金屬3D打印技術(shù)包含多種不同的工藝,如粉末床熔融、定向能量沉積、冷噴涂等等,各種工藝已經(jīng)證明適用于不同的制造領(lǐng)域。從個性化到小批量,再到超過10萬件的大批量制造,3D打印正在創(chuàng)造一個個奇跡。然而各種工藝都有其技術(shù)限制,無論受制于材料、尺寸還是成本,各項工藝無法通用。
為推動金屬增材制造多材料和多工藝融合發(fā)展,來自八個歐洲國家的21個工業(yè)和研究合作伙伴正在共同推進一項名為MULTI-FUN項目。該項目為期三年,由歐盟Horizon 2020創(chuàng)新計劃資助,樹立有兩個重要的戰(zhàn)略目標:第一個是通過使用新型活性材料,提高金屬3D打印零件的性能;第二個是通過創(chuàng)新和經(jīng)濟高效的新3D打印技術(shù),實現(xiàn)大尺寸、多材料、復雜結(jié)構(gòu)協(xié)同制造。
這項工作的核心是完成與多功能、多材料3D打印相關(guān)的四項科技目標。其重點在于推動整個行業(yè)的發(fā)展,并不針對任何一種特定的3D打印技術(shù)。期間,一些合作伙伴將致力于PBF粉末床熔融技術(shù),而一些可能聚焦于WAAM電弧增材制造,同時還會有機構(gòu)著重開發(fā)新材料,特別是多材料3D打印。
MULTI-FUN項目計劃將不同3D打印工藝進行組合,如通過將定向能量沉積(DED)和金屬噴涂技術(shù)相結(jié)合來最大程度發(fā)揮作用,新一代一站式增材制造設(shè)備將使用兩種甚至多種不同材料,在具體零件制造過程中將有選擇的加入“活性”材料。
基于此,納米技術(shù)有望被采納,并有可能實現(xiàn)以下新材料和新型功能性零件的制造:
1. 集成具有最高導熱系數(shù)的散熱材料(基于納米技術(shù),達到最先進水平的50%),從而使局部傳熱率提高100%。
2. 高度集成的設(shè)計,例如在復雜形狀金屬結(jié)構(gòu)中嵌入絕緣導線。
3. 在金屬零件中增加傳感和數(shù)據(jù)傳輸功能,用于結(jié)構(gòu)狀態(tài)和健康監(jiān)測。
項目設(shè)置四個目標
第一個目標是開發(fā)五種專門用于增材制造的新材料,其中三種將使用納米技術(shù)。這些材料將具有顯著的熱、電和耐磨性能,利用納米技術(shù)一次優(yōu)化兩個材料參數(shù),可使產(chǎn)品效率、質(zhì)量和可靠性提高至少40%,從而能夠制造出新的多功能產(chǎn)品。
第二個目標是開發(fā)一套包含軟硬件的新系統(tǒng),集成多種增材制造技術(shù),能夠使用不同工藝來打印五種新材料。最終,合作伙伴希望能獲得至少十種材料組合,這些組合可采用不同的3D打印工藝進行協(xié)同制造。
七個具體的應用案例,分別是致動器殼體、大型隔板、透明A柱、儀表板、鋁鑄件模具、碳纖維零件模具、汽車測試零件
為了滿足最苛刻的航空規(guī)格,洛勒泰克正在研究通過電線和電弧增材制造(WAAM)制造高強度鋁制零件的各種替代方案
第三個目標是通過新設(shè)備打印七個展示零件并對其進行評估。這些零件涉及結(jié)構(gòu)零件、模具和測試設(shè)備,并覆蓋汽車、航空、航天和制造業(yè)四個市場。
第四個目標是對材料、硬件、工藝策略以及零件設(shè)計和制造的所有環(huán)節(jié)進行評估,以更好地利用原材料和資源,減少對環(huán)境的影響,并將成本降低35%。
項目將形成四項關(guān)鍵成果
該項目的實施必將更加充分發(fā)揮增材制造技術(shù)的潛力,綜合運用多種工藝也將突破單一技術(shù)的制造極限。在項目實施和落地過程中,將形成四項關(guān)鍵成果:
1. 先進的金屬材料:先進的結(jié)構(gòu)金屬和相應的活性材料解決方案,可實現(xiàn)創(chuàng)新的多功能新產(chǎn)品。
2. 新型增材制造設(shè)備:用于多種材料加工和原位合金化的硬件和軟件,用于并行運行的幾種增材制造技術(shù)的刀具路徑規(guī)劃和過程控制。
3. 多材料設(shè)計知識:通過集成、多材料設(shè)計,提高零件性能和模具冷卻效率。
4. 標準化知識:增強對增材制造技術(shù)的深入理解,并有助于制定標準并支持監(jiān)管機構(gòu)接受多材料增材制造。
在MULTI-FUN項目中,比較知名的參與者包括德國弗勞恩霍夫協(xié)會結(jié)構(gòu)耐久性和系統(tǒng)可靠性研究所、德國航空航天中心、歐洲焊接聯(lián)合會(EWF)以及一些中小型企業(yè),可謂是要將最前沿的生產(chǎn)技術(shù)直接運用到生產(chǎn)一線。
作為3D打印高級材料研究的參與者,MULTI-FUN項目將為歐洲中小型企業(yè)帶來新機遇和新業(yè)務,整個價值鏈中的企業(yè)既是技術(shù)的提供者也是最終用戶,不僅可以建立和執(zhí)行針對增材制造的培訓、接觸最前沿的3D打印技術(shù),還能對整個開發(fā)過程中涉及到的產(chǎn)品享有定價權(quán)。項目將推動中小企業(yè)通過技術(shù)和質(zhì)量上的領(lǐng)導力獲得更多發(fā)展機會,從而使其能夠在增材制造材料、設(shè)備、質(zhì)量等方面處于領(lǐng)先地位,以增強歐洲制造的競爭力。
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