@ 2016.01.18 , 08:00
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物理学家能说服工程师们信任3D打印的金属零件吗?

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无法否认的是3D打印已经成为建造新事物的最快最高效的方式了,但是大多数工程师仍然对大规模使用3D打印抱着实验性的态度,因为出来的结果并非让人特别放心。现在物理学家们希望能一劳永逸地说服他们。

在实际工程运用中最常见3D打印形式是选择性激光熔化技术。在这个过程里,一层精细的金属粉末铺在一个可移动平台上。高强度激光或者电子束会选择性地熔化这侧金属粉末的特定部位,然后迅速冷却和凝固。然后平台移动,更多粉末加入,过程再继续重复,直到一个完整的物体被打造出来。

这样比传统技术可以更快地制造零件,同时可以制造更复杂的物体。不出意外的话,像通用电气(3D打印迷你飞机引擎),NASA(3D打印火箭)和波音(3D打印飞机引擎零件)等公司都在实验这种技术 。但是正如劳伦斯利弗莫尔国家实验室的Wayne King在新闻发布会上所解释的,“如果我们想在关键应用中使用这些零件,它们必须符合标准”,然而现在并非所有人都有信心。

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现在King和他在国家实验室的同事们在《应用物理评论》上发布立刻一篇论文,里面用一系列模型阐释了这项技术在工作时用到的具体物理学。他们的想法是让人们更好理解这个过程在不同尺度上的操作原理,从微观熔化和金属粉末的凝结到最终物体的体特性。

这个模型同时让工程师们可以计算制造过程中产生的压力和热量,从而知道过程中金属发生了怎样的变化。于是他们可以得知在打印过程中的哪些难以注意的异常现象会导致不良零件,从而造成故障。最终他们可以在未来的操作中预防此类现象。

研究者们希望这些模型可以帮助工程师们更加仔细地调校激光的功率,速度和光束尺寸等参数。这样他们就能自信地在充满敌意的真实世界中使用这些3D打印的零件了,就想传统工艺制造的零件一样。如果工程师们被成功说服,我们就可以在例如航空领域等行业里看到更多的3D打印技术的运用了。

King在新闻发布会上说:“我们希望加快利用这种灵活的金属制造工艺的专业认证和资格审核。理想环境下,工厂希望在周一造出一种零件,然后通过了,在周二,同一台机器又造出另外一种零件,然后又通过了。我们想实现的就是在金属这块也能做到‘跟打印印刷品一样’。”

本文译自 gizmodo,由译者 许叔 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 31+1

  1. 芬里尔
    @2 years ago
    3040674

    哦哦哦,这个赞。完全就是不用高压炉炼制粉末钢的黑科技嘛~ 如果成品能像CTS204P这种神物的话,那么以后土豪们D刀都方便多了呢~

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  2. 囧样雷管
    @2 years ago
    3040680

    以后机架战斗近战是不是可以一边打印一边用了呢。。。诶?哪里来的土狼?哪里来的红A?我不清楚

    [1] XX [18] 回复 [0]
  3. 囧兔
    @2 years ago
    3040682

    关键并不是能不能做到,做出一个零件有无数种方法,但是要能够生产它是另外的一种说法,它必须要连带着测试自动化的工作流水线。否则我们需要雇佣额外的人去负责搬运、组装、测试,成本很难控制。
    一条自动化产线的设计是非常复杂的,当然出来合格的产品是最好了,但做到这点,随便一个工科学生都可以,而一个工程师要做到的东西更多,它必须达到质量可控、符合标准、达到可观的产率,严格服从运筹学的约束。
    物理归物理,工业是工业。工业同时受商业规律约束和物理定律约束,有时候应用物理的东西是非常好的,但是不适合在工业中运用。对于学术界的东西,应用到工业上的还是非常少的,大部分学术界来的成果,不适合工业化。
    3D打印,我还是坚持我的观点,只能在极小规模的实验室使用,工业界暂时没有考虑过它,产线是一个复杂的系统工程,几个物理学家可以攻关难题,但他们对产线的设计缺乏足够的经验和知识。
    你说产线能不能像PC一样存在在个人的家里?我觉得可能在很遥远的未来是可能实现的,3D打印目的不应该是适应现在的产线,而应该朝着智能的微型产线努力。

    [47] XX [9] 回复 [0]
  4. 3040684

    相信我,工程师这个物种,是没法说服的,他们只承认结果,所以唯一的办法就是直接造出来给他们去测试

    [83] XX [3] 回复 [0]
  5. 3040691

    物理学家能把自己说服了么。。。。。。。飞机零件一点小小的裂纹都有可能导致金属疲劳酿成大祸。

    [15] XX [1] 回复 [0]
  6. 八咫猪
    @2 years ago
    3040696

    是的,除非拿到可信的测试报告,并且满足产品生命周期中的各项品质和成本要求,否则工程师不会同意采用的

  7. 神响
    @2 years ago
    3040705

    不,我们设计师都不会用。。。这是产业链的问题。也是质量安全问题,像上次报道的什么3D打印建筑,过不了任何审查。

  8. 渡鸦千谣
    @2 years ago
    3040707

    @芬里尔: 到时候手锻的更贵了,土豪就全玩儿手锻了

  9. 幕后煮屎者
    @2 years ago
    3040713

    @囧兔: 我觉得3D是用自己之短去度别人之长了,3D打印刚出来的时候的缺点就是精度低,成品品质不稳定,近年来有所改善,但是成本肯定是比不过传统铸造或者机床这种产品线,3D打印真正要打入工业行业,我觉主要是要开发新领域,例如一些特殊机械结构用传统方法反而效果不好的零件,例如镂空的零件,从这些方向开始竞争,然后不断成熟攻占未来市场。

