根据增材制造研究公司的《增材制造后处理：市场分析和预测》报告，预计到 2031 年，金属后处理收入将达到 14 亿美元。这不仅仅是因为CNC加工等现有技术将越来越精细化和自动化，还因为将开发更新的后处理方法。其中包括电化学加工，其中通过电和化学的结合从零件中去除金属。
Voxel Innovations将自己的技术版本应用于3D打印领域，其脉冲电化学加工由于其提供的绝对精度，可以为增材制造零件提供独特的优势。在最近的一次采访中，Voxel Innovations的技术销售和营销经理Kirk Abolafia深入了解了该公司的独特流程以及如何将其应用于3D打印。
PECM 的工作原理是创建一个自定义工具，其形状与零件上所需几何形状相反。该工具在不进行物理接触的情况下靠近工件，保持微观的电极间间隙。然后，带电的电解液通过该间隙，具有双重目的：它催化电化学加工反应，有效地将工件材料溶解在特定的几何形状中，同时冲洗掉产生的金属氢氧化物。这个过程，用通俗的话来说，就是“电和化学逐个原子地去除金属”，消除了热量和摩擦，从而避免了热变形或工具振动。
PECM的一个显著优点是没有刀具磨损，可以提高零件产量，而不必担心刀具退化。
“因为我们不必担心热变形或工具振动，我们可以获得非常独特的严格公差和薄壁特征，”Abolafia 说。“该工艺的另一个有趣好处是，该工艺中没有热量或接触，大大减少了任何刀具磨损，因此我们能够生产更高的零件产量，而不必担心刀具磨损或变形。”
然而，对定制模具的需求存在一个缺点，通常会导致更高的初始投资，并使该工艺更适合大批量生产。尽管存在这种局限性，但 PECM 对于复杂的几何形状、坚韧的材料和大批量特别有效。
由于PECM要求端部由导电材料制成，因此不适用于塑料和聚合物。然而，这种限制被该技术对材料硬度的漠不关心所抵消，允许加工镍高温合金等具有挑战性的金属。这一特性在传统加工方法难以解决材料硬度或复杂性的行业中尤为有利。
“如果所讨论的零件以较低的产量生产，使用正常的材料、几何形状和公差，那么 PECM 可能不是最理想的工艺，”Abolafia 解释说。“对于那些生产具有复杂几何形状、更严格公差、尤其是高零件量的零件的人来说，这更好。如果你的工作至少满足了这三个条件中的两个，那么PECM更有可能是一个不错的选择。
Voxel Innovations看到了与金属增材制造的潜在交叉点，PECM可以平滑层线并改善表面质量，特别是在难以触及的区域或薄的下皮壁。
“事实上，我们为每个项目都使用独特的 3D 工具，这意味着我们可以进入那些难以触及的区域，并提供更好的公差和表面质量，”Abolafia 转述道。“例如，我们对增材制造的铬镍铁合金涡轮叶片进行了类似的研究。一位客户 3D 打印了这些叶片，我们使用 PECM 同时作为二次加工工艺，使刀片更薄，并作为精加工工艺，提高零件的表面质量，即使在下皮区域也是如此。
随着增材制造向更大的批量发展，PECM可能越来越重要，因为Voxel Innovations能够使用单个工具运动处理多个零件或特征。
“PECM 在大批量生产方面表现出色，因为我们不仅可以一次形成零件的整个表面，而且该过程还可以并行，使用定制阴极在一次操作中并排制造数十个零件或特征。我们只需要让电解液通过所有这些，“阿博拉菲亚说。
这种设置已经用于公司的生产线，这使得Voxel每年能够加工数百万个零件。虽然该公司传统上不使用3D打印来创建PECM所需的独特工具，但在某些研究项目中也有例外，例如与空军合作的项目。考虑到这一点，很容易想象Voxel在未来部署AM来创建工具。
体素的根源很有趣，尽管在增材制造领域并非完全不寻常。该公司的创始人丹尼尔·赫灵顿在杜克大学攻读研究生并在能源部的ARPA-E工作之前，曾是印地赛车和Grand-Am系列赛的赛车手。这位前赛车手后来成为机械工程师，看到了电化学加工的潜力，并于 2016 年在北卡罗来纳州罗利成立了 Voxel Innovations。
“在美国，进行电化学加工的公司并不多。该技术在欧洲更成熟一些，而且由于它是一种技术含量很高的工艺，因此许多公司更喜欢更知名且技术不那么复杂的制造工艺，“Abolafia 解释说。“但这种情况正在改变。在过去的一年里，我们的员工和带宽几乎翻了一番。投资者正在帮助我们在 2024 年第二季度将我们的能力和带宽扩展到新设施，这将使我们的工作空间大约翻两番。PECM有着令人振奋的未来。
Voxel Innovations 位于美国东南部 3D 打印中心的黄金地段，Oerlikon、Proto Labs、Rapid Shape、Siemens、Axtra 3D、3D Systems、Collins Aerospace、IperionX、Keselowski Advanced Manufacturing 和 Formlabs 等都在该州设有工厂。
随着增材制造成为该国保持供应链弹性战略中越来越重要的一部分，北卡罗来纳州已准备好从这种增长中受益。反过来，Voxel Innovations位于美国制造业历史上的关键时刻，随着增材制造热潮的兴起，它可能会有一个有利可图的未来。
