鋁合金具有比強度高、耐腐蝕、可回收性強等優(yōu)點，被認為是汽車輕量化的理想材料。3D打印+鋁合金已經(jīng)被制造商用于開發(fā)包括復(fù)雜的幾何形狀、隨形冷卻通道在內(nèi)的特殊零件。

但由于經(jīng)濟效益低，這一技術(shù)在汽車生產(chǎn)中并未得到廣泛應(yīng)用，鑄造和開模仍是主流的生產(chǎn)方式。如何解決3D打印成本過高，真正推動其走向大批量生產(chǎn)，是擺在3D打印企業(yè)面前的機遇與挑戰(zhàn)。

一種專為鋁設(shè)計的3D打印工藝，圖片來自：Alloy Enterprises

為了改變這一現(xiàn)狀，Alloy Enterprises應(yīng)運而生，這家3D打印初創(chuàng)公司成立于2020年初，總部位于馬薩諸塞州，過去2年共獲得了超1000萬美元的融資。它開發(fā)了一種新的3D打印工藝，旨在提供高產(chǎn)量的全致密鋁部件，使制造商能夠從原型設(shè)計擴展到批量生產(chǎn)。

在Alloy看來，以前沒有真正的3D打印工藝專為鋁材設(shè)計，所以他們以此為方向，開發(fā)了一種專為鋁設(shè)計的選擇性擴散粘合工藝，使用專有的片狀鋁作為原料，而不是粉末。

據(jù)該公司稱，這一新工藝將能夠擴大生產(chǎn)規(guī)模、降低成本并提高安全性和易用性。同時，有助于3D打印在汽車和工業(yè)等垂直領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用，并最終取代鑄造等傳統(tǒng)工藝。

走向批量生產(chǎn)，材料是關(guān)鍵

選擇性擴散粘合是一種基于片材的工藝，屬于分層實體制造的一種。在材料上，該公司沒有發(fā)明一種新的制造方法來生產(chǎn)他們的新型鋁原料，而是通過使用與鋁箔和汽水罐相同的鋁軋制工藝獲得。據(jù)Alloy Enterprises公司創(chuàng)始人Forsyth表示：“想要在批量生產(chǎn)中獲得真正具有競爭力，以粉末為出發(fā)點是很困難的。而采取鋁軋制工藝不需要重新考慮如何獲得高產(chǎn)量和低成本的原料，這一步非常的關(guān)鍵?！?br />

使用到的鋁合金片材，圖片來自：Alloy Enterprises

到目前為止，公司已經(jīng)生產(chǎn)了14噸材料，據(jù)說成本是鋁粉的1/25。除了成本之外，不使用粉末還省去了烘烤、篩分和脫粉等步驟。軋制鋁材沒有金屬粉末固有的危害，該過程不需要呼吸器或特殊存儲等防護設(shè)備，并且沒有材料爆炸的風(fēng)險。

2臺機器配合，切割與粘合

選擇性擴散粘合工藝（1-3），圖片來自：Alloy Enterprises

選擇性擴散粘合使用到了2臺機器。第一個稱為Construct機器，用激光切割零件的輪廓，并將片材堆疊起來，然后在材料的某些區(qū)域涂抹抑制劑以形成支撐物。同時機器還能對每一層進行掃描檢查，確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高打印成功率。

選擇性擴散粘合工藝（4-5），圖片來自：Alloy Enterprises

這些完成后，操作員將零件移至Bond機器。在這臺機器中，除了涂有抑制劑的區(qū)域外，零件經(jīng)過擴散粘合工藝將材料片熔合在一起。在擴散粘合過程中，片材堆疊成為一塊材料，然后拆除支撐材料，再進行熱處理得到最終的零件。

和傳統(tǒng)鑄件一樣，也可以通過CNC進行二次精加工處理，但是3D打印相比于鑄造，可以生產(chǎn)復(fù)雜的幾何形狀和隨形冷卻通道。另外，采用高強度鋁合金（如6061）生產(chǎn)，其機械性能優(yōu)于傳統(tǒng)鑄造零件，而且所需的時間更短。

下一階段，成為零件供應(yīng)商

目前，Alloy Enterprises正在其實驗室中運行功能齊全的測試系統(tǒng)。它為客戶生產(chǎn)零件，客戶對其進行評估、鑒定并向公司提供反饋。同時，該公司還在開發(fā)下一代機器，將能夠在一年內(nèi)生產(chǎn)超過7噸的零件，未來計劃成為零部件供應(yīng)商，在其工廠生產(chǎn)零部件。

生產(chǎn)的工業(yè)零部件樣品，圖片來自：Alloy Enterprises

對于其材料規(guī)劃，該公司目前仍專注于6061鋁合金，但也不排除在未來添加更多材料，以及擴展技術(shù)的其他可能方式。

事實上，除了Alloy通過選擇性擴散粘合的解決方案外，來自比利時的初創(chuàng)公司ValCUN也給出了一種不一樣的方案，熔融金屬沉積 (MMD)技術(shù)。其原理是通過將預(yù)熱的熔融金屬擠壓到工件上，工件通過電流加熱而產(chǎn)生等離子射流，等離子體射流加熱熔融材料將其沉積，并一層層融合形成零件。

想要實現(xiàn)真正的金屬3D打印經(jīng)濟批量化生產(chǎn)，還需要有更多新技術(shù)的出現(xiàn)，我們也期待國內(nèi)企業(yè)有類似創(chuàng)新，給未來的3D打印市場帶來更多驚喜。

