播客:用GE添加剂的X线进行大规模3D打印
假设你需要一个非常复杂的大部件。要想做到这一点，最好的选择之一就是3D打印。Protolabs拥有一些地球上最大的3D打印机，GE Additive X Line系列。探索大幅面3D打印的历史，以及如何在这些机器上设计您的零件以获得最佳结果。客户:Marques Franklin, GE添加剂客户成功技术客户经理。
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史蒂夫·Konick:大家好，欢迎来到数字线程，这是Protolabs的播客，它着眼于制造技术和策略的新趋势，很酷的产品和公司，这些公司正在用创新的想法突破边界，也会给你一些设计技巧，以改善你和制造商的合作方式。我是主持人史蒂夫·科尼克，感谢收看。有一个被过度使用的短语，要么做大，要么回家当涉及到3D打印时，当你需要3D打印提供的复杂的有机几何图形时，你会怎么做，但你的零件必须非常巨大。在Protolabs，我们转向我们的GE添加剂XLine打印机。今天加入我们讨论大规模3D打印的是Marques Franklin，他是我见过的头衔最长的人，GE添加剂客户成功技术客户经理。它本身就是一个句子。欢迎来到数字线程，马奎斯。
品牌富兰克林:谢谢你，史蒂夫。我很感激。
史蒂夫·Konick:让我们从一些历史开始。增材制造最初是一种原型技术，但时代确实发生了变化，我们已经看到了从小型和中型部件到更大的应用程序的转变，也从原型到最终用途。那么这是怎么发生的呢?
品牌富兰克林:正如你所说，塑料印刷从20世纪80年代初就已经出现了。在20世纪90年代中期，德国有一个叫做弗劳恩霍夫研究所的机构开始研究金属熔解。所以这只是从原型发展到，你知道，在实验室工作，越来越多的公司试图把它变成一个生产类型的系统。所以在通用电气，我们认识到能够将由多个部件组成的复杂部件转化为单个部件的重要性。例如，CFM燃料喷嘴是通用电气的第一个部件，我们从18个部件减少到一个部件。因此，它使我们能够得到复杂的形状，但也简化了几何形状和制造过程，以获得成本优势。
史蒂夫·Konick:你说最初从塑料开始，然后转向金属，是什么触发了人们的决定，你知道吗，我们可能可以用金属来做这件事?
品牌富兰克林:你知道，我认为这就像任何事情一样，每个人都总是试图突破可以做的事情的边界。当人们看到塑料印刷的所有优点时，他们说，好吧，伙计，如果我们能在金属上做到这一点，就会把它提升到一个新的水平。一颗恒星诞生了。
史蒂夫·Konick:现在我们有了塑料，还有各种各样的金属。我们会稍微讲一下这个问题。XLine打印机实际上是大尺寸的。这些打印机到底有多大?我们说的是——你可以打印一个哈密瓜大小的部分，或者篮球大小的部分，或者像Yugo一样，或者其他什么?你能从他们身上得到什么?
品牌富兰克林:我们还没到Yugo的地步，还没到正确看待事物的地步。XLine上的搭建平台长800mm，深400mm，高500mm。你刚才提到了篮球。想象你有两个并排的篮球，这是一个一般的参照系。
史蒂夫·Konick:毫无疑问，这是巨大的。这就是你要得到的部分的大小如果你想全力以赴并且真正达到XLine打印机的极限。
品牌富兰克林:是的。
史蒂夫·Konick:打印机在制造零件的过程中到底发生了什么?
品牌富兰克林:是的。首先，你有一个平板，材料和你要打印的东西相似。所以，例如，如果你想用钴、铬或铬镍铁合金718打印，也许你有一个不锈钢板，只是裸露的金属。好吧。这就是我们所说的建造室。好的，然后在它旁边，你有一个箱子，里面装满了这种粉状物质，我的意思是，它可以是任何地方，想想它有点像面粉或糖。但这些颗粒的大小，从15微米到63微米不等。然后我们拿这个比方说你想做一个咖啡杯，我们拿这个咖啡杯把它切成不同的层，就像一条面包一样。但是纵向思考。好吧。 And so then what we do is on that bare plate, we take some of the powder from the—we call it the dosing chamber—spread it real thin over the plate. And then we take essentially the bottom of that coffee cup, that first slice of bread, that cross-section. And then we take these lasers and we just blast them powder until we melt it.
