通过了解哪些3D打印材料最适合特定的项目，工程师可以充分利用3D打印的效率和便利性。
Daniel Lazier, Markforged战略应用工程师
COVID-19大流行对所有你能想到的行业都产生了影响。当1918年流感大流行造成历史性的生命损失和巨大的经济破坏时，对健康和安全的担忧促使全新的劳动模式和工厂工作流程出现。面对这些挑战，制造商竭力适应并保持业务连续性，他们求助于一项已有35年历史的技术:电力。
回顾过去的几十年，制造业一直处于一种萎靡不振的状态，难以实施和收获几乎所有其他主要垂直行业都享受到的数字化转型的回报。因此，由于制造业缺乏敏捷的应对能力和地理本地化能力，它毫无疑问是大流行中受打击最严重的行业之一。这一次，基于云的3D打印技术是一项拥有数十年历史的技术，有望带领制造商走出困境，达到供应链效率和生产力的新高度。
现在，我们正在见证增材制造工业历史上最重要的转变之一。通过可访问的数字平台，为最高价值的工程应用生产具有所有适用机械性能的部件，制造商们正变得更有能力，实际上也更有勇气。
高强度连续纤维复合材料将复合材料层压板结构的强度和性能带到了工程台和解决问题的前线。基于熔合丝制造(FFF)架构打印的金属部件代表了可承受性、安全性和设计空间的一步变化，为金属3D打印打开了一个全新的应用空间。
金属
几十年来，金属印刷一直局限于小范围的应用领域，高昂的成本负担、高技能技术人员的危险工作条件和特殊设计的设备都被忽视了，这要么是因为与印刷相关的增量性能优势，要么更多的是由于印刷这些部件具有奇异的、以前无法实现的几何特征的新颖性因素。在这两种情况下，应用程序都局限于一小部分部件，通常需要花费数年的努力、数百万美元的研发和实施资质。
FFF金属3D打印机的出现增加了可在更广泛的金属材料上实现的几何图形的宽度，同时也大大减少了与实现相关的障碍。随着这种新发现的数字化制造能力扩展到金属，工程师和设计师们可能不仅会瞄准那些前景广阔、前景广阔的零件，还会瞄准那些在日常制造工作流程中占更大比例的容易摘的果实，比如传统上在数控铣床上用钢材加工的工具和夹具。通过这样做，制造商减少了80-90%的成本和交货时间，使他们能够更灵活地做出产品决策。
与传统工艺相比，复杂的工艺会增加成本、设置和人工成本，复杂的功能在这种3D打印金属零件的新方法中是免费的。这种新发现的灵活性使制造商能够探索以前被禁止的设计，使用与他们面临的问题最相关的材料。例如，Guhring是一家总部位于英国的公司，专注于为世界上最大的公司制造精密切削工具，如宝马，捷豹，路虎，空中客车，BAE系统等。当他们在压力下生产性能更好的刀具时，他们用工具钢打印了一个版本，使用独特的内部通道来切割流体。
这种以前无法实现的设计可以实现更高的速度和耐用性，这让客户很高兴。自从开始使用金属3D打印以来，该公司节省了66%的生产时间和75%的小批量工具成本，并看到了60%的工具重量减轻。
传统制造和金属印刷的新模式之间的另一个显著区别是可及性。由于组织不再需要建立专门的设施和操作员的专业知识，金属打印机可以去任何地方，在分布式维护和售后零部件工作流中释放巨大的价值。像RPG这样的公司正在利用这种能力，生产难以或不可能从原始供应商那里获得的遗留部件。相对于传统工艺如CNC加工，这种替代方法在经济上具有吸引力。
大多数金属增材制造机器通过熔合金属粉末颗粒来生产零件。由于游离金属颗粒存在许多风险，包括对人体的呼吸伤害和有毒血液吸收，以及与氧气接触时的爆炸潜力，原材料的原料介质对特定类型的金属3D打印的可及性有重大影响。
