全球8種高速金屬3D打印工藝盤點(diǎn)(2)
時(shí)間：2022-07-25 11:21 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
⑤ILT聯(lián)手Ponticon推出專利超高速激光沉積（EHLA）3D打印技術(shù)
2021年10月，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所（ILT）和總部位于德國(guó)的工程公司Ponticon聯(lián)手推出了一項(xiàng)ILT專利的超高速激光材料沉積（EHLA）新型3D打印技術(shù)。EHLA技術(shù)最初開發(fā)于2017年，是ILT對(duì)大批量定向能量沉積（或稱DED）的嘗試。它最初是作為一個(gè)模塊化的工具頭提供的，可以集成到門架和機(jī)械臂上，同時(shí)進(jìn)行材料沉積和熔化動(dòng)作。
自EHLA 2017年發(fā)布以來，這兩家合作伙伴一直致力于開發(fā)更適合增材制造應(yīng)用的新一代技術(shù)版本，并在2019年完成了第一個(gè)原型——簡(jiǎn)稱為"EHLA 3D"。Fraunhofer ILT將這項(xiàng)技術(shù)描述為比傳統(tǒng)堆焊工藝更高效、更環(huán)保的替代品。目前，該工藝可以加工重達(dá)25公斤的零件，進(jìn)料速度最高可達(dá)每分鐘500米，比其他激光材料沉積技術(shù)快250倍。它還可以應(yīng)用到更薄的層結(jié)構(gòu)上去，僅有25微米，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更平滑的零件表面。FraunhoferILT打算在過程監(jiān)控設(shè)計(jì)、自動(dòng)路徑規(guī)劃工具和構(gòu)建參數(shù)細(xì)化方面投入更多的研究，并表示未來的升級(jí)技術(shù)版本將會(huì)提供更高的構(gòu)建速率、更大的靈活性和材料多樣性以及更高的精度。
△用三種不同的粉末材料3D打印Fraunhofer ILT的字樣，作為新型高產(chǎn)的EHLA 3D工藝的示范部件。照片來自Fraunhofer ILT。
技術(shù)原理：
- EHLA 3D工藝事實(shí)上可看作DED工藝的變體，常規(guī)DED多是針對(duì)于熔覆層應(yīng)用，但它更傾向于硬核3D打印立體成形；
-
EHLA 3D打印系統(tǒng)基于一個(gè)三腳架的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，即三個(gè)線性馬達(dá)與一個(gè)構(gòu)建平臺(tái)相連，在該平臺(tái)上加工3D打印部件。這種結(jié)構(gòu)使平臺(tái)能夠進(jìn)行快速、精確的運(yùn)動(dòng)，而不產(chǎn)生任何重大振動(dòng)。
⑥MELD推出比SLM快十倍的攪拌摩擦沉積3D打印技術(shù)
MELD制造公司是一家位于弗吉尼亞州克里斯蒂安斯堡的3D打印技術(shù)開發(fā)商，一直以來，該公司都在持續(xù)推進(jìn)金屬摩擦沉積工藝的開發(fā)和研究，同時(shí)制造基于該技術(shù)的3D打印機(jī)。在今年3月份，MELD公司宣布與弗吉尼亞理工大學(xué)開展合作，以尋求進(jìn)一步推進(jìn)其增材制造摩擦沉積技術(shù)，研究方向包括工藝基礎(chǔ)，如溫度、材料流動(dòng)和變形，動(dòng)態(tài)相和微結(jié)構(gòu)演變，以及異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)和制造。
MELD制造公司擁有十幾項(xiàng)增材制造攪拌摩擦沉積工藝的專利，與其他金屬3D打印技術(shù)不同的是，該技術(shù)是一個(gè)固態(tài)過程，在低于熔化溫度的情況下進(jìn)行，往往不會(huì)熔化打印材料。MELD的3D打印應(yīng)用主要是在國(guó)防領(lǐng)域，包括零件涂層、部件維修、金屬連接和定制金屬基復(fù)合材料坯料。據(jù)MELD稱，增材攪拌摩擦沉積技術(shù)能夠以前所未有的規(guī)模生產(chǎn)大型金屬零件，它不限于小型粉末床或真空系統(tǒng)，是一種可以在開放的大氣環(huán)境下實(shí)施的工藝，不受操作環(huán)境或材料表面條件的限制，并且材料沉積速度比粉末床熔融等工藝快十倍以上。
技術(shù)原理：
