先進(jìn)材料專家Lucideon 討論金屬和陶瓷增材制造的發(fā)展

在增材制造（AM）領(lǐng)域,，材料的選擇和工藝的開發(fā)始終是關(guān)鍵挑戰(zhàn),。英國新型材料技術(shù)開發(fā)商Lucideon公司憑借其強(qiáng)大的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和豐富的材料開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，致力于提升金屬和陶瓷增材制造的應(yīng)用可用性,。

在本期文章中,，南極熊整理了Lucideon公司的兩位專家——Robert Crookes和Julius Bonini對(duì)金屬和陶瓷增材制造未來發(fā)展的看法，深入探討了他們?cè)谶@一領(lǐng)域的工作和面臨的挑戰(zhàn),。

關(guān)于Lucideon

Lucideon的目標(biāo)是幫助其他公司開發(fā)材料和工藝并應(yīng)對(duì)行業(yè)挑戰(zhàn),，業(yè)務(wù)涉及廣泛的行業(yè)。公司的前身是英國陶瓷研究協(xié)會(huì) (BCRA),，該協(xié)會(huì)于 1970/1980 年更名為 CERAM。2006 年 12 月,，該公司收購了美國的 M&P 實(shí)驗(yàn)室,。2014 年初，CERAM 和 M+P 實(shí)驗(yàn)室以單一公司名稱共同更名為 Lucideon,。

Lucideon公司的美國分公司名為L(zhǎng)ucideon M&P,，業(yè)務(wù)范圍覆蓋眾多領(lǐng)域，包括先進(jìn)陶瓷工程,、冶金學(xué)和金屬增材制造,，以及針對(duì)航空航天、航天,、國防等行業(yè)的全套測(cè)試,。增材制造工作以陶瓷和金屬為中心，但也涉及建筑材料和結(jié)構(gòu)以及藥品,。在美國,，公司的服務(wù)更側(cè)重于作為測(cè)試和咨詢公司的角色,，尤其擅長(zhǎng)應(yīng)力腐蝕開裂 (SCC) 測(cè)試。團(tuán)隊(duì)做了很多故障分析,，尤其是增材制造,，包括將增材制造與傳統(tǒng)工藝相結(jié)合的混合制造。

△采用陶瓷增材制造技術(shù)制成的成品部件

Robert Crookes,，Lucideon英國分公司的先進(jìn)材料主管,，專注于工程陶瓷的開發(fā)，應(yīng)用于航空航天,、國防和核能等領(lǐng)域,。他表示，Lucideon不僅開發(fā)材料配方,，還致力于將增材制造工藝從實(shí)驗(yàn)室推向規(guī)�,；�生產(chǎn)。

Julius Bonini,，擁有40年經(jīng)驗(yàn)的冶金學(xué)家,，是Lucideon金屬和增材制造領(lǐng)域的首席顧問。自 EOS,、Renishaw 和其他金屬解決方案提供商成立以來,，他們一直活躍于 3D 打印行業(yè)。他強(qiáng)調(diào),，公司與幾乎所有航空航天OEM合作,，專注于故障分析等工作。

△JuliusBonini（左）和 Robert Crookes（右）

面臨的挑戰(zhàn)

Crookes指出,，陶瓷增材制造的主要挑戰(zhàn)在于實(shí)現(xiàn)材料的高密度,，以發(fā)揮其優(yōu)異的熱性能和機(jī)械性能。他解釋道,，許多現(xiàn)有的增材制造技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)陶瓷材料的完全致密化,，導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中性能不穩(wěn)定。一些涉及 DLP 和 SLA 的成熟技術(shù)擅長(zhǎng)成形薄壁,，但它們的成本極高,，尤其是當(dāng)考慮到成本不僅包括打印機(jī)和材料，還包括必要的后處理時(shí),。這使得成本效益成為一項(xiàng)挑戰(zhàn),。

其他陶瓷增材制造技術(shù)則幾乎截然相反：工藝成本低廉，可以實(shí)現(xiàn)高密度,，但代價(jià)是目前打印分辨率的可能程度,。與金屬增材制造相比，陶瓷更像是一種新興材料，完全可用的解決方案非常少,，這意味著競(jìng)爭(zhēng)仍在繼續(xù),。

△Lucideon的陶瓷 SLA

Bonini則提到，金屬增材制造行業(yè)已基本克服了密度問題,，現(xiàn)在整個(gè)行業(yè)都已實(shí)現(xiàn) 99% 或更高的致密性,。這在大多數(shù)材料中已成為普遍現(xiàn)象：不銹鋼、鈦​​等,。當(dāng)前的挑戰(zhàn)是如何獲取新材料（尤其是粉末）和降低生產(chǎn)成本,。他表示，行業(yè)內(nèi)正在積極探索新型合金和粉末材料,，以滿足醫(yī)療和航空航天應(yīng)用的需求,。

