3D打印材料使用什么金属?

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-02-22 矿业澳洲


金属3D打印是属于数字热加工的一项技术,目前制备金属的3D打印技术主要有:选区激光熔化/烧结(SLM/SLS)、电子束选区熔化(EBSM)、激光近净成形(LENS)等。与传统工艺相比,金属3D打印有直接成型,无需模具,可以实现个性化设计并制作复杂结构,高效、低消耗、低成本等优点。但是因为其是数字热加工,变形是无法消除的,变形量需要从工艺和经验上去控制,最后还要经过数控机床等技术的后期加工处理。


金属3D打印材料的应用领域相当广泛,例如,石化工程应用、航空航天、汽车制造、注塑模具、轻金属合金铸造、食品加工、医疗、造纸、电力工业、珠宝、时装等。


但是,因为金属3D打印材料本身的材料属性,其都有特定的应用领域范围,因此,金属3D打印材料选择的过程是一个权衡多个因素的过程。而且,3D打印金属不能仅仅凭借金属3D打印机的参数来衡定,每种金属材料都有适合自身特性的极限点,包括应用、功能、稳定性、耐久性、美观性、经济性都是设计师要考虑的因素。


现今,国内外金属3D打印机采用的金属粉末一般有:工具钢、马氏体钢、不锈钢、纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、铜基合金、钴铬合金等。




以工具钢和马氏体钢为例,工具钢的适用性来源于其优异的硬度、耐磨性和抗形变能力,以及在高温下保持切削刃的能力。模具H13热作工具钢就是其中一种,能够承受不确定时间的工艺条件;马氏体钢,以马氏体300为例,又称“马氏体时效”钢,在时效过程中的高强度、韧性和尺寸稳定性都是众所周知的。他们与其他钢不同,因为他们是不含碳的,属于金属间化合物,通过丰富的镍、钴和钼的冶金反应硬化。由于高硬度和耐磨性,马氏体300才适用于许多模具的应用,例如,注塑模具、轻金属合金铸造、冲压和挤压等,同时,其也广泛应用于航空航天、高强度机身部件和赛车零部件。


不锈钢与碳钢不同,目前的铬含量不同,10.5%铬含量最低的钢合金,不锈钢不容易生锈腐蚀。目前,应用于金属3D打印的不锈钢主要有三种:奥氏体不锈钢316L、马氏体不锈钢15-5PH、马氏体不锈钢17-4PH。


奥氏体不锈钢316L,具有高强度和耐腐蚀性,可在很宽的温度范围下降到低温,可应用于航空航天、石化等多种工程应用,也可以用于食品加工和医疗等领域。


马氏体不锈钢15-5PH,又称马氏体时效(沉淀硬化)不锈钢,具有很高的强度、良好的韧性、耐腐蚀性,而且可以进一步的硬化,是无铁素体。目前,广泛应用于航空航天、石化、化工、食品加工、造纸和金属加工业。


马氏体不锈钢17-4PH,在高达315℃下仍具有高强度高韧性,而且耐腐蚀性超强,随着激光加工状态可以带俩极佳的延展性。


金属3D打印材料应用最为广泛的金属粉末合金主要有纯钛及钛合金、铝合金、镍基合金、钴铬合金、铜基合金等。


目前应用于市场的纯钛,又称商业纯钛,分为1级和2级粉体,2级强于1级,对于大多数的应用同样具有耐腐蚀性。因为纯钛2级具有良好的生物相容性,因此在医疗行业具有广泛的应用前景。


钛是钛合金产业的关键。目前,应用于金属3D打印的钛合金主要是钛合金5级和钛合金23级,因为其优异的强度和韧性,结合耐腐蚀、低比重和生物相容性,所以在航空航天和汽车制造中具有非常理想的应用,而且,因为强度高、模量低、耐疲劳性强,应用于生产生物医学植入物。钛合金23级,纯度更高,是神级一样的牙科和医疗钛品级。


目前,应用于金属3D打印的铝合金主要有铝硅AlSi12和AlSi10Mg两种。铝硅12,是具有良好的热性能的轻质增材制造金属粉末,可应用于薄壁零件如换热器或其他汽车零部件,还可应用于航空航天及航空工业级的原型及生产零部件;硅/镁组合使铝合金更具强度和硬度,使其适用于薄壁以及复杂的几何形状的零件,尤其是在具有良好的热性能和低重量场合中。


一般情况下,镍基合金都具有良好的抗拉伸、抗疲劳和抗热疲劳性能。目前,主要有Inconel 738、Hastelloy X、Inconel 625、Inconel 713、Inconel 718等。


