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      技術與產品
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      金屬3D打印被認為是3D打印的 “頂點”

      來源:??????2021-9-24 9:58:47??????點擊:

           金屬3D打印被認為是所有3D打印的頂點。談到強度和耐用性,沒有什么能比得上金屬。最早的金屬3D打印專利是DMLS(直接金屬激光燒結),由德國EOS在1990年代獲得。從那時起,金屬3D打印逐漸發展出了許多種類的打印工藝?,F在,每臺金屬3D打印機通常都會使用以下四類工藝中的一種:粉末床融合、粘合劑噴射、直接能量沉積和材料擠壓。
          金屬粉末床熔化(Metal Powder Bed Fusion)
          常用工藝:DMLS(直接金屬激光燒結)、SLM(選擇性激光熔化)和EBM(電子束熔化)。
           描述:使用PBF熔化技術生產的金屬零件可以減少殘余應力和內部缺陷,成為航空航天和汽車工業中苛刻應用的理想選擇。
      直接金屬激光燒結(DMLS):可用于幾乎任何金屬合金構建物體。直接金屬激光燒結在要打印的表面上散布一層非常薄的金屬粉末。激光緩慢而穩定地穿過表面以燒結這種粉末,金屬內部顆粒融合在一起,即使沒有被加熱到完全熔化狀態。然后施加并燒結額外的粉末層,從而一次“打印”物體的一個橫截面。打印完成后,物體會慢慢冷卻,多余的粉末可以從構建室中回收并循環使用。DMLS的主要優點是它生產的物體沒有殘留應力和內部缺陷,這對于高應力下的金屬部件(例如航空航天或汽車零件)極為重要,而主要缺點是非常昂貴。

      選擇性激光熔化(SLM):使用高功率激光將每一層金屬粉末完全熔化,而不僅僅是燒結,這樣產生的打印物體非常致密和堅固。目前,這項工藝只能用于某些金屬,例如不銹鋼、工具鋼、鈦、鈷鉻合金和鋁。SLM制造過程中出現的高溫梯度也會導致最終產品內部出現應力和錯位,從而損害物理性能。

      電子束熔化(EBM):與選擇性激光熔化非常相似,能夠生成致密的金屬結構。這兩種技術的區別在于EBM使用電子束而不是激光來熔化金屬粉末。目前,電子束熔化只能用于有限數量的金屬。盡管也可以使用鈷鉻合金,但鈦合金仍是這種工藝的主要原材料。這項技術主要用于制造航空航天工業的零件。

           技術優點:可以高精度制造幾乎任何幾何形狀。使用金屬范圍廣泛,包括最輕的鈦合金和最堅固的鎳高溫合金,這些都是傳統制造技術難以加工的。機械性能可以比肩鍛造金屬,能夠像傳統制造金屬零件一樣進行機械加工、涂層和處理。
           技術缺點:材料、機械和操作成本高。零件必須通過支撐結構(以防止翹曲)連接到構建板上,這會產生廢料并需要手動后處理移除。構建尺寸有限,并且金屬粉末處理具有危險性,需要嚴格的過程控制。
           金屬粘合劑噴射(Metal Binder Jetting)
           常用工藝:MJF(多噴射熔合)、NPJ(納米粒子噴射)
           描述:這項技術使用噴墨將一種粘合劑選擇性滴在平坦的粉末床上。接收液滴的區域將被固化,其余粉末保持松散。逐層進行以上步驟,直到生成整個對象。使用這項工藝可以處理金屬、沙子、陶瓷等材料。由于金屬粘合劑噴射機在室溫下運行,不會發生翹曲且不需要支撐。因此,粘合劑噴射機可以比粉末床融合機大得多,并且可以堆疊物體,充分利用整個構建室,是小批量生產和按需制造的流行選擇。
            技術優點:可以大體積打印,零件不需要連接到構建板上,因此可以嵌套以利用所有可用的構建體積。對幾何體限制較少,通常不需要支撐。不會發生翹曲,因此可以制作更大的零件。打印速度非???,比粉末床熔融金屬打印成本更低。
            技術缺點:部件在打印后必須經過耗時的脫脂和爐燒結過程,機器和材料成本高??紫堵矢哂诜勰┐踩酆?,因此機械性能不那么好,且可選材料較少.
          直接能量沉積(Direct Energy Deposition)
          常用工藝:DED(直接金屬沉積)、WAAM(電弧增材制造)、LMD(激光材料沉積)
          描述:這種方法通過擠壓金屬,無論是金屬粉末還是金屬絲,然后立即受到高能量的撞擊(可以通過等離子弧、激光或電子束實現熔化)。能量熔化金屬,熔池立即下降到3D空間,通過機械臂進行位置操作。它與焊接非常相似,因此主要應用之一是修復現有金屬零件并增加零件的功能性。
          技術優點:金屬絲是最實惠的金屬3D打印材料形式,有些機器甚至可以使用兩種不同的金屬粉末來制造合金和材料梯度。5軸和6軸運動可以在不使用支撐材料的情況下生產模型??梢孕迯蛽p壞的金屬部件并添加新組件。構建體積大,材料使用高效,零件密度高,機械性能好,打印速度快。
           技術缺點:零件表面質量較差,通常需要機加工和精加工,小細節很難或不可能實現。機械和操作成本高。
           金屬材料擠壓(Metal Material Extrusion)
           常用工藝:FDM(熔融沉積建模)/FFF(熔絲制造)
           描述:這項技術專為使廉價金屬3D打印而創建,可用于中小型企業。設計工作室、機械車間和小型制造商使用金屬材料擠壓機來迭代設計、創建夾具和固定裝置,并完成小批量生產。領域的最新發展是金屬絲,可在大多數桌面FDM3D打印機中使用,使幾乎每個人都可以使用金屬3D打印。金屬材料擠壓的工作原理:
      聚合物細絲或浸有金屬小顆粒的線材按照設計形狀逐層3D打印。

