對于初創企業而言，航空航天業一直是一個難以進入的市場，挑戰并非僅僅來自知識產權，除了需要與現有的航空航天業供應商巨頭競爭，初創企業還面對多方面的挑戰與壓力。

       初創企業面臨的一大挑戰來自于如何制造出航空航天業需要的復雜的部件，這些部件是按照嚴格的標準制造的，并且是以小批量制造的。但是，與任何行業一樣，新技術的引入有可能打破原來的生態平衡。目前，航空航天工業中的增材制造技術就在打破原有的平衡。美國Castheon就是這樣一家隨著增材制造技術進入到航空航天供應體系的企業。

探索晶粒生長帶來的機會

      Castheon主要應用的是粉末床金屬熔融3D打印技術，Castheon在不斷的應用中積累了自己的看法，他們認為激光增材制造是一種微鑄造形式，盡管它基于焊接原理運行。關鍵的區別在于，在焊接過程中，瞬態熱源會迅速熔化并固化材料。在鑄造過程中，它是平衡或準平衡過程（緩慢過程），其中成核，不同的合金成分在晶粒生長階段分配決定了微觀結構和缺陷形成。在焊接或增材制造中，外延生長（沒有成核）和隨后的晶粒生長在熔融固化過程中占主導地位。增材制造提供了一種微觀層面上控制材料結構的方法，這為新材料的性能，新合金的制造奠定了基礎。

       Castheon基于金屬3D打印提供制造服務，最初的客戶來源于航空航天，逐漸擴展到每個行業，作為金屬增材制造的早期采用者，Castheon擁有多年的經驗來不斷改進他們的生產工藝。

     現在Castheon已經增加了三臺GE旗下的M2機器的產能以滿足客戶需求。然而，真正的競爭力來自于將潛在的問題轉化為技術優勢。Castheon將問題描述為金屬增材制造的科學與技術之間的差距，通過科學的方法來彌補技術之間的差距，并為最佳實踐提供科學依據。很多進入到金屬3D打印的初創企業都容易陷入的誤區是以為購買了設備就可以逐漸贏得市場，這是遠遠不夠的，購買合適的機器只是完成了迎接挑戰的一半。

    如今，Castheon還獲得了GE Capital的投資，從對增材制造所創造的新合金新材料的潛能有所發現，到從航空航天擴展到各個行業，再到牽手GE，Castheon展示了創業型企業如何進入到高技術壁壘的金屬3D打印領域的發展之路。

REVIEW

    3D打印最容易被業界記住的是無?；约八尫诺脑O計自由度。而通過3D打印所實現的材料制備技術的提升是當前商業界所容易忽視的地方。所幸的是世界范圍內，不少的研究機構在進行通過3D打印技術來提升材料性能的研究。這些研究結果將進一步擴展3D打印的市場應用空間，刺激金屬3D打印技術的市場增長。

    隨著設備加工技術的提升，加之材料的配合以及價格的合理化，金屬3D打印勢必在產業化領域的道路越來越寬。而對于加工應用方來說，要迎接這樣的技術浪潮，了解金屬3D打印的冶金加工學就成為必修課。

      的確，在金屬加工過程中，發生著許多微妙的事情。就拿選擇性激光熔化技術來說，在激光對粉末的融化加工過程中，每個激光點創建了一個微型熔池，從粉末熔化到冷卻成為固體結構，光斑的大小以及功率帶來的熱量的大小決定了這個微型熔池的大小，從而影響著零件的微晶結構。并且，為了熔化粉末，必須有充足的激光能量被轉移到材料中，以熔化中心區的粉末，從而創建完全致密的部分，但同時熱量的傳導超出了激光光斑周長，影響到周圍的粉末，出現半熔化的粉末，從而產生孔隙的現象。

     對于應用端來說，除了設備的配置這樣的剛性條件，冶金性能方面還與金屬3D打印過程的諸多條件相關。加工參數的設置、粉末的質量與顆粒情況、加工中惰性氛圍的控制、激光掃描策略、激光光斑大小以及與粉末的接觸情況、熔池與冷卻控制情況等等都帶來了不同的冶金結果。

   通常來說加工越快，表面粗糙度越高，這是兩個此起彼長的相關變量。另外，殘余應力是DED以及SLM加工技術所面臨的共同話題，殘余應力將影響后處理和機械性能參數。，根據對冶金方面的駕馭能力，殘余應力也可以用來幫助促進再結晶和細小的等軸晶組織的形成。

       在過去的五年里,對于金屬打印過程中微觀結構的理解和新合金的加工性能已經獲得了不少的進步。同時還觀察到微觀結構的非均質性，在這方面通過表征工作（柱狀晶、高取向、孔隙度等）獲取對加工冶金學的進一步理解，從而不僅提高金屬3D打印的工藝控制能力，還為材料制備以及后處理提出了新的要求。

     總之，初創企業要憑借3D打印技術進入到高壁壘的航空航天行業，光有3D打印設備這些“金剛鉆”還遠遠不夠，還需要對加工工藝，材料技術，后處理等方面有著深刻的認識和技術積淀，除此之外，還需要懂得如何搭建屬于自己的良性生態環境，并積累資金、品牌、客戶基礎等方面的實力。而無疑，Castheon根據自身的核心實力以及在材料冶金學方面的經驗，探索出了一條創業企業進入到高行業壁壘的航空航天領域的一條“破冰”之路。

來源：3d打印網

編輯：董強