Inconel 738具有良好的高温蠕变断裂强度,抗热腐蚀性是较低铬含量的超合金,可长期暴露于高达920-980℃的高温腐蚀性的环境中,适用于飞机发动机、燃气轮机。


Hastelloy X在高温下具有高强度和抗氧化性,在高达1200℃的环境中,也具有良好的延展性,目前,主要应用于航空航天技术中,例如燃气轮机部件和燃烧区组件如过渡管、燃烧器罐、喷杆、排气管、加力燃烧室等;而且还因为具有耐应力腐蚀开裂的性能,应用于工业炉、石油化工及化学过程工业中。


Inconel 625在高温约815℃的条件下依然具有良好的负载性能,而且耐腐蚀性强,广泛应用于航空航天、化工及电力工业中。


Inconel 713具有优异的抗热疲劳性能,以及在927℃的特殊断裂强度,适用于喷气发动机燃气轮机叶片。


Inconel 718是基于铁镍硬化的超合金,具有良好的耐腐蚀性及耐热、拉伸、疲劳、蠕变性,适用于各种高端应用,例如,飞机涡轮发动机和陆基涡轮机等。


钴铬合金具有高强度、耐腐蚀性强、良好的生物相容性以及无磁性的性能,主要应用于外科植入物包括合金人工关节、膝关节和髋关节,同时其还可用于发动机部件以及时装、珠宝行业等。


应用于市场的铜基合金,俗称青铜,具有良好的导热性和导电性,可以结合设计自由度,产生复杂的内部结构和冷却通道,适合冷却更有效的工具插入模具,如半导体器件,也可用于微型换热器,具有壁薄、形状复杂的特征。


就国内而言,在金属3D打印领域具有较高权威的3D打印企业当属西安铂力特,公司一直专注于高性能致密金属零件的激光立体成形制造,以及金属零件的激光修复再制造,涵盖各种钛合金、高温合金、不锈钢、模具钢、铝合金等材料。


据西安铂力特区域经理周灵峰介绍,国内的传统制造业体量非常巨大,产品种类琳琅满目,而3D打印作为一项前沿科技,远远谈不上颠覆制造业,两者是相辅相成、相互促进、协同发展的。虽然,3D打印是一项自由结构制造的技术,但是,需要有很多加工方法来规避3D打印后处理的的痛点。因此,传统制造业所使用的数控机床加工技术就显得尤为重要,其与3D打印相得益彰,不同的产品在利用这两种技术时可以变化主导制造流程,塑造的产品会更加完美。


至于要真正加工一个近乎完美的金属件,设备载体固然重要,但是需要软件、工艺、材料相互协调,当然,用金属3D打印机制造零部件或者加工产品,首先需要熟悉材料,然后再谈精密机械。而且,金属打印,因为支撑问题,会导致后期零件无法加工,可能需要考虑更多材料成分的配比关系来迎合打印过程中其他因素对材料特性的影响。以3D打印航空航天零部件为例,航空航天上使用的金属部件都是在极端环境下的,具有强抗腐蚀性、耐高温、金属强度高的特点,如果不熟悉材料特征,如何利用3D打印控制制造金属零部件呢?因此,熟悉材料就显得尤为重要。


另外,金属3D打印材料成本较高,一方面是因为国内大部分的金属3D打印材料依赖进口,另一方面,前期研发金属打印新材料需要消耗大量的科研经费及人力、物力资源。但是,开发专用的金属3D打印原材料是推动金属3D打印发展的必然因素,而且,这也能催生新产业的发展。


内行看门道,外行看热闹。就国内金属3D打印的发展现状而言,中国还有很长的路要走。据介绍,我们看到,美国在走“互联网+”,德国走“+互联网”,然后中国以德为师,提出工业4.0。但是,我们要认识到,德国具有雄厚的工业基础作为支撑,才提出制造业+互联网,相比而言,中国的制造业基础还是薄弱的,而且研究基础也不高,这也是制约金属3D打印材料发展的关键因素之一。现今国家提出“互联网+制造业”,是希望把个人的因素融合进来,让知识流动性加强,然后逐步推进“互联网+制造业”,促进传统制造业的转型升级,推动3D打印的快速发展。


——选自航空制造网公众号


另外,可用于3D打印机的弹性金属(液体金属)材料初露端倪。一组来自北卡罗莱纳州立大学的研究人员开发出了一种液体金属材料,可用于3D打印机,可打印一些小工具。


先进材料杂志中的一篇论文对该技术进行了阐述,它成这种弹性金属“可伸缩”,并解释了这种材料积聚在一起可以创造出更大、可弯曲度更高的金属片。这种金属,是镓和铟的合金,在室温下是液体。当它暴露在空气中的会自动生成包围自身的薄膜。外观类似于浮在水面的气泡。


