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(qiáng)，3D打印技術(shù)也逐漸受到重視。下面我們就盤(pán)點(diǎn)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(guó)3DCERAM的C900 Flex設(shè)備及Silicore硅鋯型芯專(zhuān)用材料）

當(dāng)今飛機(jī)工業(yè)的主要優(yōu)先事項(xiàng)之一就是設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率更高的發(fā)動(dòng)機(jī)，新的發(fā)動(dòng)機(jī)消耗更少的燃料，因此對(duì)環(huán)境更有利，成本效益更高。實(shí)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(guò)陶瓷型芯來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這也將解決問(wèn)題的難點(diǎn)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(dòng)機(jī)D-18T

傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝如壓制和注射成型工藝是無(wú)法實(shí)現(xiàn)如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并將會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間和成本，因?yàn)樗鼈儽仨殞⑿托痉譃閹讉€(gè)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(gè)非常低的水平。

這樣的背景給3D打印技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了巨大的機(jī)會(huì)。陶瓷3D打印技術(shù)專(zhuān)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(xiàng)技術(shù)用于生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)局（其最大的服務(wù)對(duì)象就是馬達(dá)西奇公司）幾年合作的成果最近得到了驗(yàn)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(guò)使用計(jì)算機(jī)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(lái)制造零部件。在陶瓷型芯的生產(chǎn)中，材料也是一個(gè)關(guān)鍵因素:“陶瓷類(lèi)型取決于鑄造生產(chǎn)中使用的合金類(lèi)型，因此在鑄造階段鐵芯和金屬之間沒(méi)有化學(xué)反應(yīng)。所選用的陶瓷還必須具有耐熱和耐機(jī)械性能，能承受金屬鑄造，熱膨脹系數(shù)(CTE)低，在加工過(guò)程中尺寸穩(wěn)定性高，在金屬冷卻過(guò)程后具有良好的浸出性?！?/font>

為此，3DCeram公司開(kāi)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(lái)一直用于鑄造鎳基渦輪葉片的硅基復(fù)合材料類(lèi)似，其特點(diǎn)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(duì)合金無(wú)害的溶液輕易去除。最后，陶瓷型芯燒結(jié)過(guò)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(lái)說(shuō)，3DCeram的工藝為熔模鑄造工藝提供了一系列優(yōu)勢(shì)，包括更靈活的設(shè)計(jì)，可制備高復(fù)雜性的型芯產(chǎn)品，更快的新設(shè)計(jì)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(yàn)證過(guò)程

從2019年開(kāi)始，3DCeram與進(jìn)步設(shè)計(jì)局合作，驗(yàn)證了用于渦輪葉片生產(chǎn)的CERAMAKER 900系列陶瓷3D打印機(jī)以及其專(zhuān)門(mén)為陶瓷型芯應(yīng)用開(kāi)發(fā)的硅鋯打印材料Silicore。雙方一起著手實(shí)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(duì)采用SX熔模鑄造工藝鑄造的3D打印陶瓷型芯進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)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(cè)工藝的質(zhì)量及尺寸檢測(cè)。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(xiàn)檢查，陶瓷芯完好無(wú)損，無(wú)開(kāi)裂、損壞。

△壓完臘模的陶瓷型芯的橫切截面

在接下來(lái)的階段，進(jìn)步設(shè)計(jì)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(gè)葉片都要進(jìn)行額外的檢查，包括x射線(xiàn)控制和超聲波控制。前者證明陶瓷材料在浸出過(guò)程中被成功地去除，后者用于測(cè)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(dòng)機(jī)渦輪葉片鑄造型芯的生產(chǎn)。在SX -鑄造過(guò)程中，測(cè)試證實(shí)Silicore材料的性能符合澆注的要求，進(jìn)步設(shè)計(jì)局也對(duì)該材料進(jìn)行了認(rèn)證，認(rèn)定其滿(mǎn)足復(fù)雜陶瓷型芯的生產(chǎn)要求。

烏克蘭科學(xué)院開(kāi)發(fā)出電子束3D打印機(jī)

2021年8月烏克蘭國(guó)家科學(xué)院巴頓焊接研究所研發(fā)出烏首個(gè)電子束3D打印設(shè)備。該設(shè)備由一個(gè)小型真空室、垂直移動(dòng)平臺(tái)、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(shí)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(dòng)設(shè)計(jì)軟件相結(jié)合，其運(yùn)行和工藝流程完全自動(dòng)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(chǎng)的時(shí)間。

電子束3D打印設(shè)備將廣泛應(yīng)用在烏克蘭渦輪機(jī)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

烏克蘭Sprybuild開(kāi)發(fā)出連續(xù)DLP 3D打印機(jī)

烏克蘭的3D打印公司Sprybuild開(kāi)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(chēng)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(guò)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(shí)現(xiàn)10毫米/分鐘的打印速度。

CPWC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)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(shí)，光固化液體中所含的其他成分，也可以作為有機(jī)填料，即作為藥物和微膠囊使用。

據(jù)稱(chēng)，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(duì)象的投影?？梢韵a(chǎn)品中殘余應(yīng)力，提供比典型樹(shù)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(chǎng)，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(jī)，然后建立了一個(gè)致力于3D打印陶瓷和金屬的實(shí)驗(yàn)室，從而推動(dòng)了進(jìn)一步的投資。它在2018年國(guó)際消費(fèi)電子展上發(fā)布了陶瓷3D打印機(jī)，并在2019年國(guó)際消費(fèi)電子展上展覽了兩臺(tái)。這家烏克蘭公司已從7位投資者那里籌集了總計(jì)350萬(wàn)美元。

憑借著專(zhuān)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(cái)務(wù)問(wèn)題，這對(duì)它的未來(lái)而言并不是一個(gè)好兆頭。這家公司自3月以來(lái)一直沒(méi)有運(yùn)營(yíng)，導(dǎo)致2020年大部分時(shí)間拖欠員工工資。工作人員說(shuō)，自2020年9月以來(lái)就一直沒(méi)有給它付款。

激光粉床金屬3D打印廠商ALT

2019年11月德國(guó)法蘭克福Formnext 3D打印展會(huì)上，南極熊在現(xiàn)場(chǎng)看到了來(lái)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(jī)ALT Alfa-280和ALT Alfa-150，ALT的3D打印機(jī)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(diǎn)是金屬增材制造的發(fā)展與創(chuàng)新，ALT專(zhuān)門(mén)從事定制激光粉床融合系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和制造?？梢詫⒏鶕?jù)客戶(hù)的需求量身定制機(jī)器，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了幾何驅(qū)動(dòng)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(jī)

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(gè)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(yáng)能就能滿(mǎn)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(shí)售價(jià)為3.2萬(wàn)美元（約22萬(wàn)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(lè)高積木一樣，所以可以輕松運(yùn)輸，到達(dá)目的地再組裝。同時(shí)，其內(nèi)部裝修也可以說(shuō)不錯(cuò)，與一般的酒店如出一轍。