- 通過固體進(jìn)料桿（打印材料）旋轉(zhuǎn)接觸基材，涂抹并通過摩擦粘在基材上完成逐層打印，該過程發(fā)生塑性變形，但絕不會(huì)熔化；
- 快速旋轉(zhuǎn)的工具具有加熱材料的作用，并完成塑性變形，使其具有足夠的可塑性；
-
摩擦沉積工藝與各種金屬兼容，如鋁、鈦、鋼和鎳基超合金。
△MELD的專利增材制造攪拌摩擦沉積技術(shù)。照片來自MELD制造。
△前沿作戰(zhàn)基地的MELD增材制造維修概念圖。圖片來自MELD制造公司
⑦Desktop Metal粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)
Desktop Metal在2021年10月斥資5.75億美元收購(gòu)其主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手粘合劑噴射3D打印機(jī)制造商ExOne，一躍成為金屬粘合劑噴射3D打印領(lǐng)域難覓敵手的頭號(hào)霸主。ExOne公司多年來致力于開發(fā)可控氛圍（有時(shí)也稱為惰性或化學(xué)惰性）的粘合劑噴射3D打印技術(shù)，用于打印活性粉末。目前，其粘合劑噴射3D打印技術(shù)能夠處理包括金屬、陶瓷和復(fù)合材料在內(nèi)的幾乎所有類型粉末。
使用粘合劑噴射（binder jetting）和單程噴墨技術(shù)（single-pass inkjet technology）的3D打印機(jī)Production System™，可能是進(jìn)行大規(guī)模3D打印金屬零件的最快方法。具有最先進(jìn)的打印噴頭，上面有16384個(gè)噴嘴，每秒能夠噴出15億滴墨滴，具有1200x1200
DPI的原始分辨率，出色的可靠性和雙向單程打印，可以快速3D打印復(fù)雜的金屬零件，堆積效率可達(dá)12,000cm3/小時(shí)，每天多達(dá)10,000個(gè)零件。
單程粘合劑噴射金屬3D打印技術(shù)原理
單程粘合劑噴射金屬3D打印技術(shù)原理
在Single Pass Jetting™（SPJ）的支持下，Production System™具有雙向3D打印功能，移動(dòng)一次，即可打印一次，不浪費(fèi)一遍路程。具體工作流程如下：
- 3D打印。對(duì)于雙向單程3D打印，每次打印遍及整個(gè)構(gòu)建區(qū)域，都將應(yīng)用打印過程的所有步驟（粉末沉積、鋪展、壓實(shí)、彈道抑制ballistic suppression、和粘合劑噴射）。一層一層地沉積金屬粉末和粘合劑，直到整個(gè)構(gòu)建體被零件部分和周圍的散裝粉末填滿為止。
- 脫粉。構(gòu)建完成后，將移除構(gòu)建箱，并用新箱子替換下一個(gè)構(gòu)建。完整的成型箱被移至清粉工位，在那里去除粉末，并準(zhǔn)備燒結(jié)零件。
-
燒結(jié)。脫粉的零件裝入工業(yè)爐中，在那里將加熱到接近熔化的溫度。除去剩余的粘合劑，使金屬顆粒融合在一起，并使零件致密。
技術(shù)特點(diǎn)：
- 高速打印：借助Production System的雙向單程Single Pass Jetting™打印技術(shù)，每天最多可進(jìn)行10,000個(gè)零件的3D打印，每次構(gòu)建零件，實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)SLM激光粉末床的打印速度高100倍，最大限度地提高生產(chǎn)率。
- 密集3D嵌套：無需支撐即可進(jìn)行粘合劑噴射3D打印，這意味著零件由松散的粉末支撐，無需焊接至底板。這使客戶能夠用密集嵌套的零件填充構(gòu)建體積，從而有效地交付高吞吐量的打印。
-
一流的可重復(fù)性：通過防彈技術(shù)，打印頭冗余和實(shí)時(shí)光學(xué)打印床檢查，提供了強(qiáng)大的可重復(fù)性。意味著您可以放心打印。
⑧Fraunhofer IWS速度提升千倍的CBC金屬3D打印技術(shù)
2021年7月，德國(guó)研究機(jī)構(gòu)Fraunhofer IWS透露了一種新式的3D打印系統(tǒng)，這套系統(tǒng)可能比目前基于振鏡的激光制造技術(shù)快"一千倍"。據(jù)悉，這種打印裝置重點(diǎn)在于一個(gè)高功率的13KW "動(dòng)態(tài)光束激光器"，它能夠迅速產(chǎn)生不同的能量分布模式，并精確地打印出極為復(fù)雜的材料。這項(xiàng)突破性技術(shù)最初由以色列公司Civan Lasers開發(fā)，F(xiàn)raunhofer IWS用相干光束來做金屬3D打印。這種方法被認(rèn)為是高功率激光工藝的 “巔峰"，它涉及到將激光分割放大成多條相干光線，然后再將它們合并成強(qiáng)大的單束。
