看初創(chuàng)企業(yè)如何通過3D打印進(jìn)入到航空航天工業(yè)

對于初創(chuàng)企業(yè)而言，航空航天業(yè)一直是一個難以進(jìn)入的市場，挑戰(zhàn)并非僅僅來自知識產(chǎn)權(quán)，除了需要與現(xiàn)有的航空航天業(yè)供應(yīng)商巨頭競爭，初創(chuàng)企業(yè)還面對多方面的挑戰(zhàn)與壓力。初創(chuàng)企業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)來自于如何制造出航空航天業(yè)需要的復(fù)雜的部件，這些部件是按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)制造的，并且是以小批量制造的。但是，與任何行業(yè)一樣，新技術(shù)的引入有可能打破原來的生態(tài)平衡。目前，航空航天工業(yè)中的增材制造技術(shù)就在打破原有的平衡。

根據(jù)市場觀察，美國Castheon就是這樣一家隨著增材制造技術(shù)進(jìn)入到航空航天供應(yīng)體系的企業(yè)。

探索晶粒生長帶來的機(jī)會
據(jù)了解，Castheon主要應(yīng)用的是粉末床金屬熔融3D打印技術(shù)，Castheon在不斷的應(yīng)用中積累了自己的看法，他們認(rèn)為激光增材制造是一種微鑄造形式，盡管它基于焊接原理運(yùn)行。關(guān)鍵的區(qū)別在于，在焊接過程中，瞬態(tài)熱源會迅速熔化并固化材料。在鑄造過程中，它是平衡或準(zhǔn)平衡過程（緩慢過程），其中成核，不同的合金成分在晶粒生長階段分配決定了微觀結(jié)構(gòu)和缺陷形成。在焊接或增材制造中，外延生長（沒有成核）和隨后的晶粒生長在熔融固化過程中占主導(dǎo)地位。增材制造提供了一種微觀層面上控制材料結(jié)構(gòu)的方法，這為新材料的性能，新合金的制造奠定了基礎(chǔ)。

Castheon基于金屬3D打印提供制造服務(wù)，最初的客戶來源于航空航天，逐漸擴(kuò)展到每個行業(yè)，作為金屬增材制造的早期采用者，Castheon擁有多年的經(jīng)驗(yàn)來不斷改進(jìn)他們的生產(chǎn)工藝。

現(xiàn)在Castheon已經(jīng)增加了三臺GE旗下的M2機(jī)器的產(chǎn)能以滿足客戶需求。然而，真正的競爭力來自于將潛在的問題轉(zhuǎn)化為技術(shù)優(yōu)勢。Castheon將問題描述為金屬增材制造的科學(xué)與技術(shù)之間的差距，通過科學(xué)的方法來彌補(bǔ)技術(shù)之間的差距，并為最佳實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。很多進(jìn)入到金屬3D打印的初創(chuàng)企業(yè)都容易陷入的誤區(qū)是以為購買了設(shè)備就可以逐漸贏得市場，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，購買合適的機(jī)器只是完成了迎接挑戰(zhàn)的一半。

如今，Castheon還獲得了GE Capital的投資，從對增材制造所創(chuàng)造的新合金新材料的潛能有所發(fā)現(xiàn)，到從航空航天擴(kuò)展到各個行業(yè)，再到牽手GE，Castheon展示了創(chuàng)業(yè)型企業(yè)如何進(jìn)入到高技術(shù)壁壘的金屬3D打印領(lǐng)域的發(fā)展之路。

3D打印最容易被業(yè)界記住的是無�；�以及所釋放的設(shè)計自由度。而通過3D打印所實(shí)現(xiàn)的材料制備技術(shù)的提升是當(dāng)前商業(yè)界所容易忽視的地方。所幸的是世界范圍內(nèi)，不少的研究機(jī)構(gòu)在進(jìn)行通過3D打印技術(shù)來提升材料性能的研究。這些研究結(jié)果將進(jìn)一步擴(kuò)展3D打印的市場應(yīng)用空間，刺激金屬3D打印技術(shù)的市場增長。

隨著設(shè)備加工技術(shù)的提升，加之材料的配合以及價格的合理化，金屬3D打印勢必在產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的道路越來越寬。而對于加工應(yīng)用方來說，要迎接這樣的技術(shù)浪潮，了解金屬3D打印的冶金加工學(xué)就成為必修課。

的確，在金屬加工過程中，發(fā)生著許多微妙的事情。就拿選擇性激光熔化技術(shù)來說，在激光對粉末的融化加工過程中，每個激光點(diǎn)創(chuàng)建了一個微型熔池，從粉末熔化到冷卻成為固體結(jié)構(gòu)，光斑的大小以及功率帶來的熱量的大小決定了這個微型熔池的大小，從而影響著零件的微晶結(jié)構(gòu)。并且，為了熔化粉末，必須有充足的激光能量被轉(zhuǎn)移到材料中，以熔化中心區(qū)的粉末，從而創(chuàng)建完全致密的部分，但同時熱量的傳導(dǎo)超出了激光光斑周長，影響到周圍的粉末，出現(xiàn)半熔化的粉末，從而產(chǎn)生孔隙的現(xiàn)象。

對于應(yīng)用端來說，除了設(shè)備的配置這樣的剛性條件，冶金性能方面還與金屬3D打印過程的諸多條件相關(guān)。加工參數(shù)的設(shè)置、粉末的質(zhì)量與顆粒情況、加工中惰性氛圍的控制、激光掃描策略、激光光斑大小以及與粉末的接觸情況、熔池與冷卻控制情況等等都帶來了不同的冶金結(jié)果。

通常來說加工越快，表面粗糙度越高，這是兩個此起彼長的相關(guān)變量。另外，殘余應(yīng)力是DED以及SLM加工技術(shù)所面臨的共同話題，殘余應(yīng)力將影響后處理和機(jī)械性能參數(shù)。不過，根據(jù)市場研究，根據(jù)對冶金方面的駕馭能力，殘余應(yīng)力也可以用來幫助促進(jìn)再結(jié)晶和細(xì)小的等軸晶組織的形成。

在過去的五年里,對于金屬打印過程中微觀結(jié)構(gòu)的理解和新合金的加工性能已經(jīng)獲得了不少的進(jìn)步。同時還觀察到微觀結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性，在這方面通過表征工作（柱狀晶、高取向、孔隙度等）獲取對加工冶金學(xué)的進(jìn)一步理解，從而不僅提高金屬3D打印的工藝控制能力，還為材料制備以及后處理提出了新的要求。

總之，初創(chuàng)企業(yè)要憑借3D打印技術(shù)進(jìn)入到高壁壘的航空航天行業(yè)，光有3D打印設(shè)備這些“金剛鉆”還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要對加工工藝，材料技術(shù)，后處理等方面有著深刻的認(rèn)識和技術(shù)積淀，除此之外，還需要懂得如何搭建屬于自己的良性生態(tài)環(huán)境，并積累資金、品牌、客戶基礎(chǔ)等方面的實(shí)力。而無疑，Castheon根據(jù)自身的核心實(shí)力以及在材料冶金學(xué)方面的經(jīng)驗(yàn)，探索出了一條創(chuàng)業(yè)企業(yè)進(jìn)入到高行業(yè)壁壘的航空航天領(lǐng)域的一條“破冰”之路。

來源：3D科學(xué)谷