3D Metalforge案例分析：積極探索金屬增材制造

來源：雷尼紹

隨著越來越多制造廠商認(rèn)識到金屬增材制造 (AM) 工藝相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的優(yōu)勢，專業(yè)的金屬增材制造服務(wù)市場迅速發(fā)展起來。3D Metalforge是一家新興的增材制造企業(yè)，致力于為客戶提供完整的端到端金屬3D打印服務(wù)，實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)復(fù)雜、優(yōu)質(zhì)的工業(yè)用途金屬零件。選擇優(yōu)秀的金屬增材制造系統(tǒng)是其制勝的關(guān)鍵。3D Metalforge對金屬增材制造系統(tǒng)的需求包括必須具備全球支持，適應(yīng)工業(yè)4.0，滿足質(zhì)量、靈活性和可靠性要求等等。

背景
金屬增材制造公司3D Metalforge于2016年底在新加坡成立，是3D Matters的姊妹公司。在東南亞地區(qū)，隨著市場對高精度三維金屬零件制造的需求迅速增長，許多增材制造企業(yè)拔地崛起，3D Metalforge就是其中一員。

市場對金屬3D打印服務(wù)的需求急劇變化，正在從主打短期原型制造和一次成型轉(zhuǎn)變?yōu)榕可a(chǎn)工業(yè)用途零件。為滿足市場需求，增材制造企業(yè)必需投資購入金屬增材制造系統(tǒng)，打造專營金屬3D打印的生產(chǎn)流程。

3D Metalforge首席執(zhí)行官M(fèi)atthew Waterhouse先生解釋道：“客戶從不太了解某些零件其實(shí)可以使用金屬粉末直接打印，到認(rèn)識到金屬增材制造工藝相比于傳統(tǒng)制造技術(shù)的優(yōu)勢，乃至金屬增材制造工藝可以實(shí)現(xiàn)的零件復(fù)雜性和高質(zhì)量，他們的成長速度堪稱驚人。”

目前，3D Metalforge以其獲得ISO認(rèn)證的生產(chǎn)設(shè)備服務(wù)來自海洋、石油和天然氣、精密工程和一般制造業(yè)等領(lǐng)域的客戶群，3D打印零件包括葉輪、天線支架、吊鉤和旋轉(zhuǎn)接頭等等，作為一家高度專業(yè)的增材制造企業(yè)，3D Metalforge為客戶提供完整的端到端金屬增材制造服務(wù)，涵蓋咨詢和診斷、零件設(shè)計(jì)或重新設(shè)計(jì)、優(yōu)質(zhì)零件打印和后處理工藝（熱處理、鋸切、噴砂、拋光和精加工）。

挑戰(zhàn)
3D Metalforge選購金屬增材制造系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)極嚴(yán)，以應(yīng)對快速發(fā)展變化的制造行業(yè)。面對眾多的設(shè)備選擇，3D Metalforge必須確保其選擇的機(jī)器能夠在當(dāng)下以及未來提供滿足客戶需求的服務(wù)。3D Metalforge的選擇標(biāo)準(zhǔn)如下：

• 通過打印樣品展示增材制造系統(tǒng)生產(chǎn)各式各樣高品質(zhì)、高精度、高復(fù)雜度零件的能力。
• 增材制造系統(tǒng)制造商必須能夠提供本地技術(shù)支持，包括售前和售后。
• 系統(tǒng)必須成熟可靠，因?yàn)橄到y(tǒng)可靠性對于生產(chǎn)工業(yè)用途零件至關(guān)重要。
• 系統(tǒng)必須操作簡單、易于使用。
  

增材制造系統(tǒng)制造商還須具備豐富的制造工藝知識，并且清楚了解3D Metalforge的典型運(yùn)營方式。

3D Metalforge還考慮到了即將來襲的工業(yè)4.0趨勢，要求金屬增材制造系統(tǒng)必須能夠符合“工業(yè)4.0”的核心原則，包括數(shù)據(jù)透明性、連接性和人機(jī)界面，Waterhouse先生說：“我們認(rèn)為金屬增材制造是工業(yè)4.0不可或缺的一部分，是未來制造業(yè)變革的先鋒軍?！痹谛录悠乱约皝喼奁渌貐^(qū)，具有前瞻性思維的企業(yè)都在全力迎戰(zhàn)工業(yè)4.0潮流，我們的決策也需要體現(xiàn)這一點(diǎn)?！?br />
解決方案
硬件和支持
雷尼紹的緊湊型AM 400增材制造系統(tǒng)正能突破重圍，滿足3D Metalforge的選擇標(biāo)準(zhǔn)。AM 400的加工體積為250 mm x 250 mm x 300 mm，配備激光束直徑僅為70 μm的400 W激光系統(tǒng)，人機(jī)界面高度圖形化、可視化。

