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联系我们3D打印搭配AI
工业革命的制造4.0时代
全球制造业正在经历着一场蜕变，也就是媒体经常提到的工业4.0：导致这种转变的就是不断涌现的新的制造技术，例如人工智能（AI）、工业物联网（IIoT）、3D打印和基于云的平台。预计到2023年在智能制造技术上的支出将增加近3,000亿美元，年复合增长率达到12%。
3D打印技术是分布式制造的核心。3D可打印材料的范围不断扩大，不仅限于塑料，还包括金属、树脂和陶瓷。与传统的成型、机加工和铸造工艺相比，3D打印技术可以实现更复杂的几何形状。尽管增材制造技术已广泛用于原型制作，但2019年的一项调查报告称，越来越多的制造商已开始使用3D打印进行全面生产。从数字文件直接3D打印原型或零部件的能力催生了新的制造即服务业务模型，使制造商可以拓展按需制造的服务以便来获得运营灵活性并降低业务成本。
3D打印不会完全取代现有的传统制造技术，但它将成为与传统减材制造方式并驾齐驱的新工艺。灵活的产品定制能力更适合不断变化的消费者需求、更低的库存和物流成本需求，并且具备更接近需求的生产能力以及更短的交货时间。而这些只是分分布式生产环境所提供的部分好处。制造业升级和工业4.0的推进是一项系统级的工程，而人工智能AI、工业物联网IIoT、大数据、3D打印、新材料、新型电池、纳米技术、分子制造等一系列新技术将逐渐成熟化、市场化，进入工厂和车间。传统制造业不会消失，而是更高效、更清洁、可持续、按需地生产我们所需要的商品。
从小型走到大型
工业3D打印的产业升级
多年来，3D打印一直被誉为改变制造业游戏规则的新技术。但从目前情况来看，3D打印还远未达到人们的预期。目前全球制造业市场规模约为12.7万亿美元，这意味着3D打印占全球制造业的比例不到0.1％。在未来，如果3D打印能占到制造业1％的市场份额（许多行业专家认为可能会达到），即年收入达到1270亿美元，将是未来5年最乐观预测的五倍多。
受制于各种因素，目前3D打印的应用更多聚集在产品需求量较小的原型设计环节，但原型设计市场规模相对较小（估计为10亿美元）。但值得期待的是，一些大型制造企业正在通过3D打印向小规模生产和大规模制造迈出第一步，这些市场的规模是原型设计市场的10-100倍，将为3D打印的未来增长创造新的机会。
在传统制造业，通常企业需要根据客户需求确定工厂规模和生产线，还要考虑零部件交货周期、库存数量、仓储、运输成本等一系列生产因素，以及随之增长的土地、劳动力、税收的变化。所有这些都意味着大量的成本和风险，而基于3D打印的按需制造有望改变传统制造的产品交付方式。也正因为相较于传统成形制造技术的变革性优势，3D打印技术成为当前装备先进制造、结构设计和新材料等技术领域的热点方向，欧美等发达国家纷纷将其列入国家发展战略。而金属3D打印技术属于3D打印技术中的一个重要分支，其对高性能金属构件的制造有着重要的推动作用。
几种主流制备方法
3D打印金属粉末这样使用
1、气雾化法
气雾化法是利用惰性气体在高速状态下对液态金属进行喷射，使其雾化、冷凝后形成球形粉。根据热源的不同又可以将气雾化法细分为电极感应熔炼气雾化(EIGA)和等离子惰性气体雾化(PIGA)两种工艺，采用惰性气体既能防止产物氧化，又能避免环境污染。在 EIGA 工艺中，为电极形式的预合金棒将在不使用熔炼坩埚的情况下进行感应熔炼和雾化，其工艺原理图如下图所示。采用气雾化法所得粉末粒度分布广，大部分为细粉，杂质易于控制，但粉末由于粒径不同而冷却速度不同，导致颗粒内部易产生气泡，形成空心结构，粉末形状不均匀，出现行星球等，对粉末后期应用造成不利影响。
2、等离子旋转电极雾化法
等离子旋转电极雾化法(PREP)是生产高纯球形钛粉较常用的离心雾化技术，其基本原理是自耗电极端面被等离子体电弧熔化为液膜，并在旋转离心力作用下高速甩出形成液滴，然后液滴在表面张力的用下球化并冷凝成球形粉末。PREP 因采用自耗电极，制备出的粉末纯净度较高，且该技术不使用高速惰性气体雾化金属液流，避免了“伞效应”引起的空心粉和卫星粉颗粒的形成。目前俄罗斯最先进的 PREP 技术也只能收得约 15%的细粉(～45μm)，难以服务于微细球形钛粉市场。
3、等离子丝材雾化法
等离子丝材雾化法（PA）是加拿大 AP&C 公司特有的金属粉末制备技术，PA 工艺是以纯度高的金属或合金丝为原料，以等离子枪为加热源，原料丝材被等离子体瞬间熔化的同时被高温气体雾化，形成的微小液滴在表面张力的作用下球化并在下落过程中冷却固化为球形颗粒的一种工艺。以合金丝为原料制备各种材质球形粉末的工艺，可实现高水平的可追溯性和较好的颗粒大小控制，主要服务对象为生物医疗和航空航天工业，产品畅销20 余个国家。
4、射频等离子球化法
