先進材料專家Lucideon 討論金屬和陶瓷增材制造的發(fā)展

在增材制造（AM）領(lǐng)域，材料的選擇和工藝的開發(fā)始終是關(guān)鍵挑戰(zhàn)。英國新型材料技術(shù)開發(fā)商Lucideon公司憑借其強大的研發(fā)團隊和豐富的材料開發(fā)經(jīng)驗，致力于提升金屬和陶瓷增材制造的應(yīng)用可用性。

在本期文章中，南極熊整理了Lucideon公司的兩位專家——Robert Crookes和Julius Bonini對金屬和陶瓷增材制造未來發(fā)展的看法，深入探討了他們在這一領(lǐng)域的工作和面臨的挑戰(zhàn)。

關(guān)于Lucideon

Lucideon的目標(biāo)是幫助其他公司開發(fā)材料和工藝并應(yīng)對行業(yè)挑戰(zhàn)，業(yè)務(wù)涉及廣泛的行業(yè)。公司的前身是英國陶瓷研究協(xié)會 (BCRA)，該協(xié)會于 1970/1980 年更名為 CERAM。2006 年 12 月，該公司收購了美國的 M&P 實驗室。2014 年初，CERAM 和 M+P 實驗室以單一公司名稱共同更名為 Lucideon。

Lucideon公司的美國分公司名為Lucideon M&P，業(yè)務(wù)范圍覆蓋眾多領(lǐng)域，包括先進陶瓷工程、冶金學(xué)和金屬增材制造，以及針對航空航天、航天、國防等行業(yè)的全套測試。增材制造工作以陶瓷和金屬為中心，但也涉及建筑材料和結(jié)構(gòu)以及藥品。在美國，公司的服務(wù)更側(cè)重于作為測試和咨詢公司的角色，尤其擅長應(yīng)力腐蝕開裂 (SCC) 測試。團隊做了很多故障分析，尤其是增材制造，包括將增材制造與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合的混合制造。

△采用陶瓷增材制造技術(shù)制成的成品部件

Robert Crookes，Lucideon英國分公司的先進材料主管，專注于工程陶瓷的開發(fā)，應(yīng)用于航空航天、國防和核能等領(lǐng)域。他表示，Lucideon不僅開發(fā)材料配方，還致力于將增材制造工藝從實驗室推向規(guī)�；�生產(chǎn)。

Julius Bonini，擁有40年經(jīng)驗的冶金學(xué)家，是Lucideon金屬和增材制造領(lǐng)域的首席顧問。自 EOS、Renishaw 和其他金屬解決方案提供商成立以來，他們一直活躍于 3D 打印行業(yè)。他強調(diào)，公司與幾乎所有航空航天OEM合作，專注于故障分析等工作。

△JuliusBonini（左）和 Robert Crookes（右）

面臨的挑戰(zhàn)

Crookes指出，陶瓷增材制造的主要挑戰(zhàn)在于實現(xiàn)材料的高密度，以發(fā)揮其優(yōu)異的熱性能和機械性能。他解釋道，許多現(xiàn)有的增材制造技術(shù)難以實現(xiàn)陶瓷材料的完全致密化，導(dǎo)致其在實際應(yīng)用中性能不穩(wěn)定。一些涉及 DLP 和 SLA 的成熟技術(shù)擅長成形薄壁，但它們的成本極高，尤其是當(dāng)考慮到成本不僅包括打印機和材料，還包括必要的后處理時。這使得成本效益成為一項挑戰(zhàn)。

其他陶瓷增材制造技術(shù)則幾乎截然相反：工藝成本低廉，可以實現(xiàn)高密度，但代價是目前打印分辨率的可能程度。與金屬增材制造相比，陶瓷更像是一種新興材料，完全可用的解決方案非常少，這意味著競爭仍在繼續(xù)。

△Lucideon的陶瓷 SLA

Bonini則提到，金屬增材制造行業(yè)已基本克服了密度問題，現(xiàn)在整個行業(yè)都已實現(xiàn) 99% 或更高的致密性。這在大多數(shù)材料中已成為普遍現(xiàn)象：不銹鋼、鈦​​等。當(dāng)前的挑戰(zhàn)是如何獲取新材料（尤其是粉末）和降低生產(chǎn)成本。他表示，行業(yè)內(nèi)正在積極探索新型合金和粉末材料，以滿足醫(yī)療和航空航天應(yīng)用的需求。