AM 400秉承雷尼紹的“開放參數(shù)”理念，允許3D Metalforge針對正在加工的金屬粉末和特定打印件的幾何形狀自由優(yōu)化機(jī)器參數(shù)設(shè)置。系統(tǒng)具備一流的惰性氣體環(huán)境，安裝SafeChange™濾芯處理系統(tǒng)，可最大限度降低接觸粉末和煙塵的可能性。

Waterhouse先生說道：“我們對雷尼紹的精密測量技術(shù)聞名已久。最重要的是雷尼紹通曉制造工藝，了解材料設(shè)置、機(jī)器校準(zhǔn)以及我們對新型生產(chǎn)運(yùn)營方式的要求。”

“AM 400增材制造系統(tǒng)打印的超高品質(zhì)樣品甫一亮相就讓我們十分滿意。我們認(rèn)為金屬3D打印技術(shù)和傳統(tǒng)加工工藝是相輔相成的，而AM 400讓我們清楚地看到它能如何幫助簡化后處理程序。”

“我們對雷尼紹的精密測量技術(shù)聞名已久。最重要的是雷尼紹通曉制造工藝，了解材料設(shè)置、機(jī)器校準(zhǔn)以及我們對新型生產(chǎn)運(yùn)營方式的要求?！?br />

——3D Metalforge（新加坡）

在打印零件前，3D Metalforge首先使用Solid Works軟件進(jìn)行初始3D CAD設(shè)計(jì)，并在需要時(shí)利用Autodesk軟件審查零件可打印性。然后，再使用雷尼紹QuantAM加工文件處理軟件優(yōu)化支撐結(jié)構(gòu)，擺正零件，并設(shè)置最終打印文件。接著便以AM 400方案完成絕大部分打印工作。

3D Metalforge還使用雷尼紹InfiniAM Central軟件，這是一款專門設(shè)計(jì)的增材制造系統(tǒng)遠(yuǎn)程過程監(jiān)控軟件。InfiniAM Central允許近乎實(shí)時(shí)地觀察增材制造現(xiàn)場加工并查看歷史加工數(shù)據(jù)，以高度圖形化方式顯示系統(tǒng)信息，方便進(jìn)行直觀、深入的分析。

結(jié)果
AM 400自安裝調(diào)試完成后的18個(gè)月內(nèi)是3D Metalforge的生產(chǎn)工廠內(nèi)利用率最高的金屬3D打印機(jī)。Waterhouse先生評價(jià)說，AM 400的運(yùn)行時(shí)間、精度和可靠性都非常好。他例舉了3D Metalforge如何向一家技術(shù)設(shè)備公司提供完整的端到端金屬3D打印服務(wù)：“這家設(shè)備公司的訴求是優(yōu)化其金屬托盤零件，改善產(chǎn)品本身性能。因?yàn)槭褂脗鹘y(tǒng)制造技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)，所以客戶向我們尋求金屬3D打印解決方案?！?br />
由于零件的原始設(shè)計(jì)不適合增材制造，3D Metalforge首先對零件進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以減輕重量，并調(diào)整零件形狀以擺正零件方便打印。他們打印了若干個(gè)產(chǎn)品原型，并且裝配到最終產(chǎn)品上進(jìn)行測試，才最終敲定了零件設(shè)計(jì)。

截至目前，3D Metalforge已經(jīng)在AM 400系統(tǒng)上打印了逾百個(gè)這類復(fù)雜的金屬零件，質(zhì)控合格率為100%。增材制造設(shè)計(jì)不僅減輕了零件重量，而且提高了零件性能。3D Metalforge預(yù)計(jì)增材制造標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證領(lǐng)域?qū)⒋笥锌蔀椋沂袌鰧Ω咂焚|(zhì)工業(yè)用途零件的需求將是未來發(fā)展趨勢。隨著越來越多的行業(yè)領(lǐng)域采納增材制造技術(shù)，預(yù)期金屬增材制造專用金屬粉末的種類也將越來越多。

3D Metalforge希望繼續(xù)購入更多增材制造系統(tǒng)，以生產(chǎn)更多尺寸規(guī)格的零件，使用更多種類的金屬粉末。它還計(jì)劃在高速增長的亞洲市場開設(shè)更多工廠。目前，3D Metalforge正在美國開拓市場、豐富解決方案，并且認(rèn)為美國是其特色金屬增材制造服務(wù)品牌最大的市場之一。

“對我們來說，最重要的是與通曉制造工藝的工程公司合作，而不是單純生產(chǎn)打印機(jī)的3D打印公司，這其中的差別可以從打印系統(tǒng)性能中一目了然?！?br />

——3D Metalforge（新加坡）