这种弹性金属听起来有十足的未来感。论文中还提到,这种金属可“自我修复”,类似肢体断掉后可再生的动物。


“这些可拉伸的金属线可以使用剪刀切断,并可以迅速进行电子和机械地自我修复”论文中提到。展示了使用注射器将小金属点挤压到空气中,排成一排,这些小金属点是如何集中到一起的。


“事实上,它们是液体,这意味着你可以用另一种材料包围它们,如橡胶,制造出可拉伸变形的金属结构。”北卡罗莱纳州立大学工程系的助理教授Michael Dickey,在接受“New Scientist”采访时告诉记者。


Mr. Dickey说,如果把3D打印机的印刷头接到注射器上,就可以变成可以打印金属的3D打印机。但是这种金属材料的成本,大约是3D塑料印刷材料的100倍。




附:世界各国3D打印产业发展情况


3D打印,作为新时代的高科技产物,在传统产业经济持续低迷的情况下,临危受命,肩负着一部分振兴未来制造业经济的重任。作为新兴的革命技术,3D打印也在不断与时俱进,开拓创新。在经济全球化和工业全球化的今天,世界各国也都在加紧利用新兴科技来重振国民经济。


【美国3D打印行业现状】


工业行业对3D打印的市场接受度日益增高,尤其是工业级的FDM打印机,以塑料聚合物为原材料的3D打印设备使用的不断增长,这些市场的扩张带来了设计师和创客的大量涌现,开启了设计思维的新空间,从而对金属3D打印在非关键组件的解决方案带来了加速影响。


生活、医疗等领域的3D打印产品也带来了新的法规、规范的产生,包括FDA批准的材料和工艺,如Ti-6Al-4V和PAEK的粉末床制造工艺。随着各方面市场的打开,不仅仅是监管和法规,同时也对研发人员提出了技术需求方面的新挑战。


当前缺乏足够的增材制造数据,设计工具的验证(有限元,计算流体动力学分析等)需要在生产环境中来进行可靠性和可重复性的测试。对基于经验的测试依赖性很高。整个增材制造行业呼唤标准化的快速实现,特别是设备的可用性和性能规格。当然,过程控制是下一个挑战。大多数加工环境是封闭条件下进行的。目前研究项目也集中在现场过程监控,过程控制主要有两种方式:一种是通过直接熔池热监控,另一种是通过间接熔池热监控。


为了更好地实现产品的优化,正趋向于对更好的优化和仿真工具进行研究。新的数学理论被应用到更好地优化仿生物理模型,探索所有的基于过程的结构-性能关系。增材制造的关注点也不再局限于轻量化或机械性能提升等方面,混合材料和复合打印正在开启增材制造的又一项潜力。包括粉体性能、热变形和表面准备的研究正在为增材制造打开更广阔的窗口。其他领域的研究和发展趋势包括超短激光脉冲,利用空气动力学聚焦纳米级别的3D打印技术等。


在国家战略层面,奥巴马总统2011年出台了“先进制造伙伴关系计划”(AMP);2012年2月,美国国家科学与技术委员会发布了《先进制造国家战略计划》;2012年3月,奥巴马又宣布投资10亿美元实施“国家制造业创新网络”计划(NNMI),全美制造业创新网络由15家制造业创新研究所组成,专注于3D打印和基因图谱等各种新兴技术,以带动制造业创新和增长。在这些战略计划中,均将增材制造技术列为未来美国最关键的制造技术之一;2012年4月,“增材制造技术”被确定为首个制造业创新中心;2012年8月,作为“国家制造业创新网络”计划的一部分,位于俄亥俄州扬斯敦的美国国家增材制造创新学会(简称NAMII)成立,美国国防部、能源部和商务部等5家政府部门共同出资4500万美元,首笔资金为3000万美元;俄亥俄州、宾夕法尼亚州和西弗吉尼亚州的企业、学校和非营利性组织组成的联合团体出资4000万美元,该学会共获得7000万美元。这一学会实质上是一个由产、学、研三方成员共同组成的公-私合作研究机构,致力于增材制造技术和产品的开发,增强国内制造业竞争力,其目前主要研究的三项技术主题是打印材料特性和效能的研究、资格鉴定和认证测试,以及加工能力和过程控制。


