浅谈金属增材制造技术的6大应用场景(2)
04 高性能成形修复受损零件
高成本零件的成形修复也是金属增材制造技术的突出优势。过去，对于受损零部件只能做表面的涂层修复，并且维修工序步骤繁多，还涉及到一些额外的步骤如加工、抛光、测试等，同时还受维修时限条件的制约，耗时较长；而对于损伤稍严重的零部件也只能作更换处理。金属增材制造技术则可以对任意缺失或损环的部分进行快速成形和修复。
例如航空航天零件结构复杂、成本高昂，一旦出现瑕疵或缺损，只能整体换掉，可能造成数十万、上百万元损失。而通过金属3D打印技术，可以用同一材料将缺损部位修补成完整形状，修复后的性能不受影响，大大延长了使用寿命，降低了成本，减少了停机时间。
▲德国MTU 航空发动机公司
整体叶盘激光修复过程流程
其实除了航空航天领域外，机械、能源、船舶、模具等行业也对大型装备的高性能快速修复提出了迫切需求。据悉，西门子公司计划从2014年开始采用金属3D打印技术制造和修复燃气轮机的某些金属零部件，并称在某些情况下，通过3D打印技术可以把对涡轮燃烧器的修理时间从44周缩减为4周。
05 异质材料的组合制造
对于传统制造方式（铸造、锻造等）来讲，将不同材料组合成单一产品非常困难，但是增材制造技术有能力使不同原材料进行组合制造。金属增材制造LSF技术可以在通过铸造、锻造和机械加工等传统技术制造出来的零件上任意添加同/异质材料的精细结构，并且使其具有与整体制造相当的力学性能。
因此，针对部分工业零件适当利用增材制造技术进行组合制造，不同的结构部位采用不同类别的金属材料，不仅大大提高结构件的性能，而且降低了成本，特别是昂贵材料的成本。同时，也把增材制造技术成型复杂精细结构的优势与传统制造技术高精度本的优势结合起来，形成了最佳的制造策略。
▲图：组合制造
06 结合拓扑优化的轻量化制造
增材制造技术快速自由成型的特点，给产品的设计带来了无限的创新空间，为实现最优化的设计提供了有效的制造途径。特别是当前应用得比较多的拓扑优化技术，与传统的经验式设计模式不同，经过拓扑优化的创新模型是在满足设计约束下的最优拓扑结构。但是优化后创新模型结构十分复杂，可制造性差，因此在设计阶段不得不引入制造性约束，以满足传统加工制造工艺的要求。往往这样得到的产品结构是牺牲掉了其在轻量化和高性能上的优势。而金属增材制造技术则可以使这些经拓扑优化后的创新模型，不用考虑制造约束并快速实现制造。
例如空客A320飞机的大尺寸“仿生”机舱隔离结构，这一结构是通过拓扑优化设计，金属3D打印制造而成，材料是采用的超强且轻质合金材料Scalmalloy。A320全新的机舱设计与原有的隔离结构相比，新型的仿生隔离结构由几个不同的部件组成，不仅强度更高，而且将其总量减轻了45%。
另外，GE采用增材制造技术制造的Leap喷气发动机的金属燃料喷嘴，是通过长达10多年的探索通过不断的优化、测试、再优化，才达到零件数量从20多个减少到了一个。这样造出的燃油喷嘴不仅重量更轻，而且改善了喷油嘴容易过热和积碳的问题，将喷油嘴的使用寿命提高了5倍；另外，减少组装也提升了喷嘴的稳定性，并为公司降低了物流、组装、焊接等方面的成本。
▲GE的Leap喷气发动机的金属燃料喷嘴
07 后记
增材制造技术改变了传统的制造方式，为复杂金属结构功能件的直接制造提供了新思路，对于制造业而言有着广阔的应用前景。未来金属3D打印机将会越来越多的取代部分传统加工制造设备，但是增材制造技术也有其缺陷与不足，并不能完全取代减材制造，而是并列互补的关系。
当前，大部分的制造企业对于增材制造，特别是金属增材制造还只停留在观望的阶段，或者仅仅应用于新产品的快速开发诸如原型看样、对设计装配进行验证以及非金属模具成形等方面。笔者希望通过以上金属增材制造应用场景的总结，为企业进一步推进此技术带来启发，找到增材制造与传统制造方式的契合点，并有效的嵌入到现有的生产模式中。
(责任编辑：admin)
未来，3D打印将为供应链带
选区激光熔化SLM过程中打
3D打印热潮已过，下步将如
干货：3D打印在一汽大众汽
3D打印机为何能在环保问题
3D打印为供应链带来意想不
各类3D打印成型技