△金屬AM 粉末分析是 Lucideon 業(yè)務(wù)的一部分

第三個(gè)挑戰(zhàn)集中在材料設(shè)計(jì)允許值上。人們希望增材制造成形的不同材料具有特定屬性,，而這已成為該行業(yè)的新設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),。

材料的特定需求

兩位專家還討論了陶瓷和金屬增材制造的具體需求和區(qū)別。Crookes提到,，陶瓷材料在增材制造中可能會(huì)面臨脆性和缺陷敏感性的問題,。尤其是在復(fù)雜形狀的設(shè)計(jì)中，鋒利的邊緣可能導(dǎo)致材料在使用過程中發(fā)生災(zāi)難性故障,。他指出,，可靠地生產(chǎn)復(fù)雜的陶瓷部件需要深入的材料研究和工藝優(yōu)化。陶瓷工件打印后,，幾乎所有當(dāng)前工藝都需要脫脂和燒結(jié),，這會(huì)給組件帶來挑戰(zhàn)。這是 Lucideon 產(chǎn)品的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)：包括了組件的所有后處理,。

Bonini則強(qiáng)調(diào)了金屬增材制造在不同領(lǐng)域的應(yīng)用差異,。例如，航空航天業(yè)使用電弧增材制造技術(shù)制造火箭和發(fā)動(dòng)機(jī)部件,，這些部件通常較大且需要嚴(yán)格的設(shè)計(jì)允許值,，以確保其在極端條件下的抗疲勞性能。而醫(yī)療行業(yè)則更注重快速生產(chǎn)小型產(chǎn)品,，如植入物，材料的選擇必須考慮成本和生產(chǎn)效率,。

△金屬增材制造部件的植入失效分析

認(rèn)證與市場(chǎng)現(xiàn)狀

在認(rèn)證方面,，Crookes表示，陶瓷增材制造尚未達(dá)到金屬領(lǐng)域的成熟度,，認(rèn)證流程仍需進(jìn)一步明確,。他指出，陶瓷材料的驗(yàn)證過程可能比金屬更加復(fù)雜，必須對(duì)每個(gè)部件進(jìn)行全面的 NDT（無損檢測(cè)）以尋找缺陷,。因?yàn)槊糠N形式的每個(gè)部件都可能需要獨(dú)立驗(yàn)證,，這在當(dāng)前的市場(chǎng)環(huán)境中是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

△分析陶瓷增材制造部件

美國有三個(gè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)：FAA,、FDA 和 NASA,。NASA 負(fù)責(zé)大氣層以上；FAA負(fù)責(zé)大氣層到地面,；FDA 負(fù)責(zé)地面上所有人,。他們有非常嚴(yán)格的認(rèn)證流程，對(duì)金屬增材制造來說,，這一直是一個(gè)挑戰(zhàn),。Bonini提到，盡管金屬增材制造的認(rèn)證流程復(fù)雜,，但隨著行業(yè)的成熟,，獲得新組件認(rèn)證的難度正在降低。他解釋道,，隨著歷史數(shù)據(jù)的積累,，許多新組件的認(rèn)證可以依賴于過去的測(cè)試結(jié)果，減少了重復(fù)測(cè)試的需求,。

Lucideon的服務(wù)與未來展望

Lucideon為客戶提供全面的咨詢服務(wù),，幫助他們?cè)谠霾闹圃爝^程中選擇合適的材料和工藝。Crookes強(qiáng)調(diào),，陶瓷增材制造不僅僅是3D打印過程,，還包括材料配方和后處理的專業(yè)知識(shí)。他指出,，許多工程師在使用陶瓷材料時(shí)面臨挑戰(zhàn),，因此Lucideon提供了大量的建議和支持，幫助他們理解如何有效利用這些材料,。

陶瓷增材制造機(jī)器人鑄造是 Lucideon 制造零件的一種方法

Bonini對(duì)混合制造的未來充滿期待,，認(rèn)為將傳統(tǒng)制造與增材制造相結(jié)合，將為設(shè)計(jì)提供新的可能性,。他表示,，混合制造不僅能夠提高生產(chǎn)效率，還能實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計(jì),，滿足客戶的多樣化需求,。

金屬增材制造制件表面分析

結(jié)語

隨著增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展，Lucideon在材料研發(fā)和工藝創(chuàng)新方面的努力,，將為航空航天,、國防和醫(yī)療等多個(gè)行業(yè)帶來新的機(jī)遇,。通過不斷優(yōu)化材料性能和生產(chǎn)工藝，Lucideon正在推動(dòng)金屬和陶瓷增材制造的廣泛應(yīng)用,，為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量,。

更多關(guān)于Lucideon的信息，感興趣的熊友請(qǐng)?jiān)L問他們的官方網(wǎng)站：https://www.lucideon.com/,，了解他們?cè)谠霾闹圃祛I(lǐng)域的最新進(jìn)展和服務(wù),。