史蒂夫·Konick:(笑着说)太棒了!
品牌富兰克林:然后我们取下这个腔室，向下移动一层厚度，向上移动粉末腔室，在上面撒上更多的粉末这就是第二个横截面。我们用激光融化它。一直这样做，直到这部分的顶部。所以你的剂量室是空的因为你慢慢地把粉末移到建造室。你已经融化了你想要的形状，然后我们要用机器把所有的粉末吸出来。XLine的一个优点是整个粉末电路都被封装在机器里。我的意思是，你有一个大的筒仓，里面装着数千磅的火药。在建造的过程中，当你清空你的剂量室时，它实际上有一个功能，它会在你建造的时候自动重新填充剂量室。这也是我们能够连续打印几天或几周的原因，因为机器一直在往里面加粉末。
史蒂夫·Konick:是什么保证平台不会坍塌呢?你是如何达到这样的精度的呢仅仅移动了一层，那一微米的厚度或者任何能够附着下一层的东西?
品牌富兰克林:这是机器内部运作的一部分。这里面有一些特性可以让我们用我们设计的结构，马达和升降机一次移动几微米。在使用激光和其他内部设备进行机器开发的质量检查时，我们会多次检查。所以我们很有信心当我们说移动50微米时，你就移动了50微米。
史蒂夫·Konick:生产大型零件所固有的一些挑战是什么?
品牌富兰克林:我们所看到的是，有时大型部件非常复杂，你必须考虑的一件事是支撑结构。例如，你的部分是否有悬垂，可能从底部开始很小，然后随着你向上移动而变宽，然后我们称之为z方向或高度方向。其他需要考虑的是部件随时间的热位移。你知道，如果你要打印这么大的东西，你可能要打印几个星期。有时，当你从一个小零件开始时，你把所有的激光能量都放在一个搭建好的平台上，并加热它。但是当你移动得越来越远时，这个平台就会冷却，而在上面你仍然向零件中输入激光能量。因此，随着时间的推移，你必须考虑到翘曲中的收缩。
史蒂夫·Konick:所以，3D打印是我们正在谈论的技术，但它也在与其他技术竞争。你能和机械加工或铸造做些什么比较?在这个意义上，3D打印有优势吗?
品牌富兰克林:是的。所以在铸造的时候，你要考虑的一些事情是如果你有一个内表面和一个外表面你在里面有一个模具，你要怎么把这个模具弄出来?你知道，在减法制造中，你使用磨机去除材料，你知道，你不总是有能力在复杂的路径上有内部通道和类似的东西。这绝对是增材制造的优势。你还必须考虑的事情是，随着复杂性的增加，你知道，有时你不能像减法制造那样快速制造。所以它往往比减法更贵。但我们预计，随着我们在该领域进行越来越多的创新，这些价格将会下降。我们的印刷速度会加快，你知道，材料会增长。这样我们就能进入越来越多的市场。所以在我看来，这只是时间问题。
史蒂夫·Konick:3D打印一开始是业余爱好者尝试的东西，但多年来，它似乎变成了一个非常复杂的过程，需要一些专业的制造培训。
品牌富兰克林:我知道当人们刚开始进入这个行业时，他们认为3D打印会比实际情况容易得多，但它就像制造业中的任何事情一样。如果你回到铣床上，你可以查看某一铣床尺寸的进给量和速度。现在这已经是常识了。现在在添加剂行业，我们的进给量和速度等同于激光功率以及激光在零件上移动的速度。很多事情还在确定中。所以它不像你在家里的打印机，你把它连接到你的电脑上，然后按下打印键，你就能得到你想要的任何东西的2D表示。在创造新形状的过程中，我们进行了大量的开发、思考、尝试和错误。现在，protoolabs的优势是他们看到了各种不同的结构，所以他们知道什么是可行的，什么是行不通的。所以我假设当他们看到不同客户的产品时，他们会很容易地说，让我们稍微调整一下，也许你应该考虑这个或那个。所以我很清楚他们是如何帮助那些有这个疯狂想法的人加速这个过程的，他们只是想把它变成一个3D的实际形状。
史蒂夫·Konick:所以从设计师的角度来看，这真的是一种灵活性，能够做任何你能想象到的事情。这才是真正的优势。
品牌富兰克林:是的，我看到有人在球里打印了一个球。这让我想起了我在大学的时候，我在一个3D程序中用电子创建了这个3D模型，我想，哦，因为我建模了，我可以做它。但在当时，没有办法创造出这种几何形状。当我把它拿到制造工厂去做的时候，他们看着我，好像我疯了一样。但现在，你知道，这是完全可能的。所以你可以更多地跳出思维定势。还是有限制的，对吧?因为你要考虑，好，现在我有了这些粉末我能把这些粉末都拿出来吗?但它无疑改变了很多行业的游戏规则。
史蒂夫·Konick:从设计师或工程师的角度说到局限性，当他们考虑使用3D打印时，他们在CAD模型中需要考虑哪些事情?
