烏克蘭3D打印技術(shù)和公司匯總

南極熊導(dǎo)讀：烏克蘭的軍事科技較強，3D打印技術(shù)也逐漸受到重視。下面我們就盤點下烏克蘭的3D打印技術(shù)和公司現(xiàn)狀。

烏克蘭伊夫琴科采用3D打印技術(shù)生產(chǎn)航發(fā)鎳基高溫合金葉片的陶瓷型芯


△3D打印陶瓷型芯生產(chǎn)的鎳基高溫合金葉片（使用法國3DCERAM的C900 Flex設(shè)備及Silicore硅鋯型芯專用材料）

當(dāng)今飛機工業(yè)的主要優(yōu)先事項之一就是設(shè)計和生產(chǎn)效率更高的發(fā)動機，新的發(fā)動機消耗更少的燃料，因此對環(huán)境更有利，成本效益更高。實現(xiàn)這些改進(jìn)的核心工藝是如何生產(chǎn)具有復(fù)雜冷卻空氣內(nèi)流道的高溫合金渦輪葉片。

而葉片的內(nèi)流道是通過陶瓷型芯來實現(xiàn)的，這也將解決問題的難點變?yōu)槿绾紊a(chǎn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的陶瓷型芯。

△烏克蘭曾經(jīng)的旗艦航空發(fā)動機D-18T

傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝如壓制和注射成型工藝是無法實現(xiàn)如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并將會花費大量時間和成本，因為它們必須將型芯分為幾個零件分別生產(chǎn)然后再由人工拼接在一起。這種方式不但效率低下，產(chǎn)品的合格率也只能維持在一個非常低的水平。

這樣的背景給3D打印技術(shù)的應(yīng)用帶來了巨大的機會。陶瓷3D打印技術(shù)專家的3DCeram利用其激光立體印刷術(shù)(SLA) 3D打印工藝和創(chuàng)新的硅鋯材料，并將這項技術(shù)用于生產(chǎn)發(fā)動機渦輪葉片復(fù)雜鑄造型芯。3DCERAM與業(yè)界赫赫有名的烏克蘭“伊夫琴科-進(jìn)步”設(shè)計局（其最大的服務(wù)對象就是馬達(dá)西奇公司）幾年合作的成果最近得到了驗證。


△3D打印的陶瓷型芯

3DCeram核心生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)是激光光固化的SLA技術(shù)，通過使用計算機控制的UV激光束選擇性地固化可光聚合的陶瓷打印材料來制造零部件。在陶瓷型芯的生產(chǎn)中，材料也是一個關(guān)鍵因素:“陶瓷類型取決于鑄造生產(chǎn)中使用的合金類型，因此在鑄造階段鐵芯和金屬之間沒有化學(xué)反應(yīng)。所選用的陶瓷還必須具有耐熱和耐機械性能，能承受金屬鑄造，熱膨脹系數(shù)(CTE)低，在加工過程中尺寸穩(wěn)定性高，在金屬冷卻過程后具有良好的浸出性。”

為此，3DCeram公司開發(fā)了用于生產(chǎn)渦輪葉片鑄造用型芯的硅鋯材料。該材料粉末部分成分與幾十年來一直用于鑄造鎳基渦輪葉片的硅基復(fù)合材料類似，其特點是熱膨脹系數(shù)低，熱穩(wěn)定性好，抗熱震性好。此外，硅鋯型芯脫芯較為容易，可在鑄造后使用對合金無害的溶液輕易去除。最后，陶瓷型芯燒結(jié)過程形成方石英，保證了硅芯的耐溫性和高溫尺寸穩(wěn)定性。

總的來說，3DCeram的工藝為熔模鑄造工藝提供了一系列優(yōu)勢，包括更靈活的設(shè)計，可制備高復(fù)雜性的型芯產(chǎn)品，更快的新設(shè)計迭代和特定數(shù)量下更低的制造成本。

