看初创企业如何通过3D打印进入到航空航天工业

对于初创企业而言，航空航天业一直是一个难以进入的市场，挑战并非仅仅来自知识产权，除了需要与现有的航空航天业供应商巨头竞争，初创企业还面对多方面的挑战与压力。初创企业面临的一大挑战来自于如何制造出航空航天业需要的复杂的部件，这些部件是按照严格的标准制造的，并且是以小批量制造的。但是，与任何行业一样，新技术的引入有可能打破原来的生态平衡。目前，航空航天工业中的增材制造技术就在打破原有的平衡。

根据市场观察，美国Castheon就是这样一家随着增材制造技术进入到航空航天供应体系的企业。

探索晶粒生长带来的机会
据了解，Castheon主要应用的是粉末床金属熔融3D打印技术，Castheon在不断的应用中积累了自己的看法，他们认为激光增材制造是一种微铸造形式，尽管它基于焊接原理运行。关键的区别在于，在焊接过程中，瞬态热源会迅速熔化并固化材料。在铸造过程中，它是平衡或准平衡过程（缓慢过程），其中成核，不同的合金成分在晶粒生长阶段分配决定了微观结构和缺陷形成。在焊接或增材制造中，外延生长（没有成核）和随后的晶粒生长在熔融固化过程中占主导地位。增材制造提供了一种微观层面上控制材料结构的方法，这为新材料的性能，新合金的制造奠定了基础。

Castheon基于金属3D打印提供制造服务，最初的客户来源于航空航天，逐渐扩展到每个行业，作为金属增材制造的早期采用者，Castheon拥有多年的经验来不断改进他们的生产工艺。

现在Castheon已经增加了三台GE旗下的M2机器的产能以满足客户需求。然而，真正的竞争力来自于将潜在的问题转化为技术优势。Castheon将问题描述为金属增材制造的科学与技术之间的差距，通过科学的方法来弥补技术之间的差距，并为最佳实践提供科学依据。很多进入到金属3D打印的初创企业都容易陷入的误区是以为购买了设备就可以逐渐赢得市场，这是远远不够的，购买合适的机器只是完成了迎接挑战的一半。

如今，Castheon还获得了GE Capital的投资，从对增材制造所创造的新合金新材料的潜能有所发现，到从航空航天扩展到各个行业，再到牵手GE，Castheon展示了创业型企业如何进入到高技术壁垒的金属3D打印领域的发展之路。

3D打印最容易被业界记住的是无模化以及所释放的设计自由度。而通过3D打印所实现的材料制备技术的提升是当前商业界所容易忽视的地方。所幸的是世界范围内，不少的研究机构在进行通过3D打印技术来提升材料性能的研究。这些研究结果将进一步扩展3D打印的市场应用空间，刺激金属3D打印技术的市场增长。

随着设备加工技术的提升，加之材料的配合以及价格的合理化，金属3D打印势必在产业化领域的道路越来越宽。而对于加工应用方来说，要迎接这样的技术浪潮，了解金属3D打印的冶金加工学就成为必修课。

的确，在金属加工过程中，发生着许多微妙的事情。就拿选择性激光熔化技术来说，在激光对粉末的融化加工过程中，每个激光点创建了一个微型熔池，从粉末熔化到冷却成为固体结构，光斑的大小以及功率带来的热量的大小决定了这个微型熔池的大小，从而影响着零件的微晶结构。并且，为了熔化粉末，必须有充足的激光能量被转移到材料中，以熔化中心区的粉末，从而创建完全致密的部分，但同时热量的传导超出了激光光斑周长，影响到周围的粉末，出现半熔化的粉末，从而产生孔隙的现象。

对于应用端来说，除了设备的配置这样的刚性条件，冶金性能方面还与金属3D打印过程的诸多条件相关。加工参数的设置、粉末的质量与颗粒情况、加工中惰性氛围的控制、激光扫描策略、激光光斑大小以及与粉末的接触情况、熔池与冷却控制情况等等都带来了不同的冶金结果。

通常来说加工越快，表面粗糙度越高，这是两个此起彼长的相关变量。另外，残余应力是DED以及SLM加工技术所面临的共同话题，残余应力将影响后处理和机械性能参数。不过，根据市场研究，根据对冶金方面的驾驭能力，残余应力也可以用来帮助促进再结晶和细小的等轴晶组织的形成。

在过去的五年里,对于金属打印过程中微观结构的理解和新合金的加工性能已经获得了不少的进步。同时还观察到微观结构的非均质性，在这方面通过表征工作（柱状晶、高取向、孔隙度等）获取对加工冶金学的进一步理解，从而不仅提高金属3D打印的工艺控制能力，还为材料制备以及后处理提出了新的要求。

总之，初创企业要凭借3D打印技术进入到高壁垒的航空航天行业，光有3D打印设备这些“金刚钻”还远远不够，还需要对加工工艺，材料技术，后处理等方面有着深刻的认识和技术积淀，除此之外，还需要懂得如何搭建属于自己的良性生态环境，并积累资金、品牌、客户基础等方面的实力。而无疑，Castheon根据自身的核心实力以及在材料冶金学方面的经验，探索出了一条创业企业进入到高行业壁垒的航空航天领域的一条“破冰”之路。

来源：3D科学谷