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機(jī)械社區(qū)

標(biāo)題: 你沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的新型金屬3D打印技術(shù) [打印本頁(yè)]

作者: jiajoin 時(shí)間: 2018-7-23 16:00
標(biāo)題: 你沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的新型金屬3D打印技術(shù)

傳統(tǒng)金屬打印現(xiàn)狀

現(xiàn)有的3D打印技術(shù)主要是以金屬粉末為材料，用鐳射去做燒結(jié)。德國(guó)比較有名的US公司機(jī)器價(jià)格在50萬(wàn)美金以上，切削量比較大的可能達(dá)到100萬(wàn)美元以上，可以說(shuō)價(jià)位限制了很多公司使用這項(xiàng)技術(shù)。

圖1 金屬打印噴頭

除了設(shè)備比較昂貴以外，粉末燒結(jié)的方法還有其他一些問(wèn)題，比如對(duì)工作環(huán)境、操作人員防護(hù)都要求比較高，對(duì)于打印中實(shí)際應(yīng)力的變化也需要很高的控制能力。比如下圖中自行車座的零件打印就經(jīng)過(guò)了多達(dá)9次的制作才獲得了滿意件。產(chǎn)品完成后去除應(yīng)力的過(guò)程一般在烤箱中進(jìn)行，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一天左右。

圖2

再如下圖中的零件，產(chǎn)品在打印過(guò)程中形成了基座，因?yàn)榛馁|(zhì)和產(chǎn)品材質(zhì)相同，后期需要將零件從基座上通過(guò)機(jī)加工等方法拆下來(lái)。但金屬打印產(chǎn)品就是為了解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的直接生產(chǎn)問(wèn)題，這樣做效益不高。

圖3

所以這樣的技術(shù)，從設(shè)備到人員，從加工到后期處理都有很高的要求，應(yīng)用時(shí)成本比較高昂。

3D打印技術(shù)確實(shí)有很強(qiáng)的應(yīng)用潛力，特別是在金屬打印零件上面，但是目前存在的一些問(wèn)題使得這項(xiàng)技術(shù)不僅成本難以承受，實(shí)際上零件的制作時(shí)間與工藝并沒(méi)有明顯提升。

ADAM：全新金屬打印工藝

Markforged公司針對(duì)此現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)有一套新的3D打印流程方法Atomic Diffusion Additive Manufacturing（ADAM）。

圖4

ADAM技術(shù)的特點(diǎn)是混合現(xiàn)有的兩種技術(shù)，常見(jiàn)的3D打印技術(shù)與金屬注射成形。設(shè)計(jì)零部件后在打印時(shí)首先把原體放大，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)中使用了金屬粉末、蠟、塑料幾種原料，我們最終需要的是金屬部分，所以會(huì)有一個(gè)去處蠟、塑料材料的過(guò)程。初始時(shí)將零件做大，在去除多余材料后收縮成設(shè)計(jì)的尺寸，是這項(xiàng)技術(shù)最重要的一個(gè)部分。

圖5

圖6

初始打印出的產(chǎn)品被稱為綠胚，將具有金屬粉末、蠟、塑料幾種原料的產(chǎn)品放入藥水中，將蠟的部分熔積出來(lái)，這個(gè)步驟就是圖中的“WASH”部分。

圖7

此時(shí)的零件被稱為棕胚，再經(jīng)過(guò)特殊的烤箱制作，通過(guò)提高溫度將塑料汽化并吹出。塑料汽化后將溫度提高到接近金屬熔融的溫度，金屬粉末此時(shí)逐漸粘在一起，體積縮小，密度隨之提升。

圖8

圖9

燒結(jié)完成后的產(chǎn)品成為銀胚，可以進(jìn)行后續(xù)的處理，包括機(jī)加工、熱處理，或者是直接作為成品使用。下圖中機(jī)械臂前端夾具就是打印的成品效果。

圖10

金屬3D打印技術(shù)的另一個(gè)方面是解決了空心零件的加工問(wèn)題，通過(guò)控制打印過(guò)程可以直接形成具有外部穩(wěn)定形面而內(nèi)部中空的機(jī)構(gòu)，不必像傳統(tǒng)加工一樣需要從零件上去一部分的去除下來(lái)，用于輕量化的零件時(shí)很有優(yōu)勢(shì)。

圖11

所以利用ADAM技術(shù)進(jìn)行3D打印加工最主要的步驟就是3個(gè)：打印機(jī)將金屬粉末等原材料制作成設(shè)計(jì)的形狀；清洗機(jī)將原材料中的蠟去除；通過(guò)燒結(jié)爐將金屬熔積成型。

圖12

圖13

METAL X作為最新的金屬3D打印機(jī)器，配合上述的技術(shù)工藝流程，解決了常見(jiàn)3D打印的一些技術(shù)問(wèn)題，比如如下的案例：

圖14

圖14為一家重型機(jī)械設(shè)備制造商的一款零件，檢驗(yàn)氣動(dòng)裝置。藍(lán)色部分為開(kāi)關(guān)，金屬柱上有一個(gè)彎曲的通道，傳統(tǒng)的工藝制作這個(gè)部分比較困難，不能一次性加工完成，需要四個(gè)零件進(jìn)行組裝。這種情況下零件外發(fā)，再次組裝等都會(huì)增加制造成本，3D打印就能夠完成一次性的加工，直接打印出中空的結(jié)構(gòu)，零件重量減少了一半，維護(hù)和成本也相應(yīng)減少。

問(wèn)答環(huán)節(jié)

Q：3D打印模具冷卻水道應(yīng)用的怎么樣？

A：這是可以的，但有一些地方要改變一下。好像不能用圖形水路，因?yàn)閳D形水路會(huì)有支撐結(jié)構(gòu)。模具應(yīng)用我們?cè)谙氩挥盟罚驗(yàn)榭梢源蚩招牡模苯影阉鬟M(jìn)內(nèi)腔做冷凍但是還在早期試驗(yàn)。

Q：燒結(jié)出來(lái)中間材質(zhì)層有疏松點(diǎn)嗎？表層會(huì)不會(huì)有缺陷？

A：可以做到疏松的結(jié)構(gòu)，也可以做實(shí)內(nèi)的結(jié)構(gòu)。

Q：①請(qǐng)問(wèn)你們的層厚/精度實(shí)際能達(dá)到多少？②外表公差在什么范圍? ③硅膠模具上應(yīng)用精度會(huì)不會(huì)不太好？

A：①最小層厚是50um，燒后是～41um2. ②+- 0.125/25mm.③燒結(jié)的東西跟硅膠模具一樣，很小的東西都可以保留。

作者: xiaok823 時(shí)間: 2018-7-23 16:16
看完有兩點(diǎn)疑問(wèn)。
1.看圖是用了FDM的原理，打印出來(lái)的物體表面這么光滑？
2.尺寸放大燒結(jié)后縮小，尺寸能控制的這么準(zhǔn)嗎？不同尺寸的尺寸控制如何做呢？

有待考究。

作者: 胡迪警長(zhǎng) 時(shí)間: 2018-7-23 17:14
感覺(jué)打印輕量化零件是很好的一個(gè)用途，畢竟有內(nèi)部網(wǎng)格的零件鑄造、切削加工都很困難，不過(guò)成本肯定很高，只能用在跑車、飛機(jī)這樣的高級(jí)產(chǎn)品上。

作者: 遠(yuǎn)祥 時(shí)間: 2018-7-23 22:48
其實(shí)也算鑄造工藝的嗎？

作者: xiangyv 時(shí)間: 2018-7-24 17:19
挺厲害的，可惜技術(shù)還不成熟

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