在路线图层面,美国曾分别于1998年和2009年两度发布增材制造技术路线图。美国学界2009年召开的第2个面向未来10~12年的增材制造技术研发路线图研讨会,汇集了来自学界、企业界和政府的65名专家学者,为增材制造技术制定未来10~12年的研究指南。该研讨会关注增材制造技术在设计、工艺建模与控制、材料、生物医药应用、能源与可持续发展、教育和研发等各个方面的未来前景。通过整体评估认定,如果能够持续推动增材制造技术走在发展前沿,那么将创造出更大的发展机遇。这份路线图报告给出的关键建议是建立美国国家测试床中心(NationalTestBedCenter,NTBC),推动未来该领域的设备和人力资源发展,并展示制造研究的概念。在2009路线图的基础上,北美焊接和材料结合工程技术领导组织——爱迪生焊接研究所(EdisonWeldingInstitute,EWI)成立了添加制造联盟(AMC),主要目标是提高增材制造技术的成熟度,并以国家为基础,倡导资助增材制造技术,将其从目前的新兴技术层面推进到主流制造技术层面。AMC目前包括大型企业、小型企业以及政府机构和重要的大学研究机构等33个企业成员与合作组织。


在研究计划及执行层面,美国福特走在了前面。福特正在开发一种高度灵活的新型3D打印制造技术,福特称其为自由曲面加工技术(F3T),以降低小批量消费钣金零件所需的本钱和时间。F3T技术制造三维外形的模具仅仅需求几个小时,一旦投产,原型制造在三日内便能够完成,假如依照传统办法,则需要两到六个月。而且,F3T技术也为产品制造提供了更广的个性化选择。但目前F3T技术仍处于早期阶段,仅能提供小范围应用,还无法满足大批量消费。该技术在航空航天、国防、交通运输和家电行业中也具有宽广的应用前景。美国能源部计划对新一代产品提供704万美元的能源补助,以推进节能高效的制造工艺。包括福特和其他协作者在内的五个创新制造项目,初期展开阶段三年,取得了总额为235万的能源资助。


【欧盟3D打印发展】


在欧盟地七框架计划的资助下,名为“3D打印标准化支持行动(SASAM)”的项目在今年8月发布了一份3D打印标准化路线图。该路线图旨在作为欧洲标准的一个模板,其中阐述了标准化对于产业应用及现有3D打印技术标准发展的重要性,明确了标准化与优先关注标准之间的差距,最终有助于产业发展符合最佳实践。通过与主要的规范化或标准化机构保持联系,将能确保该目标的实现。在更加容易产业化的同时,又能节省原料保证质量。


在3D打印技术中金属材料的3D打印制造技术是难度最大的,由于金属的熔点较高、金属液体固液相变、表面扩散以及热传导等多种物理过程中复杂的变量,还要考虑生成的晶体组织是否良好,整个试件是否均匀、内部杂质和孔隙的大小等等因素,为此,一般需要激光技术加以配合,激光的功率和能量分布、激光聚焦点的移动速度和路径、加料速度、保护气压、外部温度等等。一般而言,激光快速成型需要用高功率的激光照射试件表面,融化金属粉末,形成液态的熔池,然后移动激光束,熔化前方的粉末而让后方的金属液冷却凝固。周边需要有送粉装臵、惰性气体保护、喷头控制等来配套。


3D打印技术将支持创新,实现成本、资源有效的生产,以保持欧盟制造业的高度竞争力。欧洲3D打印平台起草了战略研究议程,其中强调了标准化的重要支柱作用,并且最终通过SASAM成功制订出路线图。


随着欧盟路线图的发布及实施,3D打印技术定将成为其最新的关注方向。与此同时,作为3D打印技术的原材料,相关稀有金属的需求也将得到拉动。而作为全球最大的稀有金属交易所,泛亚也将会在收储、定价等方面助力国家保持稀有资源大国的地位,助力未来新兴产业发展和高端制造业的发展。


【中国3D打印产业发展】


2013年1月18日北航王华明教授以钛合金大型复杂整体构件激光立体成形技术研究的成就荣获国家技术发明一等奖,标志着中国3D打印技术在大型金属结构件直接制造方面已经取得重大技术突破,并且已经得到了国家层面的认可。


激光3D打印技术集成了计算机辅助设计、计算机辅助制造、粉末冶金、激光加工等多项技术。基本原理是计算机辅助设计生成三维实体模型,高功率激光产生熔池,粉末被送入到熔池中凝固形成沉积层,在计算机控制下激光束和加工工作台按预设方式运动,层层堆积熔铸形成立体部件。通过选择合适的激光加工工艺窗口,可以对成形组织进行选择和控制,最终获得优于锻件的力学性能。


