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海外专栏 | Equispheres推出适用于粘合剂喷射成型的高性能铝合金粉末

文章和图片来源:        时间:2020.11.20        点击率:

  “随着粘结剂喷射3D打印机厂家们对铝材料的需求增大。我们乐观地认为,我们的高性能铝合金粉末可以满足这一市场需求。”







  Equispheres早期发展分为两部分:一部分是在实验室里花大量时间制定和测试铝合金的可靠性、烧结性和精细特征能力,另一部分是花费大量时间去说服投资者,向他们介绍Equispheres即将推出的增材制造材料铝合金粉末材料的潜在应用。


  经过几个研究项目和超过3000万加元的投入后,Equispheres准备在未来18个月内将金属3D打印粉末的生产规模扩大近10倍。


  Equispheres用了五年的时间来开发粉末雾化技术,如今这项技术已准备就绪,正在申请专利。在进一步研发和风险资本采购工作的同时,公司向一些选定的合作伙伴有限发放铝合金粉末材料。目前,由于反应堆处于全天运行状态,该公司每年可生产高达8,000公斤的粉末。利用现有的技术和资金支持,Equispheres计划在2021年实现两个里程碑。



  Doug Brouse


  Equispheres的业务拓展副总裁Doug Brouse告诉TCT :"通过我们引进的新反应堆设计技术,明年年中的产量应该达到4万公斤,到年底,预计年产量将达到7.5万公斤左右。这应该可以满足我们目前看到的市场总需求,后期我们将再决定是否继续增加产量。"


  Brouse拥有机械工程方面的职业背景,同时也是航空维修管理软件供应商Mxi Technologies的创始人之一,曾经担任该公司的CEO。在出售Mxi之后,Brouse入职加拿大国家研究委员会,负责制定并执行策略,将创新研究带入该行业,并在之后加入Equispheres负责类似的工作。


  Equispheres公司的发展是在从多个方面着手的,向少数客户提供限量的金属粉末,与多个合作伙伴继续进行研发,并从HG Ventures、洛克希德·马丁和Sustainable Development TechnologyCanada等公司寻求投资资金。所有这些都同时进行,以促进公司生产基础设施的扩大。


  Equispheres公司的产品目前只集中在铝合金上,如AlSi10Mg,未来还将开发钢材和铬镍铁合金。该公司对铝材料有两个方面关注:一是评估目前市场上低于标准的产品,认为其生产的粉末的球形和均匀尺寸将使打印零件性能更好,二是认为铝在许多行业都是一个不断增长的市场。







  如今,汽车、航空航天和国防等行业正在不断采用增材制造技术,其中最受欢迎的3D打印产品是EOS、SLM Solutions、Renishaw和TRUMPF的金属激光烧结设备。


  虽然该技术的采用比较迅速,但应用发展却比较缓慢。其应用过程中工艺的可重复性达不到其实际要求,相对于传统的制造手段,在可适用的材料的选择上也受到限制,而且所需的产量不符合该技术的经济可行性。虽然Equispheres的铝粉可以与这些供应商的机器兼容,并承诺帮助提高工艺的可重复性,提高零件的性能,扩大可用材料的数量,但它也面临着需要寻求解决产量的问题。


  该公司已将粘结剂喷射技术列为其研究工作的重点,与麦吉尔大学(McGill University)合作研究其铝合金粉末与目前市场上许多粘结剂喷射技术的兼容性。通过去年实验工作,麦吉尔大学的研究人员认为Equispheres的ALSi10Mg铝合金粉末 "具有卓越的无压实烧结性能",致密性达到95%以上而且微观结构优异。目前,Equispheres公司正在开发专门的结合剂,同时已经与几家粘结剂喷射公司取得联系,他们在各自的平台上都在积极地优化自己的粉体。







