增材制造开始成熟，超越桌面 3D 打印

3D 打印正在成长。它是像它的承诺一样具有革命性，还是只是工作工具箱中的另一个有价值的工具——或者两者兼而有之？我们与锈带的 MakerBot 和 3D 打印顾问进行了交谈，以了解事物的位置和发展方向。

增材制造工程师、顾问和学者表示，3D 打印在专业和以制造为中心的环境中尚未充分发挥其潜力，但仍有很大的健康成长空间。利用金属粉末创新的新技术和机器不断涌现。关于该技术的最大问题之一是它是否可以从零件设计和原型制作的最爱转变为车间的中流砥柱。它会在更高的生产水平上大踏步前进吗？制造更大的波浪的障碍是什么？

业内人士表示，各种规模的商店都在以各种巧妙的方式使用这些 3D 工艺——从定制的工件夹具和模具到具有只有增材制造才能实现的几何形状的功能性最终用途零件。

3DDirections 总裁 Chris Barrett 说：“CNC 车间一直在使用 MakerBot 之类的东西来 3D 打印复杂结构，这些结构可以将设备固定在铣床中，以能够加工零件所需的角度。” “所以商店正在以这种方式制造夹具、固定装置和一些工具。”

巴雷特是一名化学家和物理学家，但对试管感到厌倦，并找到了材料科学和工程的道路。由于居住在俄亥俄州，Barrett 接触了传统制造业以及新兴的增材和 3D 打印技术。他以对两个世界的深刻理解开始了他的咨询工作，并专注于帮助公司在最有意义的地方利用技术。

注意：Barrett 作为 Tooling U-SME 的培训师，于 6 月 27 日在 Better MRO 上主持了一场关于增材制造的网络研讨会，他在会上概述了 3D 打印的七个主要类别并讨论了每种类型的优缺点。重播可在上面的视频链接中找到。包括的主题：

• 还原光聚合
  • 包含立体光刻 (SLA) 和数字光处理 (DLP)
• 粉末床融合 (PBF)
  • 包含 SLS、直接金属激光烧结 (DMLS)、SLM、电子束熔化 (EBM)
• 粘合剂喷射印刷 (BJP)
• 材料喷射打印 (MJP)
• 片材层压 (LOM)
• 材料挤压
  • 包含熔融沉积建模 (FDM)

• 定向能量沉积 (DED)

MakerBot 工程副总裁 Dave Veisz 表示：“如今，制造商和作业车间使用专业 3D 打印机有多种关键方式。 “公司将它们用于工作场所组织——用于帮助车间实施 5S 精益制造的零件、装配和测量夹具、零件夹具、量规以及高强度塑料就足够了……你不会将它用于要求独特的高- 力或高温应用，如烤箱夹具，但对于许多夹具和工具应用，它工作得很好。”

3D 打印的一个关键优势：几何复杂性是“免费的”，Veisz 说。例如，假设您正在设计一个抓取器来拾取和放置铸件，并且它具有复杂的形状。您可以在 CAD 中生成铸件几何图形的倒数，根据应用对其进行修改并打印完美匹配。由于 3D 打印成本和时间主要受零件数量的影响，因此通过传统制造工艺难以实现几何形状不会产生额外成本。”

金属 3D 打印、增材制造：今天谁在使用它？

使用金属粉末或高温热塑性塑料的增材制造主要用于航空航天和国防领域——并且有充分的理由：这些公司有能力将研发资金投入到具有降低成本或成本潜力的更小、有时更复杂的零件上。加快交货时间。零件包括：用于环境控制系统的复杂管道、风洞和无人机部件、燃料和其他液体罐、替代零件和复合材料叠层。

“大多数主要的航空航天和国防原始设备制造商，包括波音、洛克希德、通用电气、诺斯罗普·格鲁曼，这些拥有庞大收入基础的公司，都参与其中，”巴雷特说。 “其他开始使用它的公司是今天制造钛髋关节植入物的生物医学公司。但你遇到的是成本。”