激光3D打印技术的基础是激光熔覆技术,在国内中科院金属所、北航、西工大这几家单位可以说是国内最早开展激光熔覆技术研究的单位,也最有条件占得先机开展激光3D打印技术研究。先说说中科院金属所的情况,上世纪90年代初,我国在研的某型航空发动机验证机高压涡轮转子叶片叶尖被磨短近1.5mm,严重影响了发动机的试车考核。为解决这一问题,中科院金属所发展了航空叶片激光表面仿形熔铸接长修复技术,成功实现了叶片接长修复,使发动机性能试车考核一次性通过,确保了国家十号工程的顺利立项,获得了时任航空航天部长的亲笔致信表彰,该成果也获得了1995年国家科技进步三等奖。当年的激光仿形熔铸接长技术可以说是现代激光3D打印技术的雏形。


紧跟着“工业4.0”的脚步,我国政府推出了备受瞩目的“中国制造2025”。之后又相继出台了不少政策来激励国内的传统制造业转型升级,逐渐向先进制造方向过渡。而今年年中,国务院总理李克强亲自开展了“3D打印与先进制造专题会议”,会中总理耐心听取了相关领域最新动态与未来趋势的报告。从这些方面我们可以看到,国家对于增材制造等高新技术的发展十分重视。


但是,据目前的情况来分析,中国增材制造的总体趋势还是一片向好的。由于最近政策的不断推进,3D打印也是广受支持,而且中国如此大的制造业市场,未来发展更是无可限量。因为作为制造工艺的全新升级,3D打印具备高效、便利、省时省力省成本等优势,未来的制造业还需要在许多方面依靠3D打印来不断进步,紧追发达国家的脚步。


而且在12月13日,中国工程院院士、西安交通大学机械工程学院院长、“国课第一讲”卢秉恒院士做客“创新大讲堂”讲座上提出3D打印如何与中国制造业发展有机结合,并系统讲述了3D打印发展历程、国内外现状、打印原理、主流技术、应用领域和发展方向等内容。他认为,虽然如今中国制造有了迅猛发展,但与发达国家尚有差距。他又从创新驱动和人才为本两个角度为大家讲解了中国制造2025,“要做到创新驱动,就需要进行全社会的协同,不仅要将工业领域的需求同市场相结合,让资金向制造业流动,还需要创新协同的发展。中国制造2025需要创新人才和创新技术,只有创新,才是我们走向创新社会的基础。”卢秉恒院士并在会后提出了“两个十年”的目标规划。即,“十年以内中国可成为世界3D打印的第二大国;再过十年我们能够和美国并驾齐驱。”但目前,中国虽然已走入全球3D打印研发竞赛的行列,但与世界发达国家仍然存在很大的差距,需要一代又一代中国人的努力与拼搏。


【印度3D打印】


印度3D打印产业仍处于起步阶段,市场规模小且发展缓慢,3D打印设备数量仅占亚洲3D打印设备保有量的3%。据了解,印度3D打印产业发展主要的发展推动力来自私营企业,印度政府目前还没有推出任何支持3D打印发展的政策措施,而印度中小企业和微型企业在经济中的比例过高(印度84%的制造业劳动力集中在微型企业和小型企业),对于印度企业而言,3D打印系统较为复杂且成本昂贵。


尽管如此,印度3D打印方面的需求正在日益增加,并且预计随着3D打印系统变得更快和更容易使用、性价比更高时,印度3D打印市场将得到可观的增长。据了解,以Imaginariuma、Marcopolo Products和3DPD/Total Prototyping为代表的一些印度企业在3D打印方面已有突出表现,并且印度的国家研究机构已经启动了3D打印方面的项目,譬如国家设计学院、印度理工学院、国家时尚技术研究所,等等。此外,在公共机构方面,印度增材制造联盟也在积极推动技术创新,通过组织会议等方式提高产业意识。


印度的研究机构和企业在3D打印软件开发方面较为成功,许多研究已经转化为成果。据3D打印在线了解,印度开发的3D打印软件可用于制造模型、计算切片厚度、通过医学图像创建3D物体(IRM技术)等等。


印度3D打印产业目前主要的问题一是企业需使用进口设备,二是在3D打印粉末原材料方面对外依赖度过高。


3D打印应用案例印度3D打印应用主要集中在医疗、首饰和汽车领域,3D打印技术主要被当成是实现设计和完善产品的工具。


印度3D打印最先被应用在汽车领域,因为印度的汽车产业非常发达,大型企业除了有如福特、日产等跨国公司外,还有本土企业——塔塔汽车公司。印度一级方程式赛车公司Sahara Force India与全球3D打印巨头公司3D Systems合作,计划将3D打印运用到汽车制造中,以此减少零部件的生产时间。


