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GE的3D打印如何改变制造业

添加时间:2017/12/20

 
自从以LEAP发动机(即Leading Edge Aviation Propulsion Engine,是美国CFM International生产的一种领先的航空推进高涵道比涡扇发动机)燃油喷嘴进军3D打印以来,GE(通用电气)一直在不断地测试和重新定义增材制造的上限。当大多数公司采用ABS塑料(Acrylonitrile-Butadiene-StyrenePlastics即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料,又称塑料合金)进行实验以创造丰富多彩的产品时,GE撒下金属粉末,并且用激光烧结成高度复杂的燃油喷嘴,其几何复杂性和耐久性是普通加工方法难以企及的。
自从2012年收购了莫里斯技术公司(Morris Technologies),该公司采用直接激光熔化工艺制造喷嘴,GE公司逐渐将这些技术添加到其增材制造组织中,并开创了GE增材(GE Additive)。去年,GE收购了瑞典电子束熔炼设备公司Arcam AB 74%的股份,和以德国为基地的概念激光公司(Concept Laser)75%的股份,为其直接金属激光熔化技术融资。
到2020年GE期望投资35亿美元用于增材制造。根据美国市场研究和咨询公司沃勒斯合伙(Wohlers Associates),2016年整个增材制造工业的价值是60亿美元。
但是,增材制造究竟意味着什么?新设备文摘(New Equipment Digest)最近在匹兹堡(Pittsburgh)附近和GE新的增材技术发展中心(CATA)技术负责人柯克罗杰斯(Kirk Rogers)进行了交谈,话题围绕增材制造技术以及GE敏捷制造战略决策是如何既打乱制造业,又重新定义制造业的。
新设备文摘:柯克,您为GE增材制造做些什么?
柯克:我负责高校合作伙伴以及匹兹堡和俄亥俄东北区域的工作。我每天的工作是试图找到合适的技术以适应GE的项目。这是我最近18个月的工作。增材技术发展中心是GE集中内部资源试图使增材制造纳入GE供应链的机构。
GE增材(GE Additive)成立了半年,增材技术发展中心转化成了客户体验中心,其角色转变为客户的技术接口以帮助我们的客户解决问题,并提供正确的技术与他们的问题相匹配。
新设备文摘:您将在9月26日的加拿大国际机械制造技术博览会上报告增材制造的未来,可以先简要介绍一下吗?
柯克:很多人不知道什么是3D打印,但他们的孩子可能知道。在博览会上,我会设置场景,笼统地介绍,并试图通过GE或其他公司已经做出但人们没有意识到的东西来启发大家。
 
新设备文摘:能介绍几种增材制造技术以及何时使用它们吗?
柯克:人们都想要原型样件。采用更小的FDM机器,我们会在一周内制作出工装模具;然后通常让别人制造工装,获得第一个铸件可能需要12~13周。所以,我们设计和打印工装模具并送到铸造车间。一些铸造厂正在开始构建或者购买他们自己的3D打印设备,雇用高中的孩子们来操作3D打印设备。
新设备文摘:高中生?真的吗?
柯克:马萨诸塞州的一家铸造厂雇用了两个兼职学生,他们编制制造工装模具的所有程序。在模型车间和铸造厂,通常干这种活的全都是50岁以上,或者退休了,甚至更糟情况下,还有在工作中受伤的人。此时制造铸造工装模具的技能正在流失,且流失比被取代的速度更快。
操作机器对于随着技术长大的人来说确实是更加直观,你运行计算机去编程东西。实际上你没有用手在通常铸造车间使用的车床和带锯上制造东西。这只是一种现今非常普通,提供了许多工业价值的应用情况。而且,这种技术还在发展,因为它仍然还没有被广泛地采用。
新设备文摘:关于ATLAS(最大的激光粉末3D打印机),您能分享些什么?
柯克:这台ATLAS有一个粉末床,能够在1m3的“构建装置”打印。我们将在11月德国法兰克福的“国际下一代制造技术博览会(Formnext)”上展示这个以米为单位的设备。
新设备文摘:哪里可以获得更大的零件?
柯克:一个选择是在俄亥俄州的阿克伦城(Akron City,Ohio)的增材工程解决方案办事处(Additive Engineering Solutions),这是第一家提供大面积增材制造(BAAM,Big Area Additive Manufacturing)服务的办事处。你可以定制大型的英尺级的工装、夹具和筛选机,而且能很快交货。其价值在于如像风电叶片等大型物品复合材料的工装,这是GE感兴趣的原因之一。
新设备文摘:GE增材制造两种技术即激光和电子束技术。关于这些您能告诉我们什么?这些技术将如何重塑制造业?
柯克:在以激光为动力和电子为动力的设备中(其中激光为动力的更普遍),撒下一层金属粉末,然后用能源,不管是激光束还是电子束,将金属粉末焊在一起形成所要的几何形状的零件。

ARCAM A2X设备打印钛合金和高温合金,例如钛氧化铝和铬镍铁合金,适用于生产和材料开发。
这个电子束熔融(EBM)平台提供构建尺寸200mm×200mm×380mm。
许多人受到激光加工技术吸引,因为可以得到非常好的尺寸公差和形状分辨率,制造出采用其他技术不可能制造的形状。
想一下注塑模具插件或者有随形冷却通道的热成型插件。那是一种快速冷却的理想状况,一旦你将热塑料注射进注塑模,立即将零件的热释放出来。插件让冷却通道非常接近零件表面,能够按照外部钻孔任意形成这些轮廓。采用传统方法,只能钻直孔,不能钻蜿蜒曲折的孔。但是采用3D层层打印,就能创造这些通道,设计者可随意得到想要的通道,而不受制造技术的限制。
    在GE著名的燃油喷嘴实例中,零件内部设计得让燃油和空气能更好流动,所以燃烧得更好,意味着更低的排放和更好的燃油经济性。通过将20个零件变成一件,去除了影响零件可靠性的装配结合部位。零件变得更便宜,更轻,更可靠,而且功能更强。
 
 
 

GE 3D打印的燃油喷嘴将20个零件合并为一件,零件耐久性增加到5倍,
能够经受3 000°F(1649℃)高温。
 
新设备文摘:这将如何影响制造业经济?
柯克:过去,你设计一个产品,你制造样件,为了获得经济数量,你必须花100万美元的工装模具费用,这就驱使你生产1万件以分摊模具费用,这样每一件就不那么贵了。
如果作为启动你只生产20个零件,或者100个零件,然后随着来了订单制造更多零件会怎么样。因为你不需要先期的这些昂贵的工装就可以快速推向市场,你可以更好地控制每一件的成本。
不仅仅是设计可以非常复杂,而且推向市场更快,更灵活。如果你不需要采用传统的制造方法,你可以生产一些定制的更好一点的零件。
我认为在商业上,大规模定制承诺的大肆宣传可能已经过去。但是少量100件,500件的定制是现实的。
而且如果客户需要放大零件尺寸10%,你不需要采购成吨的工装模具。你只需要将数字模型扩大10%,然后打印就是了。
 
来源:《铸造》201711
 
 

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