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年消耗5.4吨钛合金,成功用于陆、海等金属3D打印解决方案

三维-小维尼
2021-04-01 13:16:01

2021年2月8日,全球领先的金属增材制造供应商美国西亚基公司(Sciaky)宣布,其在2020年采用电子束增材制造技术沉积的钛合金总量达到5443公斤,并超过了此前历年数据。即便处在疫情期间,美国的高端制造业似乎并未受到严重影响,无论汽车制造还是火箭试车与发射,都在照常进行。

年消耗5.4吨钛合金,成功用于陆、海、空、太空的金属<a href ='https://www.bering3d.com' target = '_blank' >3D打印</a>解决方案

Sciaky的电子束增材制造金属3D打印解决方案是一种基于丝材的定向能量沉积工艺(EBAM)

西亚基的绝大多数钛合金沉积制造都与零件生产有关,这些零件多用于已经过认证的航空航天和国防应用,以及用于研发的各种钛合金原型。此类项目因签有保密协议而不会向外界公布细节。

电子束丝材增材制造的强大之处

电子束增材制造减少了与传统制造(即锻造和铸造)相关的时间和成本。西亚基的EBAM 300打印机曾在48小时内以约6.8公斤/小时的速度生产了一个3米长的钛飞机结构;通常,使用该工艺可以在2天内完成以前需要6-12个月才能完成的锻件。相对于其他金属增材制造工艺,EBAM根据材料和零件特征的不同,每小时可沉积3.18-11.34公斤材料,速率高出近十倍。简单地说,EBAM技术为零件尺寸和质量提供了真正的可扩展性,并在一定应用范围内是最具成本效益的工业金属3D打印工艺。

年消耗5.4吨钛合金,成功用于陆、海、空、太空的金属3D打印解决方案

西亚基EBAM 3D打印机

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西亚基EBAM 3D打印的零件

西亚基的电子束沉积工艺可以打印钛、钽、钨、铜、铝、不锈钢以及高温合金等材料。在许多情况下,金属焊丝原料比粉末原料便宜50%甚至更多,而且更安全、更易于存储。其最大可以打印5.79 x 1.22 x 1.22 m的零件或结构,或者制造直径最为2.44 m的圆形零件。获得专利的IRISS闭环控制技术,提供了对零件几何形状和材料成分的极高控制,能够实现自动化和自适应实时过程控制、自动过程变量采集和记录,进而保证零件一致的组织和力学性能。

航空航天、国防是最重要的应用领域

在3D打印技术领域,一家公司能够在一年内消耗5.4吨钛合金材料,但这绝不能仅仅归因于设备的高吞吐量,更重要的是其拥有的订单数量。据西亚基吐露,其目前拥有五台大幅面3D打印机,同时有来自航空航天和国防客户的大笔订单。因签有保密协议而无法获知项目详细信息,但通过其此前的合作的客户情况。

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西亚基客户覆盖领域

2014年,西亚基向洛克希德•马丁公司制造了空间系统的关键半球形罐组件;2016年,西亚基向空客交付了大型工业级金属3D打印机,在这之前,该公司已经为空客制造了飞机机翼的内部结构;2017年,西亚基宣布将为国际潜艇工程(ISE)AUV潜艇生产金属3D打印部件;2020年,西亚基宣布获得了12个新的航空航天项目,涉及从高级研发到原型制造以及最终零件生产制造。目前,西亚基公司的EBAM技术是唯一获得批准的陆、海、空和太空应用的工业金属3D打印解决方案。

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西亚基在陆、海、空及太空领域的应用

在其他领域,该公司也已针对密集型军事应用进行了验证,例如3D打印机身、起落架以及导弹和车辆零件等。但总的来说,对于大型金属3D打印技术来说,航空航天和国防是其最重要的应用领域。

钛合金3D打印需求正在强劲增长

增材制造钛合金试件的静力性能接近甚至超过了锻件标准,其抗拉强度可达1200Mpa。相比传统切削加工,3D打印在钛合金成型方面也表现出易加工、浪费少的特点,同时能够满足小批量、个性化和快速设计响应需求;此外,3D打印还为钛合金材料轻量化、构型设计、集成化快速设计制造提供了新的思路。

基于优异的综合性能和较高的技术成熟度,增材制造钛合金( 如 TC4、TC11、TiAl 等) 已经广泛应用于国内外多型飞机的典型复杂结构件以及航空发动机零部件,并表现出明显的低成本、高效率等优势。

钛合金在金属3D打印材料市场中一直处于领先地位,根据《Market Analysis Report》,其在2019年占全球收入的65.3%,这不仅取决于用量,也取决于价格。航空航天业采用3D打印制造钛合金原型成为促进增长的主要因素,而它在重量、强度和腐蚀性方面满足行业要求的能力使其能够保持可持续性的增长。

年消耗5.4吨钛合金,成功用于陆、海、空、太空的金属3D打印解决方案

七种主要3D打印工艺和六种材料中每种工艺的材料产品数量(来源Wohlers Report2020)

年消耗5.4吨钛合金,成功用于陆、海、空、太空的金属3D打印解决方案

2017-2020年,金属3D打印材料的用量均稳步增长,镍、钢、钛引领市场(来源Wohlers Report2020)

在所有材料形式中,粉末材料又占据主要市场份额,在2019年这一数值为92.6%。得益于应用市场的发力,钛合金粉末的价格在近年来快速下降,无论国产还是进口,价格基本在1300-1800元/公斤,并还有进一步下降的趋势和空间。得益于此,钛合金3D打印的应用领域也逐渐超出航空航天的应用范围,开始向汽车及大工业领域拓展, 国产钛合金3D打印粉末市场正在蓬勃发展。

但与粉末床技术相比,一部分设备制造商的注意力已经开始转向基于电弧或电子束的金属丝材增材制造技术,此类技术制造成本更低,并且能够突破成型尺寸的限制。《Market Analysis Report》预计2020年至2027年,金属丝材增材制造市场的复合年增长率将达到25.8%。未来几年,该技术将出现明显的增长趋势。

来源:3D打印技术参考

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