位于印度金奈的Salcomp公司是印度手机电源和充电插头领域的龙头企业,也应用3D打印生产产品,但打印设备需从德国EOS公司进口。


同样位于金奈的Ikis公司是一家建筑模型服务公司,据3D打印在线了解,该公司从2010年开始就使用美国Z Corporation公司的3D打印技术生产各种的3D建筑模型。


Wipro Technologies公司位于班加罗尔,是一家成立于1980年的信息技术服务公司,主要给国防领域提供精密制造和液压元器件服务。据了解该公司与空客集团的子公司CESA公司签署了3D打印技术转让协议,可生产钛金属产品提供给石油和天然气行业使用。


印度从事3D打印研究的公共机构和企业分布较广。据了解,普迦大区和卢迪亚纳、阿密萨两个城市研究机构分布最多,其次是克勒格布尔、金奈、班加罗尔、印多尔,最后是德里(两家研究机构以及一家企业)和海德巴拉(一家企业和一个研究机构)。但印度的东部地区基本没有3D打印方面的研究机构或者企业。


【新加坡3D打印】


据了解,新加坡对增材制造技术的研究始于上世纪90年代,新加坡南洋理工大学机械工程和航空学院的Chua Chee Kai教授是亚洲3D打印技术领域的先驱,在他的影响下以及新加坡政府的支持下,增材制造在新加坡获得了快速的发展,并成为新加坡发展的重点项目之一。


2013年,新加坡贸易与工业部发布了《国家制造发展计划》,增材制造作为未来技术发展关键领域之一被列入计划中。据了解,新加坡政府决定在未来五年内投资5亿美元发展增材制造技术,为3D打印领域的企业创造良好环境,由经济发展委员会负责资金管理。


2013年12月,新加坡科技研究局A*STAR推出增材制造特别计划,由新加坡制造技术研究所牵头,南洋理工大学、新加坡材料工程研究所、新加坡高性能计算研究所参加,经济发展委员会提供资金支持。该计划选出了六大关键技术,分别是激光辅助增材制造(LAAM)、选择性激光熔融(SLM)、电子束熔融(EBM)、聚合物喷射技术(Polyjet)、选择性激光烧结(SLS)和光固化(SLA),所有研究项目均有产业界加入。


此后,南洋理工大学获得了经济发展委员会3000万美元的支持,以建立3D打印中心。这一中心既为3D打印领域的工程师和研究人员提供培训,也为材料、工业和软件方面的研发提供支持。


新加坡3D打印产业主要集中在中南部地区。目前有六个研究机构在3D打印领域最具代表性,分别是材料工程研究所、南洋理工学院、南洋理工大学、新加坡国立大学、义安理工学院和新加坡制造技术研究所,据3D打印在线了解,其中南洋理工学院、南洋理工大学和新加坡制造技术研究所三个研究所主要从事金属材料的3D打印制造技术研究,这也是新加坡3D打印研究成果最多的三个院校。代表企业是TEC Electronics Singapore。


由于新加坡对于医疗、航空和汽车领域的3D打印技术应用较为重视,据了解目前,新加坡科技研究局和新加坡制造技术研究所已经研发出了激光辅助增材制造(LAAM)技术,而其他的研究机构(南洋理工大学和南洋理工学院)也在其他金属材料打印技术方面有所研究。但金属粉末床熔融工艺方面,新加坡还需依靠国外的技术。


新加坡在3D打印原材料方面对外国依赖度较高,金属粉末主要依靠国外进口。据了解,新加坡的公共机构主要开展一些常见粉末(特别是钛粉)的研发。


新加坡研究机构对3D打印的应用研究主要集中在医学领域,特别是假肢以及用于药物递送的多孔材料(由SLS技术制造)。据了解,南洋理工学院、南洋理工大学和新加坡制造技术研究所的研究主要集中在软件领域。 国际合作。新加坡与美国、英国以及伊朗均开展了3D打印方面的合作。


【俄罗斯3D打印】


俄罗斯在3D打印领域的某些技术上处于国际领先地位,今年3月份,一家名叫“3D Bioprinting Solutions”的公司,利用自己的生物打印技术,成为世界上第一个为动物3D打印甲状腺的公司,而他们的最终目标是成功将其甲状腺移植到老鼠身上,治疗患有“甲状腺功能减退”这种疾病的老鼠。 虽然目前俄罗斯并未推出任何关于3D打印方面的国家战略,也没有将3D打印列入国家关键发展技术名单,但已开始支持建设3D打印技术中心,并在重工业发展较好的地区也推动3D打印产业的发展。


