(寻找)正确的东西

Impressed with 所有 the cool shapes you can build 上 a 3D printer? 什么’s even more cool are 所有 the different materials you can use to make them.

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重新制造传统的控制旋钮导致了TOUGH-GRY 10,一种用于生产应用的类似于ABS的高速材料。图片由3D Systems提供。


设计师和工程师一直在进行增材制造方面的挑战’自3D Systems诞生以来,s(AM)似乎无限的设计自由’Chuck Hull出售了他的第一台3D打印机SLA-1。那是三十年前的事,尽管AM继续以其功能给我们留下深刻印象,’仅在过去的几年中3D打印’s true potential—打印先进的,通常是全新材料的能力—has come to light.

想象一下,聚合物能够响应电信号和其他外部刺激而改变其性能甚至形状。能打开各种设计门的金属聚合物和碳纤维复合材料,可印刷的弹性树脂或超硬的耐热陶瓷怎么样?

“目前,全世界的材料领域都有许多创新,但是智能材料市场可以说是现代材料科学最令人兴奋的领域之一,”在线资料平台的增长主管Ben Smye说 Matmatch. “他们对未来产品的效率,效用和多功能性抱有很大希望。”

信任但要验证

那里’这只是一个问题:您如何了解这些材料以及它们的全部优点?冒着一点自我提升的风险,阅读这样的杂志不会’但Smye认为Matmatch等数字平台提供了更好的方法。他说,Matmatch的开发旨在帮助工程师和产品设计师找到合适的材料并与合适的供应商联系。它目前在其站点上列出了数千种材料,并继续扩展其数据库,从包括供应商和数据合作伙伴在内的各种可信赖来源收集信息。然后该数据由公司验证’的内部材料科学家,因此工程师可以对其可靠性充满信心。

尽管比它们的聚合物表亲要受限制的多,金属粉末床打印机仍然为设计人员提供了许多材料选择。 图片由Matmatch提供。

“以标准格式显示的经过验证的数据可以使用户更有效地进行材料特性的比较和评估,” he adds. “这些信息对于推动创新边界的各个领域的设计师和工程师都是至关重要的。 Matmatch允许这些用户在为项目考虑新的或更可持续的材料时做出明智的决定。 ”

He’s not alone. Annie 王, president at 森沃尔 SAE副主席’增材制造数据管理委员会说,她和商业伙伴Zach Simkin在意识到自己并非’唯一努力确定哪些材料可以在不同的3D打印平台上使用的方法。“例如,如果您想知道哪些机器可以打印钛,那么您就必须仔细检查无休止的文档和数据表,” 王 says.

复杂关系

王’解决方案是开发材料和材料特性以及3D打印机及其功能的关系数据库。它最初是供内部使用的,但她和Simkin很快决定将其作为Senvol数据库免费发布到公司网站上。

什么’一些公司不是免费的’其他产品,包括用于附加软件开发人员的应用程序编程接口,“否则将需要数月的开发时间,”一系列称为Senvol SOP的标准操作程序,旨在确保整个AM过程和机器学习软件(Senvol ML)的一致性,该软件可用于智能生成和分析AM数据。

尽管Senvol继续承认两者都是移动目标,但Senvol仍在向Senvol数据库添加材料和机床。“我们与几乎所有向我们提供信息的AM机床和材料制造商都有关系,因为他们希望设计社区尽快了解他们的产品,” she says. “该数据库已尽可能地保持最新状态,但是我可以告诉您,过去几年来材料的数量确实激增,3D打印机的数量和类型也如此。”

这些是确定哪种材料最适合您的下一个项目以及Senvol的良好起点。’例如,哪种3D打印机可以使用所述材料。但正如Wang所言,无论原材料如何,所使用的3D打印设备类型和工艺参数都可能对最终产品的性能起重要作用。’s properties.

这使事情变得清晰:无论如何,请利用可用于工程工作的任何在线资源,但同时要认识到3D打印’复杂性使其成为某种团队运动,一项需要服务局或机床制造商的投入。

不,我在团队中

一个服务局是 Stratasys直接制造,一家使用多种3D打印技术为其客户群提供服务的3D打印和AM公司。高级制造工程师安德鲁·卡特(Andrew Carter)主要专注于金属粉末床印刷,但也同意近来聚合物和金属的类型有所增加。例如,那里’火箭推进行业对C18510铜合金的导热性和导电性以及对航空业的宠儿和易于印刷的镍和钴基超级合金的大量使用引起了极大的兴趣。

直接金属激光烧结生产各种合金的全致密金属零件。 图片由Stratasys Direct提供。

卡特指出,然而,业内许多人正在将这些常规合金视为特殊的甚至定制的材料,“There’为了混合两种不同的金属粉末,我们进行了大量的研究,以达到两全其美的效果,” he says. “那里的公司正在寻求使不可焊接的材料可焊接,例如,添加少量的陶瓷,并开发与6061铝相当的添加剂,这种材料长期以来一直不可用。”