△金屬AM 粉末分析是 Lucideon 業(yè)務(wù)的一部分

第三個挑戰(zhàn)集中在材料設(shè)計允許值上。人們希望增材制造成形的不同材料具有特定屬性，而這已成為該行業(yè)的新設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

材料的特定需求

兩位專家還討論了陶瓷和金屬增材制造的具體需求和區(qū)別。Crookes提到，陶瓷材料在增材制造中可能會面臨脆性和缺陷敏感性的問題。尤其是在復(fù)雜形狀的設(shè)計中，鋒利的邊緣可能導(dǎo)致材料在使用過程中發(fā)生災(zāi)難性故障。他指出，可靠地生產(chǎn)復(fù)雜的陶瓷部件需要深入的材料研究和工藝優(yōu)化。陶瓷工件打印后，幾乎所有當(dāng)前工藝都需要脫脂和燒結(jié)，這會給組件帶來挑戰(zhàn)。這是 Lucideon 產(chǎn)品的另一個優(yōu)勢：包括了組件的所有后處理。

Bonini則強調(diào)了金屬增材制造在不同領(lǐng)域的應(yīng)用差異。例如，航空航天業(yè)使用電弧增材制造技術(shù)制造火箭和發(fā)動機部件，這些部件通常較大且需要嚴(yán)格的設(shè)計允許值，以確保其在極端條件下的抗疲勞性能。而醫(yī)療行業(yè)則更注重快速生產(chǎn)小型產(chǎn)品，如植入物，材料的選擇必須考慮成本和生產(chǎn)效率。

△金屬增材制造部件的植入失效分析

認(rèn)證與市場現(xiàn)狀

在認(rèn)證方面，Crookes表示，陶瓷增材制造尚未達到金屬領(lǐng)域的成熟度，認(rèn)證流程仍需進一步明確。他指出，陶瓷材料的驗證過程可能比金屬更加復(fù)雜，必須對每個部件進行全面的 NDT（無損檢測）以尋找缺陷。因為每種形式的每個部件都可能需要獨立驗證，這在當(dāng)前的市場環(huán)境中是一個巨大的挑戰(zhàn)。

△分析陶瓷增材制造部件

美國有三個認(rèn)證機構(gòu)：FAA、FDA 和 NASA。NASA 負(fù)責(zé)大氣層以上；FAA負(fù)責(zé)大氣層到地面；FDA 負(fù)責(zé)地面上所有人。他們有非常嚴(yán)格的認(rèn)證流程，對金屬增材制造來說，這一直是一個挑戰(zhàn)。Bonini提到，盡管金屬增材制造的認(rèn)證流程復(fù)雜，但隨著行業(yè)的成熟，獲得新組件認(rèn)證的難度正在降低。他解釋道，隨著歷史數(shù)據(jù)的積累，許多新組件的認(rèn)證可以依賴于過去的測試結(jié)果，減少了重復(fù)測試的需求。

Lucideon的服務(wù)與未來展望

Lucideon為客戶提供全面的咨詢服務(wù)，幫助他們在增材制造過程中選擇合適的材料和工藝。Crookes強調(diào)，陶瓷增材制造不僅僅是3D打印過程，還包括材料配方和后處理的專業(yè)知識。他指出，許多工程師在使用陶瓷材料時面臨挑戰(zhàn)，因此Lucideon提供了大量的建議和支持，幫助他們理解如何有效利用這些材料。

陶瓷增材制造機器人鑄造是 Lucideon 制造零件的一種方法

Bonini對混合制造的未來充滿期待，認(rèn)為將傳統(tǒng)制造與增材制造相結(jié)合，將為設(shè)計提供新的可能性。他表示，混合制造不僅能夠提高生產(chǎn)效率，還能實現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計，滿足客戶的多樣化需求。

金屬增材制造制件表面分析

結(jié)語

隨著增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展，Lucideon在材料研發(fā)和工藝創(chuàng)新方面的努力，將為航空航天、國防和醫(yī)療等多個行業(yè)帶來新的機遇。通過不斷優(yōu)化材料性能和生產(chǎn)工藝，Lucideon正在推動金屬和陶瓷增材制造的廣泛應(yīng)用，為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

更多關(guān)于Lucideon的信息，感興趣的熊友請訪問他們的官方網(wǎng)站：https://www.lucideon.com/，了解他們在增材制造領(lǐng)域的最新進展和服務(wù)。