△壓完臘模后的陶瓷型芯


△型芯包裹臘膜后的橫切截面

驗證過程

從2019年開始，3DCeram與進(jìn)步設(shè)計局合作，驗證了用于渦輪葉片生產(chǎn)的CERAMAKER 900系列陶瓷3D打印機以及其專門為陶瓷型芯應(yīng)用開發(fā)的硅鋯打印材料Silicore。雙方一起著手實現(xiàn)最佳的3D打印結(jié)果的鑄造型芯，并保證其達(dá)到傳統(tǒng)工藝的同等質(zhì)量水平。最后，對采用SX熔模鑄造工藝鑄造的3D打印陶瓷型芯進(jìn)行了測試和驗證。

在第一階段，兩家公司打印了陶瓷3D打印，并達(dá)到了傳統(tǒng)檢測工藝的質(zhì)量及尺寸檢測。這使得能夠進(jìn)一步成功地將3D打印的陶瓷型芯完成壓臘模工藝。蠟?zāi)?內(nèi)部陶瓷芯)經(jīng)x線檢查，陶瓷芯完好無損，無開裂、損壞。



△壓完臘模的陶瓷型芯的橫切截面

在接下來的階段，進(jìn)步設(shè)計局采用傳統(tǒng)工藝制作了澆注的一系列如模殼等的準(zhǔn)備工作，并最終成功完成了高溫鎳基合金葉片的澆注工作。在從鑄造的合金葉片中浸出陶瓷核心后，每個葉片都要進(jìn)行額外的檢查，包括x射線控制和超聲波控制。前者證明陶瓷材料在浸出過程中被成功地去除，后者用于測量葉片不同截面的厚度。

最終，將3DCeram公司的陶瓷3D打印工藝和硅鋯材料成功應(yīng)用于航空發(fā)動機渦輪葉片鑄造型芯的生產(chǎn)。在SX -鑄造過程中，測試證實Silicore材料的性能符合澆注的要求，進(jìn)步設(shè)計局也對該材料進(jìn)行了認(rèn)證，認(rèn)定其滿足復(fù)雜陶瓷型芯的生產(chǎn)要求。

烏克蘭科學(xué)院開發(fā)出電子束3D打印機

2021年8月烏克蘭國家科學(xué)院巴頓焊接研究所研發(fā)出烏首個電子束3D打印設(shè)備。該設(shè)備由一個小型真空室、垂直移動平臺、金屬粉末進(jìn)料和分料裝置、最大功率為60kW的電子束槍以及高壓電源組成。以金屬粉末為原材料逐層打印出特定形狀和結(jié)構(gòu)的金屬部件，每小時打印能力為80cm3。與大多數(shù)傳統(tǒng)加工技術(shù)不同，這種技術(shù)與自動設(shè)計軟件相結(jié)合，其運行和工藝流程完全自動化，可以生產(chǎn)出具有特殊屬性和特定形狀的部件，而且可以減少材料消耗，節(jié)約產(chǎn)品生產(chǎn)和進(jìn)入市場的時間。

電子束3D打印設(shè)備將廣泛應(yīng)用在烏克蘭渦輪機和飛機發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)。經(jīng)進(jìn)一步研發(fā)改進(jìn)，該設(shè)備可以使用VT1-0、VT-6、VT-20鈦合金粉末，ASTM F75鈷鉻合金粉末和耐熱的鉻鎳鐵合金718粉末為原材料，而這些合金粉末均可由烏克蘭企業(yè)生產(chǎn)，從而顯著降低生產(chǎn)成本，保障產(chǎn)品在國際市場上的競爭力。

烏克蘭Sprybuild開發(fā)出連續(xù)DLP 3D打印機 烏克蘭的3D打印公司Sprybuild開發(fā)出了一種新的連續(xù)DLP 3D打印技術(shù)——波前轉(zhuǎn)換連續(xù)生產(chǎn)技術(shù)CPWC（Continuous Production with Wavefront Converting）。

CPWC技術(shù)被稱為“克服液體感光聚合物3D打印中主要技術(shù)矛盾的革命性方式”，它隸屬于DLP 3D打印技術(shù)，通過在微觀層面上，將輻射能重新分配到打印區(qū)域，該技術(shù)最高可實現(xiàn)10毫米/分鐘的打印速度。