在聚合物方面, 阿科玛 alone released eight 恩 gineered resins at the 添加剂制造 User Group 2019 conference, as well as a bio-based version of Nylon 11 and its Kepstan-brand PEKK. 那里’s 欧瑞康, 巴斯夫,色度和 元素3D卡特说,他们正在尝试开发满足特定需求的材料。

让’s Chat

使用3D打印—比其他任何制造方法都多—it’对于与知识渊博的服务提供商合作至关重要,这是AM的AM应用工程师Eric Utley说 原型实验室. “Let’面对现实,[AM]不断发展,每个人都不时地为自己的项目确定正确的材料和正确的过程。 ”

“例如,使用立体光刻技术,大多数聚合物都有自己的商标名称,’除了这些材料的表面数据表以外,还没有很多可用的信息,” Utley adds. “这些和其他材料需要经验才能了解它们的性能。”

这就是Protolabs和所有知名服务机构鼓励其客户尽早将其纳入设计讨论的原因,以便他们可以了解产品最终是否将被注塑,暴露于某种化学物质或在静电环境中使用。 。

It’不会变得容易。 Utley指出了诸如 马克福格,该公司拥有一系列金属和碳纤维复合材料; 碳3D 具有环氧树脂和有机硅;和 生命值’s Multi Jet Fusion(MJF),曾经的打印机“nylon 上ly”但此后便涉足热塑性聚氨酯,并正在探索金属和导电材料。“It’对我们所有人来说绝对是一个有趣的时刻,” Utley notes.

生命值’■Multi Jet Fusion可打印多种尼龙和TPU材料。 图片由Protolabs提供。

右边向上

输入正确的材料很重要,但是有时您只需要尽快购买零件,无论它们是什么’由Protolabs和Stratasys Direct之类的快速提供程序提供。 Xometry 是另一个。

“我们当然会提供实质性的建议,尽管我们的许多客户都在赶时间,并选择任何方式’最可用或最实惠的”Xometry应用工程总监Greg Paulsen说。“一个常见的例子是使用印刷尼龙代替聚丙烯,但在任何平台上都不容易获得。这是因为尼龙具有相似的延展性和比重,最重要的是可以立即购买。”

3D打印为设计师提供了丰富的聚合物和性能。 图片由Xometry提供。

除了实用主义,保尔森还对最近出现的一系列新材料感到兴奋。与Utley一样,他提到了Carbon 3D及其数字光合成技术,该技术打破了基于层的AM的某些障碍。“It’确实是第一次,任何人都可以使用可印刷的,基于聚氨酯的和基于环氧树脂的材料,” he says. “过去,这些只能通过铸造和模制获得。什么’更重要的是,由于[数字光合成]是一个连续的过程,因此它消除了与方向相关的设计约束。”

设计师为什么要关心方向?“考虑ULTEM,一种高强度,高温工程级聚合物,” Paulsen explains. “如果使用它来打印铅笔形状并将其水平定向,则它会很坚固,但是垂直打印并’在使用过程中可能会破裂。这就是为什么连续3D打印过程如此重要以及为什么为AM进行设计需要对所使用的过程和材料有扎实知识的原因之一。它’一项复杂的技术。”

驯服狂野西部

使它变得更加复杂的一个因素是通用材料规格的不确定性。过去用于设计要在机械车间或制造厂中使用的产品的任何人都仅需参考ASTM标准,并且要确保其产品中使用的任何钢,铝或聚碳酸酯都是完全相同的材料,无论其方式,位置或位置如何这些零件是用什么机床制造的。使用AM时,“polypropylene like”一台机器上印刷的聚合物可能与竞争设备品牌上印刷的聚合物不同;如果该过程不是’严格控制,甚至可能因零件的不同而异。

根据材料R副总裁Edwin Hortelano的说法&D at 3D系统,这个毛发问题不是’就像人们可能想到的那样令人震惊或新颖。“It’与注塑成型,铸造或锻造没有什么不同,在注塑成型,铸造或锻造中,使用的温度和压力可能会改变材料的性能,” he says. “好的过程控制是所有制造学科的重要组成部分,尽管它’对于3D打印而言,这一点尤为重要。当然,这抵消了它的强大功能。”

有机化学家Hortelano建议,随着3D打印成为主流,这种讨论将获得更大的价值。它 ’弄乱原型零件的机械或电气特性是一回事,但是当这些相同零件投入生产时呢?那’另一个故事。他说,解决方案是将重点更多地放在产品上’功能而不是任何规格集,找到所需的任何材料和打印机最佳地址,然后制定合理的制造过程以确保产品的一致性。

这可能意味着要嫁给某种品牌的设备或至少某种类型的3D打印技术。“我们和我们的竞争对手各自提供的产品在化学上彼此不同,” says Hortelano. “每个组件都可能为您提供具有共同特性的零件,但是材料在化学上并不相同,并且可能有专利和其他知识产权可以阻止这种情况的发生。所以你可以’不要期望用一种品牌的打印机和材料来开发某种产品,然后随便将其过渡到具有竞争力的产品。因此,是的,增材制造零件的设计师可能需要做的功课要多于减法同行,但同时,他们有潜力制造出一些令人兴奋的产品。”

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