△一位工程師在德累斯頓的Fraunhofer IWS安裝耶路撒冷的 "動(dòng)態(tài)光束激光"。照片來自Fraunhofer IWS
在Civan
Lasers公司的案例中，它們已經(jīng)開發(fā)出一種利用部分光束的小相位偏移來調(diào)制能量分布模式的方法。與現(xiàn)有的激光器相比，動(dòng)態(tài)光束激光器在光束中心釋放出大部分能量，因此能夠?qū)⒘慵瞥蓮?fù)雜的
"環(huán) "或"馬蹄 "形狀。從理論上講，使用光束偏轉(zhuǎn)光學(xué)器件或快速振鏡已經(jīng)可以做到這一點(diǎn)，盡管每次重新調(diào)整都需要幾毫秒。然而，Civan
Lasers公司的方法更快，能夠在微秒內(nèi)調(diào)整激光的能量模式，因此它有可能使動(dòng)態(tài)光束成形首次用于工業(yè)規(guī)模的金屬3D打印。據(jù)FraunhoferIWS的AndreasWetzig稱，這項(xiàng)技術(shù)推動(dòng)了金屬3D打印的極限，將會(huì)解鎖新的合金材料在醫(yī)療、電動(dòng)車和航空航天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
技術(shù)原理：
- 從理論上講，使用光束偏轉(zhuǎn)光學(xué)器件或快速振鏡已經(jīng)可以做到這一點(diǎn)，盡管每次重新調(diào)整都需要幾毫秒。然而，Civan Lasers公司的方法更快，能夠在微秒內(nèi)調(diào)整激光的能量模式，因此它有可能使動(dòng)態(tài)光束成形首次用于工業(yè)規(guī)模的金屬3D打印。
- 用相干光束進(jìn)行金屬3D打印，光源模式是將激光分割放大成多條相干光線，然后再將它們合并成強(qiáng)大的單束；
- 利用動(dòng)態(tài)光束成型來消除部件缺陷，并克服裂紋敏感材料帶來的許多現(xiàn)有挑戰(zhàn)，可應(yīng)用于為外太空?qǐng)?zhí)行任務(wù)定制部件或醫(yī)用植入物；
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當(dāng)涉及到激光切割時(shí)，動(dòng)態(tài)光束激光器將被證明是目前光纖激光器的兩倍，同時(shí)產(chǎn)生無毛刺的切割，并具有良好的邊緣質(zhì)量。
△預(yù)計(jì)新的 "CIVAN "將在金屬3D打印中開啟動(dòng)態(tài)光束成型。照片來自Fraunhofer IWS
寫在最后：
盡管從技術(shù)層面上看國(guó)外在高速金屬增材制造領(lǐng)域的技術(shù)理念、設(shè)備制造確實(shí)領(lǐng)先我國(guó)不少，但我們也并不只是落于“眼見他人起高樓”的境地，我們也有著像鉑力特、華曙高科、易加三維等一批受到國(guó)外市場(chǎng)認(rèn)可的佼佼者。中國(guó)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型需要信心，中國(guó)智能制造業(yè)的發(fā)展更需要耐心，我國(guó)增材制造產(chǎn)業(yè)當(dāng)下的規(guī)模還遠(yuǎn)未發(fā)展到像國(guó)外那般“火并群雄”的激烈地步。相反，我國(guó)在增材制造材料、設(shè)備、技術(shù)、創(chuàng)新理念都還有著不少短板需要補(bǔ)齊，在增材制造走向產(chǎn)業(yè)化的道路上還有諸多未成熟的工藝鏈需要完善。
落后需要追趕，盡管我國(guó)并非3D打印技術(shù)理念的“起源地”，但我們有著龐大的市場(chǎng)體量和完備的制造產(chǎn)業(yè)鏈，加之近年來國(guó)家在先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)方面的大力政策扶持，相信未來國(guó)內(nèi)也會(huì)涌現(xiàn)出更多優(yōu)秀的增材制造企業(yè)能夠?yàn)橹袊?guó)創(chuàng)新“披堅(jiān)執(zhí)銳”，亦能走出國(guó)門大殺四方。畢竟在彎道超車、后來居上這方面的事，“種花家”沒少干。
(責(zé)任編輯：admin)
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