  10. 3040723

    @囧兔:
    这篇论文我厂去年就在组会上讨论过了,因为它是出于LLNL的。这里是媒体误导了眼球,重点是现代以来生产工艺的减成法与积层法之争,现在他们提出的模型是解释属于积层法的选区激光烧结工艺的可靠性,比之前熔融积层是更靠谱了。适合不适合工业,则还是有很多不成熟,譬如他们对克努森层的模型化工作就做的不是太有说服力,如果以目前估算的话会对温度有过测,对于精细生产还是不太好。
    研究生产工艺的学者的论文,看看保持自己不掉队就好。他们的论文最大限制是无法取得工业应用中数据(属于商业机密),只能靠别人实验室里的数据,经验上我们在很多论文里都看到了奇怪的数据被反复使用,跟实际量测偏差颇大。

    [15] XX [0] 回复 [0]
  11. 饕餮
    @2 years ago
    3040761

    有什么用, 金属最大的问题在于热处理. 你3D打印能控制晶格结构?同样的成分, 结构差一点就天差地别. 相信50年后也没人敢信誓旦旦的说人类已经完全理解了热处理背后所有的机理吧

    [10] XX [2] 回复 [0]
  12. 自寻箱子
    @2 years ago
    3040773

    @pixy:

    这是可以理解的,因为和工程师的职业生涯息息相关的事情是实际表现和表现。理论和实际通常被认为不是天然等同的。

  13. 羽落
    @2 years ago
    3040824

    不能,3D打印还处于试验阶段,其很多物理变化都是不可预测的,其中包括材料熔化重塑的热力学效应,材料的伸缩等等。金属材料更加复杂,没有工程师敢用的,太多不可预测性

  14. 饕餮
    @2 years ago
    3040834

    问个问题, 应用物理学家真的能算物理学家么

  15. 我先不杀你
    @2 years ago
    3040838

    3d预应力怎么做?

  16. 3040850

    我觉得理论最大的问题是,做理论的很难跟得上现在激烈的科技创新竞争,一般都是新的工艺出来后,我们再使用regression使用纯粹的统计技巧推出数学模型,再在实际设计中使用渐进分析。工程师总的来说,不关心科学理论,只关注模型和应用技巧。
    纯粹从物理理论出来的分析解通常存在两个问题:
    1)模型太过复杂,对于设计没有很大指导作用,就算是在电脑科学层面上来说,运行这样的模型也极耗时、需要复杂的电脑架构。
    2)忽略的现实的因素太多,不准确。

  17. 公子小白
    @2 years ago
    3040859

    有时候的煎蛋给我感觉是一个国家级的实验室,充斥着各个领域的研究员………..

    [22] XX [0] 回复 [0]
  18. 3040860

    嘴炮是说服不了的。造出来零件给工程师去试啊!
    各方面的性能都合格工程师自然就接受了,然后告诉他们造价……如果造价高出传统制造那就自求多福吧……

  19. 双黄蛋
    @2 years ago
    3040884

    我曾经打印过几个组合在一起的小零件,用的光敏树脂
    在阳光下晒过一个来月后,发现他们已经不能够组装到一起了

  20. 爷爷
    @2 years ago
    3040896

    我就是工程师,3d打印技术目前更多是用在打样件,而且主要是验证形状的样品,从材料机械性能角度来说这种金属粉末烧融的产物根本就没法和传统机加工产品比,说得好懂一点,这简直就是要拿铸造件,取代整个现代机械加工工业一样

  21. PhillyCheeseDick
    @2 years ago
    3040981

    一层一层的用金属粉末烧结出一个金属件….说实话机械强度还有晶格排列都是问题吧…这玩意儿跟塑料件不一样…

  22. 3041015

    @CXZ:
    他们的客户是买设备的生产厂家,不是供应链更下一层的购买配件的工程师,最关键还是要考察有没有组合进去生产线的潜力。

  23. 3041026

    @PhillyCheeseDick: 只支持有限种结构的金属,衬底上的固体生长方向需与熔融池的等温线垂直。

  24. 老蛋
    @2 years ago
    3041374

    @PhillyCheeseDick: 这个问题在塑料件中也是个大麻烦

  25. 3041376

    @老蛋: 3d打印的塑料是非晶态的。。。。

  26. 拾伍
    @2 years ago
    3041496

    ……你们……都在说什么啊

  27. jerrybie
    @2 years ago
    3041528

    3D打印材料 塑料 生物的强度都不如模成型的,金属问题当然更不可能啦,3d打印注重的是微结构的设计啦, 至于大型的一片片的承压件,交给模具就行。

  28. 老蛋
    @2 years ago
    3041646

    @Lo: 塑料拉出的纤维和压力注塑的分子形态完全不同好嘛,更别说半流体状态下形成的东西了。还有光敏树脂就更不一样了。

  29. jerrybie
    @2 years ago
    3041682

    @老蛋: 晶格排列影响其机械反应一说只存在在晶体上,3d打印用的abs塑料是非晶体,不存在晶格排列影响一说,分子构型的机械属性本来就是不稳定的,PhillyCheeseDick区分了这个区别是正确的,而你说同样问题影响塑料是错误的。不同于金属,本来这种塑料就不是用在工业要求高的部件上的。回去复习初中化学。

  30. 老蛋
    @2 years ago
    3041842

    @jerrybie: 3d打印只有abs树脂?看看老片子《侏罗纪公园2》吧!

  31. 3041881

    从应用考虑,如可靠性,热锻和连铸出来的材料不是一个档次的,至于3D,离连铸也有点距离。
    用IC的分级,热锻如宇航级,连铸不能算汽车级,算工业级吧,至于3D,最低档次的消费级!

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