射频等离子体球化法是利用射频电磁场作用对各种气体（多为惰性气体）进行感应加热，产生射频等离子，利用等离子区的极高温度熔化非球状粉末。随后粉末经过一个极大的温度梯度，迅速冷凝成球状小液滴，从而获得球形粉末。
加入纳米颗粒
3D打印高强度铝合金
目前，应用于3D打印的金属粉末材料主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢、铁粉、铝粉和铝合金等少数几种，此外还有用于打印首饰用的金、银等贵金属材料。其中，铝合金应用在 3D 打印中优势在于其熔点低、密度低、可强化，并且可塑性好，易加工。但是，这种材料的缺陷在于，其化学活性高，导致加工安全性低；强度低，机械性能不佳。此前美国 HRL 实验室取得了突破进展，研究人员们开发了一种3D 打印高强度铝合金的技术。
增材制造金属通常是利用合金粉末作为原料，经过激光或者其他直接加热光源加热，使其熔化然后凝固成薄层，逐层打印。一般而言，如果是高强度不可焊接的铝合金，“打印”得到的产品会出现严重的热裂纹，这些裂纹可能使金属像薄饼干一样可能被扯断。
实验室利用纳米颗粒功能化方法解决了这个问题，即利用特定的纳米颗粒修饰高强度不可焊接的合金粉末。经修饰的粉末装入 3D 打印机，它可以将粉末分层，然后通过激光熔化每一层，最终制造出三维物体。在熔化和固化的过程中，纳米颗粒的角色就是合金微观结构的成核位置，从而预防热裂纹的出现并完整地保留合金强度。
增材制造过程中的熔化和固化类似于焊接，所以实验室的纳米颗粒功能化可用于将不可焊接的合金变成可焊接的。另外，该项技术可规模化生产，并且采用低成本材料，即传统的合金粉末和纳米颗粒。其中，纳米颗粒均匀分布在粉末颗粒的表面。该技术开启了工程用高强度合金增材制造的大门，并且制备出的合金非常适用于航空器和汽车零部件。
主流金属3D打印
安全因素还是首要问题
无论铝合金还是其他金属粉末，从实际制造角度来说，金属3D打印的每个阶段都会产生不同的污染源（或物质）进而会造成特定的危害。金属3D打印用的金属粉末，粒径分布通常为几十微米，可被吸入肺或肺泡。对于低密度的钛、铝及其合金都是反应性金属，风险尤其大，必须受到粉尘浓度的特定限制；其他金属粉末，如钢或其他含镍合金，则被危险物质指令分类为致癌、致突变和生殖毒性材料。对粉末颗粒的长期接触和吸入会给操作人员身体健康带来一定隐患。
不仅如此，在组件的打印过程中危险同样存在，熔化过程产生的废气除一部分会被带入过滤系统，仍可能有一部分被排出到打印系统的外置空间，从而造成室内环境的污染。随同废气的排出，一部分惰性气体如氮气尤其是氩气，也是风险的来源。设备的维护过程，如过滤系统的清洁，其中的粉尘、灰烬比金属颗粒更加细小，若处理不当，很可能会因为成分的稳定性问题发生火灾甚至爆炸。
基于对SLM工艺过程的整体评估，德国Bayreuth大学开发并评估了粉末防护的特定方案，其重点在于安全防护反应性材料Ti6AlV4。为减少危害而采取的保护措施由STOP原则确定优先级顺序，实施策略要基于流程、地点以及员工保护等关键因素。
金属粉末的处理必须格外小心，并且在可能的情况下，应在保护性气氛中进行。目前，全封闭的工艺流程正在被设备制造商所重视，以SLM Solutions为代表的金属打印机品牌商从粉末的灌装、清理甚至中途加装等所有流程均实现了全封闭操作，这种空间分割或封装最大程度的减少了粉尘的暴露和危害。在这种情况下，3D打印手套箱就成为了一种优先的设备选择。
3D打印技术作为一项前沿性、先导性非常强的新兴技术，对传统制造业的工艺改造和新材料的广泛应用具有颠覆性的意义和作用。我们制造的3D打印手套箱（增材制造保护手套箱）针对航空航天特殊零部件的加工所需要的环境而设计的：3D打印设备一般采用送粉成型或铺粉成型两种，每种成型设备其需要的手套箱设计要求不同，为此需要啊根据不同需求来设计手套箱提供可靠的解决方案。
金属3D打印惰性气体保护系统是一套高性能、高品质的自动吸收水、氧分子的超级净化防护手套箱，提供一个纯化工作环境需求的密闭循环工作系统，可以满足特定清洁要求应用的1ppm的O2和H2O惰性的氛围环境。实现了将选择性激光溶化装置本体放置在一密封箱体内，该密闭箱体与多级粉尘手机装置和风循环装置形成闭环，氩气在该闭环内循环，系统中的气氛水含量达到小于1PPM指标，氧含量达到小于1PPM指标，实现超高纯工作气氛的环境，加工的产品可直接应用，减少再处理环节，是一套满足科研开发而设计的经济型循环净化系统。
技术优势
●解决3D打印手套箱大体积密封的可靠性。
●解决3D打印手套箱信号线及动力线高度集成进箱密封防干扰问题。
●解决3D打印手套箱工作时烟尘净化问题及过滤器更换周期及寿命问题。
●人性化专业化设计，箱体外形美观，箱体上大型门的密封性极好，开启方便简单。
●解3D打印手套箱送粉器送粉进气或铺粉设备镜头吹气与手套箱箱体压力控制。
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