原始设备制造商希望能够投标并将工作外包给较小的制造商。挑战在于标准还没有赶上金属印刷部件。 FAA 航空部件的标准，尤其是大型客机的标准，可以说是严格的。需要进行大量研究来了解哪些是可接受的轻微异常，哪些不是。

目前，一家较小的作业车间可能能够为 OEM 打印金属零件，但它只能在一台经过批准的机器上按照标准在其机器中使用一种金属粉末——因此限制成本很高，巴雷特说。工作场所需要灵活性才能获利。

了解一家航空航天和国防制造商如何在 3D 增材工作中找到一席之地。阅读“ 如何将 3D 打印部件推向航空航天市场 。”

“好消息是，在未来 5 到 10 年内，这些标准将开始产生影响，”Barrett 说。 “目前，NIST（美国国家标准与技术研究院）在这里做了大量的研究。”

但它不仅限于航空航天或植入物。正在制造其他医疗器械，例如手持设备、医疗推车和手术导板和工具，以及用于能源、运输和消费产品类别的零件。在石油和天然气领域，正在为转子和定子生产零件。在汽车领域，公司正在制造镶板、定制内饰和格栅。对于消费者来说，考虑形式和合身：眼镜框架和预生产设计。

您需要回答技术问题吗？询问 MSC 金属加工技术团队 在论坛中。

MakerBot 的方法针对专业市场和工作场所

MakerBot 在消费者首次采用 3D 打印期间获得了极大的关注和关注。该公司于 2013 年被 Stratasys 收购，过去几年一直专注于业余爱好者和教育工作者市场之外的研发。 Stratasys 自 2015 年以来一直为空客制造 3D 零件。

去年 12 月，MakerBot 针对专业市场推出了一款更先进的 3D 打印机，名为 Method，其成本约为入门级工业 3D 打印机的三分之一。 MakerBot 与 Stratasys 合作开发用于新机器的技术。 Method是MakerBot近三年来的第一个新硬件平台。

“这确实是我们作为 Stratasys 的附属公司从头开始开发的第一个平台，”Veisz 说。 “它结合了 Stratasys 的知识产权和丰富的知识以及 MakerBot 的设计和工程 DNA……，如果没有这两部分，我们将无法成功地完成这台机器。”

Method 的功能集完全不同，它比桌面 3D 打印机器更强大，它声称。该功能集包括固体模型材料和可溶性 PVA（一种水溶性塑料）的双重挤压，以及金属 CNC 加工框架、干式密封材料舱和循环加热室，可产生温暖的空气垫，对于创建受控环境至关重要.添加的每一层都看到相同的环境。

要了解实际情况，请观看有关 3D 打印和 CNC 加工的集成网络研讨会 [来源：MakerBot]

“这是您在起价数万美元的工业 3D 打印机上看到的东西，而您在桌面世界中看不到这一点，”Veisz 说。桌面 3D 打印机采用业余爱好者架构，无法提供可重复的尺寸精度，这使得它们不适用于许多具有严格公差的制造应用。

由于桌面 3D 打印机的打印环境不像工业 3D 打印机那样可控，因此精度和机器正常运行时间也会受到影响。在大多数桌面 3D 打印机中，当您沿 Z 方向向上移动时，零件会暴露在较冷的环境中，这会使层变弱并且零件会发生不同的翘曲。

使用 Method，MakerBot 声称在 X、Y 和 Z 轴的前 100 毫米中为成品零件提供正负 0.2 毫米的公差，然后它以相同的比例放大，对于任何尺寸超过 100 毫米。

“所以它不是很精确的 CNC 加工公差，但对于大多数夹具、夹具、工具和原型工作来说，它肯定足够接近，”Veisz 说。 “而且它符合生产塑料注塑成型的公差。在大多数桌面 3D 打印中，您看不到尺寸精度的声明，MakerBot 也没有在以前的机器上对成品零件精度做出声明……您并没有真正看到零件尺寸精度的声明 [在大多数桌面 3D 打印中]……值得注意这是我们推出的第一台打印机，由于可溶性支撑，它可以真正打印任何几何图形，并且由于机器特性和控制，它可以打印到一致的零件精度。”

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