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Höganäs AB 是全球领先的金属粉末制造商。回收的金属废料和铁矿石皆可用作原料。金属粉末已然发展成为一种高科技产品,通常通过压制和烧结(一种熔化金属的热处理工艺)来制造汽车用部件或用于其他用途。平均每辆汽车中含 9 公斤金属粉末,而 Höganäs 在该市场占据半壁江山。

相比金属部件成型的其他方法,压制和烧结费用低、能效高 – 正好印证了该公司的愿景“低投入,高回报”(make more with less)。粉末冶金所需工序较少,这样可将原料浪费减少 20-30%,同时生产中使用的能耗可以减半。

该公司最初从事煤矿开采和 制砖业务。从 20 世纪 30 年代起,粉末冶金的重要性稳步提高。现在 Höganäs 拥有 1700 名员工,公司总部仍位于斯科讷 (Skåne),但其生产设施遍布全球八个国家。

“我们 99% 的业务与粉末有关。但也有几项仍处于起步阶段的非粉末业务。其中之一便是新型的增材制造。” Höganäs Digital Metal 主管 Ralf Carlström 表示。

Digital Metal 子公司于 2012 年成立,在公司内部,Höganäs 开发了自己的 3D 打印机。迄今为止,自由形式制造主要用于工业原型制作 – 但 Digital Metal 却使用金属粉末打印真实的部件。Digital Metal 最近新增了两台打印机,产能翻倍。

“我们在这个领域的抱负并不只是销售粉末这么简单,而是提供成品。这其中的大部分价值蕴含在设计阶段和实际制造当中。通过逐层构建可以实现任何一种几何结构,” Ralf Carlström 解释说。

喷墨技术用于打印细节。先在薄薄一层金属粉末上进行 CAD 制图,并用粘合剂代替油墨。然后在第一层上面另外增加一层,如此层层增加,直到部件成品回火并送至窑炉进行烧结。

“我们确实刚涉足这个领域。尽管收益和产量还很少,并且可能在几年之内也不会形成大规模作业,但这是一项前沿技术,也是我们很乐意在价值链中进一步深入的新领域。”12-09-14_136-3

如果可以采用这项技术,那么将不再需要使用昂贵且复杂的工具,同时也将减少材料浪费。另外一个优点是,它几乎可以打造任意一种复杂形状,这为技术上更加先进的特殊部件和精细工作提供了可能,而这是其他方法难以企及的。此外也为减轻重量创造了契机。

毫无疑问,重量减轻也就意味着运输过程中的能效提高;这可以直接转化为环保优势,航空运输便是一个例子。根据 IPCC 的数据,航空运输对气候的影响占 3-4%,其排放量与每位乘客自驾车行驶相同的距离相当。尽管每乘客公里的油耗和排放稳步下降 – 在过去的 40 年间降低了 70%,但在这个领域的总排放量仍在上升,因为乘坐的人越来越多,乘坐的距离越来越远,乘坐的频率也越来越高。减轻飞机的重量可以节省燃油,哪怕是一公斤燃油的减少也能起到重要作用。因此可以想象,诸如 Digital Metal 等技术可以用于剥离非关键的飞机部件,将这些部件制成中空或网状。

“尽管如此, 3D 打印的确比压制和烧结更耗时。一个部件压制只需十秒,但打印可能需要数小时。但从另一方面来说,用 3D 打印技术制造少量产品时,不会推高单个部件的成本。我认为这两项技术是互补的。”

尽管在飞机部件及类似部件中寻求突破仍然任重道远,但 Digital Metal 业已在利基应用领域开始运作:小型、复杂的金属部件,在公差和表面光滑度方面都具有较高规格。

“我们的方法尤其适合于工业制造、医疗和设计应用,而这就是我们现在的目标。”Ralf Carlström 说道。

本文于 2015 年 2 月发表