俄罗斯3D打印企业地理分布比较集中。据3D打印在线了解,首先是莫斯科地区,大部分增材制造领域的研究机构都集中在这一地区,据了解,莫斯科国立大学、国家科学技术大学、核工业研究大学等著名高校。其次是乌拉尔地区和西伯利亚地区,这两个地区聚集了许多研究机构,包括一些在航空领域顶尖的机构,并且教育和科学部及地方政府还将出资在这两个地区新建一批3D打印技术中心。


技术发展情况俄罗斯在激光领域的许多研究机构与德国的机构齐名,据了解在全球处于领先地位,著名的光纤激光器供应商IPG Photonics公司就是来源于俄罗斯。因此,尽管3D打印领域的研究机构数量不多,但由于激光和3D打印机之间的特殊联系使得俄罗斯企业在这一领域占据了全球战略性地位,在一些技术领域,如粉末床熔融技术、直接金属激光烧结技术(DMLS)和选择性激光熔化成型技术(SLM)等,俄罗斯处于世界领先的地位。


此外,俄罗斯的研究机构还在研究3D打印领域的尖端应用,如通过选择性激光烧结技术(SLS)使用金属纳米粒子打印燃料电池和氢蓄电池(俄罗斯科学院);医疗领域的应用,如通过激光近形技术(LENS)打印基于钛和镍的多孔材料输送药物(列别捷夫物理研究所)、通过选择性激光烧结技术(SLS)打印蛋白植入物(激光与信息技术研究所)、与巴西和拉脱维亚合作实现了器官打印等。


在原材料方面,俄罗斯激光与信息技术研究所以及基础研究基金会实现了石膏粉末和砂岩粉末混合物的研发;国家科学和技术大学开展了适用于Z Corporation公司机器的砂岩粉末替代品的研发;罗蒙诺索夫莫斯科国立大学实现了使用基于碱金属材料的3D打印;还有研究人员开始分析激光和粉末质量对产品的影响,以寻求自主生产。


3D打印中心建设3D打印中心建设项目主要有两个,其中一个是俄罗斯教育和科学部支持的技术中心,另一个是俄罗斯国家工业和科技集团(ROSTEC)战略投资基金支持的3D打印工厂。


教育和科学部支持建设的第一个增材制造技术中心位于叶卡捷琳堡乌拉尔联邦大学,教育和科学部提供150万欧元资金支持,但因为该项目第一阶段预算达2400万欧元,因此其余的资金需要由乌拉尔地区的企业筹集。


同时,俄罗斯政府还计划在其他大学内建立类似的技术中心,大多数技术中心将位于莫斯科,据了解,包括莫斯科物理技术学院、莫斯科国立科技大学和莫斯科工程物理学院等大学校内,其余的将选择放在喀山、圣彼得堡、弗拉基米尔和Irkousk等城市。


OSTEC基金计划通过子公司Shvabe光学仪器控股集团支持建设一个3D打印工厂,据了解,该工厂位于克拉斯诺戈尔斯克,主要涉及利用3D打印制造数码相机零部件、摄像机镜头、医用光学仪器等。


除了联邦政府支持的项目外,俄罗斯地方政府也在积极支持3D产业的发展。据了解,沃罗涅日地方政府计划在Maslovsky技术园区设立一个增材制造生产中心,旨在推动工业领域3D打印应用的发展,提高俄罗斯3D打印产业的国际竞争力。叶卡捷琳堡地区将建立一个激光和增材制造工程中心,目前项目已经进入第二阶段,该工程中心的目标是到2017年获得上百个专利、培养600名增材制造领域的大学生、推出50多个增材制造项目、营业额达460万欧元。


国际合作俄罗斯3D金属打印方面的所有研究基本依靠国际合作,主要合作的国家是法国,其次是美国和澳大利亚。


    列别捷夫物理研究所与法国合作制造出了用于医疗应用的镍钛合金3D零件;莫斯科国立工艺大学(斯坦金)与法国合作开发了冷喷涂和多种材料(纳米晶、钛、铜)的沉积技术;西伯利亚国家航天大学与美国和澳大利亚在航空航天领域的3D打印应用展开了合作,技术领先俄罗斯其他机构。 


