业，我们做很多事情都是第一次。

这意味着首先需要学习流程的前端。

例如，在流程开始时，工程师需要了解支持策略并花时间学习如何最好地优化零件几何形状和支撑几何形状，这反过来将有助于生产更好的零件并确保支撑相对容易脱落。

感谢这项工作投入到开始，您将采取昂贵且耗时的移除支撑步骤，并显着降低成本。制造零件的工程工作对于使其达到一个接一个地制造产品的成熟点非常关键。

Sintavia 的未来是什么样的？

看起来非常令人兴奋！当然，当我们搬进新设施时，它看起来也很有挑战性。我们将实施精益制造。我们拥有第一个大规模、精益的增材制造设施，专为我们与 OEM 和供应链的一致性而开发。

在 2019 年，我们将继续我们过去几年所做的大量工作，为我们的客户提供合格的零件和开发零件。

我不会点名，但如果你看看全球主要的航空航天公司，我们很有可能为他们做生意。

在一些例如我们与霍尼韦尔的关系，我们是第一家获准为霍尼韦尔航空航天公司制造飞行就绪零件的 AM 供应商。我们已经与霍尼韦尔合作，使用我们现有的设施和我们的下一个设施来为霍尼韦尔生产零件。

霍尼韦尔是该技术的相对较快的采用者，他们有很多很多的应用。但如果你走出霍尼韦尔，无论是机身制造商还是发动机发电厂，无论是航空航天和国防供应商，我们现在都在为他们工作。

就金属添加剂的采用而言，我们认为 2019 年和 2020 年对我们来说是相对重要的年份。霍尼韦尔今天来到这里真的很令人兴奋，但我们将看到未来几年我们将有更多客户进行批量生产。

我们正在调整我们的公司，为世界各地的原始设备制造商提供这种资源，以便他们能够拥有一站式商店、垂直整合的合作伙伴，通过增材制造生产这些零件。

有什么最后的想法吗？

我想重申，质量是我们的重点。

毫无疑问，我们的客户是世界上最厌恶风险的客户。为了让他们在飞行这些由增材制造制造的关键部件时感到舒适，质量至关重要。

归根结底，我们希望使产品符合工程图纸和规范，以便在实际应用中使用它们。要做到这一点，就需要关注一致性。

此外，今天上午是所有媒体关注的地方，并且花费了大量时间和金钱。但最终，它应该是关于您通过增材制造制造的部件并使其符合客户的工程要求。

所以，是的，我们确实喜欢谈论增材制造。但我也喜欢将其视为高级 制造业。我想摆脱增材制造的流行语，说我们是精密航空零件的先进制造商。我们希望制造先进的零件，以确保我们的客户能够显着改进他们当前的设计。

要了解有关 Sintavia 的更多信息，请访问： https://sintavia.com/

关于道格·赫奇斯

Doug Hedges 在航空航天行业拥有超过 20 年的经验，从 OEM 实验组件设计到 FAA 批准的维修、改造和基于行业标准规范和控制的组件开发。

在加入 Sintavia 之前，他曾担任作为 CTS Engines 的高级工程师，为通用电气喷气发动机大修开发维修和流程、HEICO 航空航天的首席项目工程师、Kapco Global 的高级 PMA 工程师和罗尔斯·罗伊斯的设计工程师。 Doug 拥有明尼苏达大学机械工程学士学位。

专家访谈

AMFG 的专家访谈系列展示了帮助塑造增材制造未来的创新公司和个人。有关参与该系列的更多信息，请联系[email protected]。