数字材料如何推动3D打印从原型应用走向生产的产业化?

材料是推动增材制造突破界限约束的驱动力！Material is the driving force that pushes the boundaries in additive manufacturing!

图片来源：GKN

人工智能、数字材料、人工双胞胎，这些因素正在推动推动增材制造突破界限约束。

将增材制造从源头数字化

材料巨头GKN增材制造看到了数字化的加速趋势，以及数字化在推动3D打印突破边界约束的力量，GKN增材制造正在加速技术创新，推动3D打印的主流应用从原型与设计验证转向批量生产。目前，GKN正在将材料的数字化与零件增材制造建立联系，通过将GKN Hoeganaes的材料专业知识与增材制造组件功能之间建立数字联系，GKN正在加速从材料到零件的整个工艺链的数字化，从而为零件的致密性、质量的可重复性，认证过程提供数字化基础。

GKN还通过与西门子的合作将数字双胞胎用于实现增材制造中的批量生产。通过强大的过程预测来节省时间，这还意味着可以更好地了解3D打印过程，这是进一步降低成本的一个很好的起点。目前，GKN已经将激光制造过程中的大部分工艺数字化。现在，GKN希望通过对材料和过程进行全面的数字描述来预测加工过程的结果。

通过将整个环节以数字化作为铺垫，GKN获得大量的大数据，然后从结果中获得深刻的理解。这使得材料公司具备了深刻的数字化的DNA。目前，GKN根据客户需求在闭环系统中开发用于汽车高性能生产的钢材。而GKN将粉末生产和3D打印零件制造集中在一个屋檐下带来的不仅仅是部门合作之间的创新，而是理念的升级，即以应用为中心的开发，并通过应用为导向的数字化流程缩短交付周期。

一方面，GKN开发了供内部使用的经过验证的材料，同时也将这些材料对外销售，提供给外部市场。目前整个增材制造金属粉末市场约为2000吨。GKN正在运营世界上最大的粉末雾化厂，目前已经生产了30万吨钢粉末。3D打印进入产业化最关键的驱动因素是强大的质量和成本。GKN正在致力于通过数字表征材料，并将数字之间的联系建立起来，以实现强大的质量控制能力。而随着3D打印的应用面获得更广泛的推广，成本将随之下降。

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GKN将这些具有详细特征表述的粉末称为先进的数字粉末，因为不可能有100％可重复的材料生产，从材料的物理和化学特征来看，这是不可能的。目前，在位于Cinnaminson（NJ）的世界级研发和制造中心，GKN通过其粉末研究实验室，对粉末进行金相组织分析，对粉末形态进行表征。通过这些关于粉末的信息，GKN可以建立材料的数字双胞胎。通过与加工流程的数据相结合，形成对粉末与加工的相关性研究。

就在不久前，由英国剑桥的一家人工智能公司Intellegens开发的一种新的机器学习算法已被用于设计一种新的用于金属增材制造的镍基合金，减少了合金开发15年的努力时间。

可以说在我们当前的数字时代，机会以不断增长的速度出现并成熟。未来，或许我们将不再谈如何将制造数字化，因为那时候制造从材料到成品就是数字化的。反观国内的金属粉末制造商，要在3D打印领域获得长足的发展，在产品层面可以将粉末床选区金属熔化3D打印与粘结剂喷射金属3D打印这两个技术所对应的金属粉末作为两个不同的产品线来对待。而在技术层面，除了需要有核心的制粉技术，还需要具备数字表征的能力，并且将材料的数字化融入到工艺的数字化之中。