例如，金属3D打印通常有三个步骤:用绑定的粉末丝打印;洗涤使初级粘合材料溶解;烧结，把洗过的部分转化为它的高质量，致密的最终金属形式。这种工艺允许制造商制造出完全致密的金属部件，而不用冒与松散粉末打交道的风险，使其在车间环境中使用通常是安全的。
该工艺的另一个优点是其广泛的材料适用性。虽然目前已经有少数几种材料实现了关键应用的工业化，但该技术仍有令人兴奋的潜在前景，该技术仅局限于可粉末状和可焊接的金属。
在目前可通过这种技术打印的材料中，不锈钢因其高强度和优异的耐腐蚀性而最常用。这种材料允许工程师打印出用于各种应用的健壮部件，如臂尾工具、功能原型、轻型支架等。
用工具钢印刷也是生产线上切割、冲压、模具或成型的常见工作流程。这种材料能承受恶劣的条件，因为它的硬度高，耐热和耐磨性好。然而，这些优点确实使工具钢的加工困难和昂贵，这为那些希望增加生产这些工具的制造商提供了直接的优势。
铜可以让制造商3D打印具有高导电性和高导热性的复杂零件。这些零件昂贵、耗时，有时无法用传统方法加工。这种材料最适合小批量生产零件，如母线和散热器，以及点焊臂，这些要求高的电导率和热导率。
在金属零件制造的超集中，金属3D打印今天适合横跨整个产品生命周期的中低批量生产的子集。金属3D打印高保真原型、耐用的工具和夹具、高性能定制部件、遗留备件和替换部件都比传统制造的部件提供更高的价值。
复合材料
复合材料3D打印提供了传统加工定制高强度零件的另一种选择。
复合材料的特点是多种独特材料的结构集成，并由此产生的组合部分的机械性能优于单个组成材料。工程师可以用碳纤维等材料制造出与金属材料性能相当的部件，以及专门为高温应用设计的其他部件。此外，这些打印结构利用了纤维在零件内部的特性，而在零件外部使用塑料基体材料，留下一个坚韧的，不结结的表面。
工程师们将复合材料用于各种应用，包括高强度重量比的终端使用部件，以及日常工作保持和成型工具。复合材料3D打印允许制造商生产高强度定制零件，而不消耗数控机床和操作员的带宽。因此，低成本的工具和夹具是可能的，零件可以处理高负载和加工流体。
很少有材料具有玛瑙的多功能性，这是一种微碳纤维填充的尼龙，具有高强度、韧性和耐化学性。因此，玛瑙是复合材料零件中使用最多的塑料基体材料。也有阻燃型，设计用于部件必须不易燃的应用，如焊接夹具，航空航天夹或支架和激光打标夹具。制造商也使用白色尼龙作为基质材料的应用，要求更低的磨耗。
连续纤维库主要采用碳纤维运输。碳材料以其优异的强度重量比而闻名于业界，最适合高性能终端应用，需要最佳刚度的工具和夹具。另一种特殊的纤维，称为HSHT(高强度高温)玻璃纤维，在焊接夹具和小体积注射模具等应用中表现良好，这些应用将打印零件暴露在高温下。其他常用的纤维包括玻璃纤维，它具有广泛的性能，以及凯夫拉纤维，它具有优异的机械依从性，耐久性和抗冲击性。
Wärtsilä专门为海洋和能源市场提供智能技术和完整的生命周期解决方案，并拥有从发动机到推进和可再生解决方案的产品组合。在一个碳纤维打印部件的强度和多用途的例子中，Wärtsilä看到了一个节省时间和金钱的机会，为800公斤发动机活塞打印起重工具。他们继续让这些工具获得CE认证，解锁了它们在全球工厂的普遍使用。因此，该团队估计，在过去的8个月里，仅在工具上就节省了超过10万欧元，并将起重工具的重量减少了75%，从而提高了工人的安全。
底线
增材制造帮助制造商加快创新和开发更灵活的流程，这些因素在帮助他们适应大流行方面发挥了作用。随着3D打印在行业中持续获得势头，制造商正在寻找增材制造的新用例，以实现最大的业务影响。
Markforged
www.markforged.com
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