CPWC技術(shù)的優(yōu)點并不局限于超高的速度，該技術(shù)還可以用于打印任何光聚合性的液體，甚至用于復(fù)雜混合物的打印。與此同時，光固化液體中所含的其他成分，也可以作為有機填料，即作為藥物和微膠囊使用。

據(jù)稱，CPWC與市面上現(xiàn)存的技術(shù)不同之處在于，它是基于“光化輻射的波前轉(zhuǎn)換”的技術(shù)，即在3D打印區(qū)域直接形成打印對象的投影。可以消除產(chǎn)品中殘余應(yīng)力，提供比典型樹脂打印工藝更大的打印體積。

烏克蘭陶瓷3D打印創(chuàng)業(yè)公司Kwambio

△Kwambio在CES 2019上的展位

Kwambio于2014年創(chuàng)立，最初是瞄準(zhǔn)3D打印模型的市場，其中包括小飾品和家庭裝飾用品。在獲得大量投資后，公司于2015年推出了自己的3D打印機，然后建立了一個致力于3D打印陶瓷和金屬的實驗室，從而推動了進(jìn)一步的投資。它在2018年國際消費電子展上發(fā)布了陶瓷3D打印機，并在2019年國際消費電子展上展覽了兩臺。這家烏克蘭公司已從7位投資者那里籌集了總計350萬美元。

憑借著專利陶瓷粘合劑噴射技術(shù) (CBJ) ，他們能夠3D打印超高精度的陶瓷制品。

2021年1月，烏克蘭新聞網(wǎng)站發(fā)布了3D打印創(chuàng)業(yè)公司Kwambio的財務(wù)問題，這對它的未來而言并不是一個好兆頭。 這家公司自3月以來一直沒有運營，導(dǎo)致2020年大部分時間拖欠員工工資。工作人員說，自2020年9月以來就一直沒有給它付款。

激光粉床金屬3D打印廠商ALT

2019年11月德國法蘭克福Formnext 3D打印展會上，南極熊在現(xiàn)場看到了來自烏克蘭的金屬3D打印廠商ALT的展位。ALT展出了兩款金屬3D打印機ALT Alfa-280和ALT Alfa-150，ALT的3D打印機采用“金屬粉末激光熔化”技術(shù)，可以打印多種金屬合金。

Additive Laser Technology主要重點是金屬增材制造的發(fā)展與創(chuàng)新，ALT專門從事定制激光粉床融合系統(tǒng)的開發(fā)和制造?？梢詫⒏鶕?jù)客戶的需求量身定制機器，已經(jīng)開發(fā)了幾何驅(qū)動的工藝參數(shù)，可確保最小的孔隙率，高公差和出色的表面光潔度。

△ALT Alfa-280金屬3D打印機

烏克蘭建筑3D打印公司PassivDom

2018年，烏克蘭創(chuàng)業(yè)公司PassivDom利用3D打印技術(shù)建造了36平方米的房子，PassivDom是世界上第一個完全自主的房屋，即使在北極氣候條件下也不需要任何燃料燃燒。這座房子只使用太陽能就能滿足所有居民的需求：溫度控制（加熱和冷卻）、水、空氣質(zhì)量和氧氣控制。房屋本身為所有家用電器生產(chǎn)電力。

36平米的房子當(dāng)時售價為3.2萬美元（約22萬元人民幣）。這種房屋主要結(jié)構(gòu)（如框架、墻體、天花板）均為3D打印，但卻是模塊化的，就如同樂高積木一樣，所以可以輕松運輸，到達(dá)目的地再組裝。同時，其內(nèi)部裝修也可以說不錯，與一般的酒店如出一轍。

屋頂上的太陽能電池板和磷酸鋰電池可以 "在完全沒有太陽的條件下滿足2周的用電需求"。

3D Tech ADDtive

3D TECH 是一家3D打印服務(wù)商，成立于 2017 年，位于烏克蘭利沃夫。他們的服務(wù)包括3D掃描、產(chǎn)品設(shè)計和3D打印制造服務(wù)。

他們將3D打印技術(shù)用于最終用途、塑料和金屬功能組件，包括：
工業(yè)機械設(shè)備
汽車和飛機
個性化消費品
生產(chǎn)工具和設(shè)備

未完待續(xù)