品牌富兰克林:很多都是形状之间的过渡。例如，如果你直接从你的构建平台上构建，对吗?假设你要做一个盒子，让事情变得简单，好吧，某些材料不喜欢尖角。当你考虑重量和部分的热应力时，你有一个尖角，那就是一个应力增强因子，它说，请在这里开裂。所以相对于只有一个尖角，也许你在那个角上画一个半径，把这个部分建得高一点，然后把这个部分切掉当你把它从平台上切下来的时候在一个比平台更高的地方。当你考虑悬垂的时候，假设你建的是45度角现在你想把它压平。所以问题是，我需要支持还是不需要支持?我能告诉它多少速率来最小化支撑的需求，这样我就不用担心以后我移除材料的时候?我们在过去讨论支撑时看到的另一件事是在你从平台上切断部分后，你能完全移除它们吗?所以如果你从一个小的形状变成一个大的薄片，中间有支撑，你有足够的回旋空间吗?或者你能在那里有一个工具来移除支撑吗? So things like that.
史蒂夫·Konick:那么，如何从打印机中取出复杂部件而不损坏它呢?线切割是一个很好的解决方案吗?
品牌富兰克林:现在发生的是，你有了这个粘在盘子上的零件，它在这个机器里。所以你要做的第一件事就是用真空把所有的粉末都吸出来，然后你要用起重机把这个盘子从机器里拿出来。现在你要把这部分从盘子里拿出来或者把这部分从盘子里分开。现在，有些人可以让它支持这种分离，但你必须小心，因为它们在建造过程中可能会有点不稳定。一个更简单的方法就是把盘子固定在一起。但是现在要去掉它，你必须把它切掉，所以我知道电火花加工，它基本上是一根使用电流的细线。我相信这是最后的结局。就像，就像一把热刀。你把平台放在这个机器上，然后这条线沿着平台的长度向下延伸，直到部分完全分开。就像热刀切黄油一样。
史蒂夫·Konick:很好。那么，有没有设计支撑结构的最佳方法呢?
品牌富兰克林:当然:支撑结构的间距，他们是否有足够的空间来将部分绑在平台上?支承与实际部件的联系是什么?我想到了这个例子，我们有一台打印钛的机器，设计师并没有把支架和零件连接起来。所以我们正在观察它的形成。我们看着它建造，我们太棒了!我们正在创造伟大!看它的图案!然后突然间，机器内部到处都是火药。
史蒂夫·Konick:(笑)。
品牌富兰克林:就像勒布朗·詹姆斯拍起手来粉末就会散到空中。我们就像…
史蒂夫·Konick:完全正确。
马奎斯·富兰克林:……刚才到底发生了什么?我们回头看视频，发现支架勉强支撑着。我得到这个角色了!我得到这个角色了!然后我就说，不，你不需要。
史蒂夫·Konick:(笑着说)
品牌富兰克林:然后，让我们进去，把粉末撒在玻璃上，它破坏了这个部分，因为现在这个部分突出来了。当重新涂布机经过时，它就像货运列车一样撞上了零件。然后我们说，好吧，设计师，你得重新考虑一下。
史蒂夫·Konick:伙计，那一定很尴尬。(笑)好吧，让我们从一个运行XLine打印机的人的角度来看看这个过程。当你使用不同的材料时，你有什么需要考虑的事情吗?