【韩国3D打印】


早在去年夏天,就有消息称韩国政府要制订助推3D打印产业发展的十年战略规划。近期,据韩国科技、ICT与发展规划部与贸易、工业和能源部的官员透露了更多关于此战略的信息。在韩国电子时代举办的政策研讨会上,一些国会议员和上述部门的官员透露,韩国政府打算将国内3D打印行业作为下一个经济增长的新领域与就业来源。韩国    要成为全球3D打印业规模最大、最具创新性的区域之一,并希望通过将其与物联网、大数据以及电子商务行业进行有效整合来实现。


日前,韩国政府宣布成立3D打印工业发展委员会,该委员会由韩国十几家部位的官员组成。另外,韩国政府批准了一份旨在使韩国在3D打印领域争取领先位置的总体规划。该规划的目标包括到2020年培养1000万创客(Maker),并在全国范围内建立3D打印基础设施。此外,天工社也曾报道过,今年4月份,韩国政府投资24亿韩元建立3D打印中心,为中小企业提供3D打印设施和员工培训。


目前,全球3D打印市场份额韩国仅2.3%,排名第七,排在法国之后。韩国政府希望加大投入迎头赶上。那么,韩国打算如何培养千万具有创造性的创客?


为了实现这一艰巨的目标,韩国3D打印工业发展委员会将针对各个层次的民众制订相应的3D打印培训课程,包括从小学到成人。他们将在全国范围内提供3D打印教育资源,包括课程开发,以及为贫困人口提供相应的数字化基础设施。这一雄心勃勃的计划还提出要创造一个接触3D打印技术就像去一个咖啡馆那么方便的社会环境,使3D打印真正融入民众的生活。该计划准备到2017年,将在韩国国内50%的学校放置3D打印机。




除了专注于教育,该计划还强调该技术在企业家和商界人士中的发展潜力。因此,政府正在协调软件供应商、地方机构和民营企业建立工作坊,向150万商务人士介绍3D打印技术。


该计划称政府部门也会采取相应措施支持韩国3D打印产业发展。韩国政府将承担部分费用建立一个国家3D打印综合门户网站,以提供各种信息支持服务。它还将为3D打印数据创建一个通用内容标识符(UCI)系统,其作用有点像图书馆里识别和区分出版物的索引编码,希望促使信息在用户间自由移动,同时适当保障知识产权。


【日本3D打印】


在亚洲日本的3D打印规模甚至超越了中国,但是最最主要的3D打印技术及龙头企业仍集中在欧美。为此日本政府也采取了相应的政策来支持3D打印产业,以防在未来制造业中落伍。


日本近畿地区2府4县与福井县的商工会议所成立了探讨运用“3D打印机”的研究会。 研究会由39个商工会议所参加。研究会在大阪商工会议所召开了首次会议。大阪府商工劳动部主任研究员松下隆在会上介绍了德国制造商把“3D打印机”模具与普通模具结合起来的成功事例。他强调,“这将成为中小企业做产品更为多样化的机会。”


除了成立相关的3D产业组织,同时日本政府也对3D打印产业在财政上大力支持,也有不少企业开始进入3D打印领域。


早在2012年12月,日本的扑翼机厂商设计和建造出一个令人印象深刻的3D打印飞行爬虫。在Autodesk 123D中创建三维模型及主要部件,然后通过Shapeways进行3D打印。最近,该工作室的一项研究再次引起了业内的关注,就是使用桌面3D打印机打印扑翼飞机。


而且日本电器产业巨头松下公司也宣布今后将全面借助3D打印技术,来研发其数码家电产品。这也是继今年美国CES展上的4K OLED电视,首次“试水”3D打印技术以来的全面动向。据悉,松下此举意在削减研发成本,并对产品的开发效率进行有效提升。


近日,松下电器现高层日前表示,公司正在计划将可高效生产树脂和金属部件的3D打印机应用于家用电器制造生产,一旦成行,这将是3D打印机首次应用于家电量产。而相比传统技术模具制造一个多月的周期,利用3D打印技术将会让制造时间大大缩短,这也会直接让松下电器的模具生产成本,得到上百亿日元的缩减。


然而,日本制造业巨头们的行动还不只如此。上月,据国外媒体报道,日本半导体产业巨头东芝也改行做起了3D打印,东芝看中了3D打印强大的设计制造功能,并试图将其大量用于产品设计与制造。东芝宣称其最新的3D打印技术比现在的打印速度快10倍,并且精度颇高,与美国科技巨头惠普公司的多射流熔融技术有得一拼。然而,日本的对3D打印的关注还不止如此,可能还存在着更多的潜在发展不为人知。





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