      清洗3D打印部件,去除一些粘合劑。

      將零件放入燒結爐中,金屬顆粒熔化成固體金屬。

          技術優點:實惠、操作簡單安全。
         技術缺點:零件必須經過與粘合劑噴射零件相同的脫脂和燒結過程。需要對幾何形狀和支撐進行更多限制以防止翹曲,且零件具有高孔隙率,無法達到鍛造金屬相同的機械性能。零件不像使用PBF或DED那樣致密,而且爐內收縮不太準確。
          其他金屬3D打印工藝  

          焦耳打?。↗oule Printing):Digital Alloys的焦耳打印看起來很像DED,但金屬絲是利用電流熔化,而不是用電弧或光束加熱。這使得打印速度更快,目前已經證明每小時可打印多達2公斤的鈦。
          液態金屬增材制造(Liquid Metal AdditiveManufacturing):Vader Systems 創建了液態金屬增材制造技術,將1200°C的液態金屬液滴以類似于噴墨打印機的方式沉積。
          電化學沉積(Electrochemical Deposition):Exaddon的CERES納米級金屬3D打印機,可以使用電化學沉積制造比人類頭發寬度還小的金屬物體。
           DLP金屬打?。―LP metal printing):ADMATEC和Prodways提供金屬DLP打印。類似于金屬材料擠出,金屬粉末與光聚合物樹脂混合,3D打印部件必須經過相同的脫脂和燒結過程,就像金屬材料擠壓方法一樣。
           冷噴涂金屬打?。–old Spray Metal Printing):冷噴涂金屬打印最初被美國宇航局用于太空中建造金屬物體。主要特點是快(每小時6公斤的鋁或銅),缺點是不是那么準確。澳大利亞公司Titomic和SPEE3D是這項技術的領跑者。
           超聲波固結(UAM):使用聲音將薄薄的金屬箔層粘合在一起,在粘合下一層箔之前加工掉每一層的多余部分,因此它是增材制造和減材制造的結合。Fabrisonic的 SonicLayer 3D 打印機系列使用了這項技術。
           激光工程凈成型(LENS):是一種基于激光的方法,需要一個非??煽氐沫h境。這種工藝需要一個密封室,通常使用氬氣清除氧氣,使氧化水平盡可能低。LENS激光器的功率范圍從500W到4kW??捎糜诩庸も?、不銹鋼和鉻鎳鐵合金。盡管維護無氧室存在困難,但LENS為用戶提供了更好的精確度和控制。
           電子束自由形式制造(EBF3):最初由NASA開發,是一種主要用于航空航天工業的方法。這種方法可以在不浪費任何材料的情況下制作出復雜幾何形狀,并且能夠創造出輕量級形狀以促進燃料節約。

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