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探索美铝要分拆的Arconic如何玩金属3D打印?

2016-10-12 09:03
安娜PARKER
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  美铝公司是全球轻金属技术、工程与制造的领导者,开创了推动世界发展的多种材料解决方案,提供由钛、镍和铝制成的增值产品,并生产世界一流的铝土矿、氧化铝和原铝产品。

  美铝分拆的Arconic业务图,图片来源:am

  正如像壳牌、美孚、BP、雪佛龙这些石油公司有着上游的石油天然气勘探开采业务,又有着下游的化工与润滑油业务类似。现在,美铝要分拆出下游业务的公司Arconic,这家公司的主要业务将包括金属粉末生产、3D打印、热等静压、锻造、铸造、机加工、质量检测。

  粉末床选择性激光烧结技术方面,美铝做出了不断的尝试,在Pittsburgh,美铝还拥有EBAM电子束融化焊接技术用来生产大尺寸的锻造性能的金属零件。早在2014年,美铝就宣布了要采取3D打印技术来制造喷气发动机零件,因为美铝发现例如喷气发动机这样的叶片,用传统方法生产从设计到成品,约为一年,而使用3D打印技术,时间可以减少到仅仅25周。除了减少了一半以上的时间,新产品开发的成本可能比传统工艺减少25%。并且三维建模过程中允许复杂组件的设计可以转为现实,这都缩短了漫长的开发过程。

  美铝EBAM设备,图片来源:am

  事实上,原材料的性质直接影响到金属3D打印的产品质量,美铝在这方面投入了大量的人力和物力。美铝的工程师们已经很清楚的知道,不同的金属打印设备更适合加工哪些品类的金属粉末,而在实际加工过程中,如何实现对加工参数的最佳设置使得加工出想要的产品来,这涉及到对产品的几何槽形的控制以及材料融化过程中的控制,而要达到如此细微程度的操控水平,就需要大量的实验验证以及建立严格的操作纪律。

  美铝为Orion打印的通风帽航空航天零件,图片来源:am

  通过自我发展和兼并收购,美铝快速发展了贯穿增材制造整个工艺链的工程能力,他们不仅仅对增材制造有着基于大量操作实践的了解,还在包括热等静压这些后处理工艺上进行了大量的投资。美铝自身的能力就可以满足对增材制造流程中每个环节的把控,而他们甚至可以根据特定的加工需求来开发特定的金属粉末,然后通过增材制造的工艺将其制造出来,再进行后处理和质量检测。空客就是美铝目前的主要客户之一,美铝为他们提供从材料到成品的一揽子服务。目前,美铝已经在密歇根的Whitehall投资了2千多万美元用来提高对3D打印的金属零部件后处理中热等静压的能力。

  美铝的热等静压设备,图片来源:am

  而单独将下游服务业务以Arconic公司的名义拆分出来,无疑美铝十分看重围绕着增材制造的行业市场前景。美铝认为相比于传统制造来说,增材制造可以制造出复杂的几何结构,这使得很多传统制造方式无法实现,也突出了增材制造的优势。然而,复杂性并不是最重要的,对于用户来说,他们想要更轻、更强、更耐疲劳、更不容易损坏掉的零件。而金属3D打印通过金属粉末的快速结晶方式来制造产品,这使得如何控制结晶水平变得尤为重要。

  美铝的专有的“Ampliforge”过程就是一个例子,它结合了锻造与增材制造两种工艺。在这个过程中,先是通过增材制造来制作毛坯件,然后通过锻压来进行后处理。当然,在这个过程中预成型件只需要一次锻压,而不是典型锻造过程中的11或12次。通过这样的加工方法,这个零件实际上变成了一个锻件。

  不仅仅是因为有自己的核心技术,美铝只所以分拆出Arconic的另一个原因是为了满足各方面的市场需求,不仅仅是航空航天领域对于增材制造的需求在快速增长,包括汽车行业,体育用品领域的需求也在日益突出起来。虽然当前对金属3D打印的目光聚焦在航空航天和医疗领域,但是美铝也十分重视其他领域,美铝认为对于航空航天核心零部件的设计优化通常要持续7年,而对于方程式赛车的零件优化有时候可以短到8周就实现了。而美铝并不认为航空航天在应用增材制造技术方面是最神秘的行业,最神秘的行业是消费运动品行业。

  美铝的做法可谓是全面撒网,重点培养。的确,现在的3D打印所处的阶段颇类似于美国西部大开发的感觉,每家公司对这项技术的潜力和前景的看法都不一样,但一致的看法是,你必须了解整个流程链,只有在整个工艺链上平均用力,你才能在每个点上获得比别人领先的学习曲线,而领先就意味着竞争力。

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