  Brouse认为,铝合金粉末能够在粘结剂喷射机上进行加工是一个巨大突破。他解释道 "铝通常有一层很厚的氧化层并且熔点低,所以在烧结时,需要把温度调至略低于熔点,使原子在边界上扩散。但氧化层会抑制这一过程,如果继续提高温度促进扩散,那么零件形状将趋于 "坍塌"。粒子的内部都是一种 "粘稠",它像气球一样穿过氧化层,只是无法将材料正确地粘合在一起。


  "这对行业来说是一个挑战,铝是一个很大的市场,随着粘结剂喷射3D打印机厂家们对铝材料的需求增大。我们乐观地认为,我们的高性能铝合金粉末可以满足这一市场需求"


  掌握粉末的烧结性是打开粘结剂喷射技术的大门,Equispheres还强调确保其金属粉末能够实现可重复和快速的打印过程,并能够促进精细特征零件的生产。该公司还与庞巴迪公司 (Bombardier)、普惠公司 (Pratt & Whitney)、德事隆 (Textron)和麦吉尔大学(McGill University)一起,致力于航空零部件增材制造的研究。


  重点专注于缺陷特征与失效之间的关系,开发几何制造准则,以实现更好的零件设计,并进一步完善零件的机械性能与其在制造中的位置之间的关系。虽身为投资者,但洛克希德·马丁也与Equispheres公司合作寻找机会。







  Equispheres创立的契机是,Brouse和他的同事认为市场上现有的原料质量不高,无法让增材制造用户最大限度地发挥该技术的潜力,重复可靠地应用于生产终端零件。与3D打印领域的任何一家材料公司一样,他们的目标是将制造商所熟悉的材料用于增材制造优化。在Equispheres能看到的可供用户使用的材料中,他们认为许多材料有很大的吸水量,太厚的氧化层,以及粒度分布太广的缺点。


  Brouse说:"我们的想法是改变粉末的物理特性,以改善所有这些特性。使它们更球面更光滑,确保没有细小颗粒,拥有最小团聚物和薄氧化层。如果能做到这一点,那粉末会发挥地更加稳定,它的流动速度会比有团聚物和细小颗粒的粉末快很多,后者则会妨碍影响流动性,扩散和包装密度增加了30%。因此,激光能量吸收,粉末熔化和凝固会更均匀。整个过程变得可重复,这导致了设计允许性更高,能够精确地知道将获得什么样的机械性能。"







  在Equispheres成立初期,一直向一些战略合作伙伴提供粉末,以测试和验证公司的铝材料,而这些实验是在工业环境中进行的。到目前为止,与Equispheres合作的用等距球制作的应用程序都没有公开,不过Brouse透露,人们对这些应用程序非常感兴趣。


  Brouse说:"在汽车行业,机械性能和可重复性对制造商来说固然重要,但成本却更重要。我们的粉末的特点是,利用我们优越的包装密度和更厚的印刷层,可以提高50%的零件生产速度。汽车行业一直有真正的兴趣去挑战极限,看看用我们的粉末能打印多厚。


  "我们还有其他航空航天业的客户希望增加产品优良特性。之所以选择我们,是因为他们相信我们粉末的特性能够让他们达到这个目标。目前正在进行测试,根据初步数据,结果非常乐观。


  航空航天行业和汽车行业对高强度的要求都是普遍的。如果能持续地达到更高强度,那么就可以使用更少的材料减轻部件的重量。在航天工业中,发射一公斤重量的成本是2万美元,如果可以用更轻的材料来制造,就能节省很多钱。"


  当然,制造商们一直在挖掘节省成本的方法,每个增材制造制造厂商都意识到,如果要继续扩大应用规模,他们机器就需要降价。Brouse认为,下一个需求将是原料成本。他表示,Equispheres将继续确保其生产过程尽可能高效,同时也指出,与气体雾化技术相比,它不会消耗大量气体,也不会使用 "线材等成品 "作为原料。











  “我们不想追求价格底线。” Brouse最后谈到,“我们不会将原材料的价格压到市场上最便宜的水平,因为它可以提供卓越的质量和更好的生产率。我们的计划是与客户分享这种价值。”