品牌富兰克林:所有材料的过程都是相似的，但有些事情你必须考虑。例如，使用铝，我们的激光器可以达到1000瓦。当熔化铝时，我们可以有一个参数，激光功率几乎是950瓦。现在你试着用950瓦的功率和其他材料一起使用，比如钛，它燃烧起来非常亮，非常热。你可能会担心孔隙率之类的问题。GE添加剂公司和Protolabs公司所做的一件事就是为每种材料提供特定的参数。他们希望激光移动多快?当他们在建造时，当他们看到激光从零件的一边移动到另一边时，他们需要多少激光功率?他们想要在激光的两次传输之间有多大的空间或者受这个影响的是零件的孔隙度。所以会发生什么呢?你会在零件上得到孔隙，这会影响拉伸性能或物理性能。 And so the parameters that are developed are converted into physical characteristics of the parts that are created. And so a lot of those require a lot of time in study in order to determine what is the correct recipe for a given material.
史蒂夫·Konick:金属3D打印是否有一个特定的市场?我的意思是，转向金属的动力是什么?
品牌富兰克林:例如，医疗保健。有一些公司打印，你知道的，头骨碎片，比如说你出了车祸，你的头骨骨折了，你需要在你的头骨上做一个钢板。历史上，你会用一些钛，然后把它做成圆形，就像头骨一样，现在我们可以根据一个人的头骨定制更适合的零件。我看到一些公司对臀部做了同样的事情，这使得身体几何更容易被接受，可以这么说，接受这样的东西。我们讨论了航空工业的燃料喷嘴。有些汽车行业正在研究热交换器和几何形状，通过复杂的形状来加速他们所使用的任何流体的热去除。所以有各种各样的行业都在推动使用这项技术。
史蒂夫·Konick:我们现在用铬镍铁合金718 3d打印零件，当我们添加另一台XLine 2000R机器时，我们可能也会转向不锈钢或铝。那么，这些材料在行业中被运用到哪些方面呢?
品牌富兰克林:所以我知道有很多，比如说，航空航天公司使用不锈钢零件来制造太空零件。我知道有些汽车公司用铝来制造汽车零部件。这是我能想到的最大的铝和不锈钢。
史蒂夫·Konick:我知道我们有合作关系，proteolabs和GE你能告诉我们一些合作关系吗?
品牌富兰克林:所以我们一直在与Protolabs合作，他们多年来一直是我们机器的粉丝，我去过他们在达勒姆的一家商店，他们实际上是GE添加剂机器的最大用户之一。所以走到那家商店，你知道，就像，哦，我们一定在这里做些什么。他们一直在买我们的机器，从2m到MLabs再到现在的XLines，我们很乐意卖给他们。与此同时，你知道，当我们有客户在开发零件方面遇到困难时，我们就会利用Protolabs。所以我们去了Protolabs说，嘿，你能为我们的客户做这个零件吗?他们说，是的，我们可以这样做。所以他们介入并帮助我们，就像我们帮助他们一样。在我看来，这已经发展成了一种合作关系。
史蒂夫·Konick:所以我想最后一个问题是:Marques，通用电气添加剂公司现在有什么发展趋势?人们想了解更多的是什么?
品牌富兰克林:每个人都想要更大更快。我想在任何给定的时间内打印或融化更多的体积。所以我们在几年前宣布了我们开发的Atlas机器，它将是1米乘1米乘1米。我们主要是在粘结剂喷射领域，这可能是另一个播客，你基本上拿一种材料，你把粘结剂喷在上面，这比激光打印行业要快得多。但这也需要注意。例如，现在你处于一个绿色状态，你必须把零件放在烤箱里烧结掉所有的粘合剂等。所以我们正在积极地进入这些市场，为世界和所有那些有创造力的天才们更快地制造金属印刷，他们可以想出任何他们能想到的东西。
史蒂夫·Konick:非常酷。马奎斯，再次感谢你来到数字线程。
品牌富兰克林:这是我的荣幸。谢谢你，史蒂夫。
史蒂夫·Konick:这就是本期的数字线索，我想感谢我们的嘉宾，Marques Franklin，来自GE添加剂公司。不要忘记通过我们的主机网站Apple、谷歌或Spotify订阅未来的Digital Thread播客，或者你可以在我们的网站上收听。数字线是由Protolabs生产的，Protolabs是一家国际制造公司，在北美、欧洲和日本设有办事处。