鋁合金具有比強度高、耐腐蝕、可回收性強等優(yōu)點，被認為是汽車輕量化的理想材料。3D打印+鋁合金已經(jīng)被制造商用于開發(fā)包括復(fù)雜的幾何形狀、隨形冷卻通道在內(nèi)的特殊零件。

但由于經(jīng)濟效益低，這一技術(shù)在汽車生產(chǎn)中并未得到廣泛應(yīng)用，鑄造和開模仍是主流的生產(chǎn)方式。如何解決3D打印成本過高，真正推動其走向大批量生產(chǎn)，是擺在3D打印企業(yè)面前的機遇與挑戰(zhàn)。

一種專為鋁設(shè)計的3D打印工藝，圖片來自：Alloy Enterprises

為了改變這一現(xiàn)狀，Alloy Enterprises應(yīng)運而生，這家3D打印初創(chuàng)公司成立于2020年初，總部位于馬薩諸塞州，過去2年共獲得了超1000萬美元的融資。它開發(fā)了一種新的3D打印工藝，旨在提供高產(chǎn)量的全致密鋁部件，使制造商能夠從原型設(shè)計擴展到批量生產(chǎn)。

在Alloy看來，以前沒有真正的3D打印工藝專為鋁材設(shè)計，所以他們以此為方向，開發(fā)了一種專為鋁設(shè)計的選擇性擴散粘合工藝，使用專有的片狀鋁作為原料，而不是粉末。

據(jù)該公司稱，這一新工藝將能夠擴大生產(chǎn)規(guī)模、降低成本并提高安全性和易用性。同時，有助于3D打印在汽車和工業(yè)等垂直領(lǐng)域獲得更廣泛的應(yīng)用，并最終取代鑄造等傳統(tǒng)工藝。

走向批量生產(chǎn)，材料是關(guān)鍵

選擇性擴散粘合是一種基于片材的工藝，屬于分層實體制造的一種。在材料上，該公司沒有發(fā)明一種新的制造方法來生產(chǎn)他們的新型鋁原料，而是通過使用與鋁箔和汽水罐相同的鋁軋制工藝獲得。據(jù)Alloy Enterprises公司創(chuàng)始人Forsyth表示：“想要在批量生產(chǎn)中獲得真正具有競爭力，以粉末為出發(fā)點是很困難的。而采取鋁軋制工藝不需要重新考慮如何獲得高產(chǎn)量和低成本的原料，這一步非常的關(guān)鍵?！?br />

使用到的鋁合金片材，圖片來自：Alloy Enterprises

到目前為止，公司已經(jīng)生產(chǎn)了14噸材料，據(jù)說成本是鋁粉的1/25。除了成本之外，不使用粉末還省去了烘烤、篩分和脫粉等步驟。軋制鋁材沒有金屬粉末固有的危害，該過程不需要呼吸器或特殊存儲等防護設(shè)備，并且沒有材料爆炸的風(fēng)險。

2臺機器配合，切割與粘合

選擇性擴散粘合工藝（1-3），圖片來自：Alloy Enterprises

選擇性擴散粘合使用到了2臺機器。第一個稱為Construct機器，用激光切割零件的輪廓，并將片材堆疊起來，然后在材料的某些區(qū)域涂抹抑制劑以形成支撐物。同時機器還能對每一層進行掃描檢查，確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高打印成功率。

選擇性擴散粘合工藝（4-5），圖片來自：Alloy Enterprises

這些完成后，操作員將零件移至Bond機器。在這臺機器中，除了涂有抑制劑的區(qū)域外，零件經(jīng)過擴散粘合工藝將材料片熔合在一起。在擴散粘合過程中，片材堆疊成為一塊材料，然后拆除支撐材料，再進行熱處理得到最終的零件。

和傳統(tǒng)鑄件一樣，也可以通過CNC進行二次精加工處理，但是3D打印相比于鑄造，可以生產(chǎn)復(fù)雜的幾何形狀和隨形冷卻通道。另外，采用高強度鋁合金（如6061）生產(chǎn)，其機械性能優(yōu)于傳統(tǒng)鑄造零件，而且所需的時間更短。

下一階段，成為零件供應(yīng)商

目前，Alloy Enterprises正在其實驗室中運行功能齊全的測試系統(tǒng)。它為客戶生產(chǎn)零件，客戶對其進行評估、鑒定并向公司提供反饋。同時，該公司還在開發(fā)下一代機器，將能夠在一年內(nèi)生產(chǎn)超過7噸的零件，未來計劃成為零部件供應(yīng)商，在其工廠生產(chǎn)零部件。

生產(chǎn)的工業(yè)零部件樣品，圖片來自：Alloy Enterprises

對于其材料規(guī)劃，該公司目前仍專注于6061鋁合金，但也不排除在未來添加更多材料，以及擴展技術(shù)的其他可能方式。

事實上，除了Alloy通過選擇性擴散粘合的解決方案外，來自比利時的初創(chuàng)公司ValCUN也給出了一種不一樣的方案，熔融金屬沉積 (MMD)技術(shù)。其原理是通過將預(yù)熱的熔融金屬擠壓到工件上，工件通過電流加熱而產(chǎn)生等離子射流，等離子體射流加熱熔融材料將其沉積，并一層層融合形成零件。

想要實現(xiàn)真正的金屬3D打印經(jīng)濟批量化生產(chǎn)，還需要有更多新技術(shù)的出現(xiàn)，我們也期待國內(nèi)企業(yè)有類似創(chuàng)新，給未來的3D打印市場帶來更多驚喜。