工艺-3D打印技术参考-(第126页)    

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  • Stratasys J8系列丨现今最强大的全彩色3D打印机

    Stratasys J8系列丨现今最强大的全彩色3D打印机

    在全彩色3D打印领域,Stratasys是当之无愧的头部企业。也许我们仍然对J750念念不忘,但5年来Stratasys已经研发出多款更适应市场发展需求的全彩色3D打印机——J8系列。 2月11日,Stratasys发布一款中端定位的全色彩PolyJet 3D打印机——J826™,这是继去年10月发布高端J850™之后的又一款全新力作。J826拓宽了全彩打印的边界,可同时加载7种材料,并更以现有J8系列打印机约一半的价格为中等建模需求企业和教育机构量身打造。本期,我们对Stratasys J8系列打印机进行介绍。
  • 西交大最新:3D打印单晶高温合金突破经典理念

    西交大最新:3D打印单晶高温合金突破经典理念

    航空发动机叶片由成本昂贵的单晶镍基高温合金制成。由于服役环境苛刻,单晶叶片容易受到局部损伤,发展可靠的叶片修复技术对航空发动机延寿、降成本至关重要。近些年来,3D打印凭借其“精准定位、可控增材”的特点在单晶叶片的修复/再制造领域展现出诱人的应用前景。 激光增材制造修复叶片 然而,3D打印材料凝固过程冷却速度快的突出特点,极易造成高残余应力和高位错密度的亚稳态微观组织结构。这种亚稳态结构在标准热处理或服役过程中容易发生再结晶,导致材料高温力学性能下降,造成安全隐患。 2月20日,由西安交通大学、美国麻省理工学院以及美国约翰霍普金斯大学组成的研究团队刊文指出,从微观结构演化的规律入手,为3D打印单晶高温合金定制热处理制度,可以解决单晶叶片3D打印修复后的再结晶问题,并提出了高温合金塑性变形回复的新机制。 3D打印镍基单晶的微观结构演变,与研究的新型高温还原退火相比较图 高温合金的标准热处理制度一般由固溶、时效组成,实践证明该工艺流程会导致3D打印高温合金发生再结晶。研究团队经过系统的文献调研与综合分析,提出并证实在固溶前增加“回复”(Recovery)步骤,可以消除再结晶驱动力。 经过“回复-固溶-时效”处理,高温合金的残余应力伴随微观组织γ′相的定向粗化而消除,位错密度可降低至热处理前的5%左右,时效后沉淀强化γ′相达到与铸态基材相同水平。因所发现的现象与高温合金在高温蠕变条件下发生的筏化效应(Rafting)相似,且在事实上起到了回复的效果,故将其命名为“筏化-回复”效应(Rafting-enabled recovery)。 镍基高温合金叶片 这一发现为防止3D打印单晶由于残余应力未消除而开裂提供了一种实用方法,为增材制造修复、恢复和重塑其他高温合金单晶产品铺平了道路;突破了经典观念所认为的“单晶高温合金不具备回复能力”的认知,为设计3D打印高温合金的非标准热处理制度提供了科学依据,并表明新的热处理制度完全能满足3D打印单晶叶片修复的需求。 注:文章题为《利用“筏化-回复”效应抑制3D打印修复单晶高温合金的再结晶》,已上传。 欢迎转发联系笔者:2396747576;技术交流和资料下载群:867355738;网址:延伸阅读: 1.今日Nature:新型3D打印超强材料—钛铜合金 2.北航最新Science: 3D打印抗疲劳高性能材料—镍钛合金 3.最新研究:调整增材制造工艺参数,控制材料凝固过程,实现性能可控
  • 最新研究:调整增材制造工艺参数,控制材料凝固过程,实现性能可控

    最新研究:调整增材制造工艺参数,控制材料凝固过程,实现性能可控

    增材制造的工艺参数(如激光功率、扫描速度、搭接间距、扫描策略等)对成型后的微观组织和力学性能的稳定性有着极大的影响。因粉末物性及成形工艺的差异,基于时空约束下的成形过程中,高能激光束与粉末在多场耦合交互作用下粉末的熔化/凝固行为极为复杂,导致难以有效调控成形过程及质量。 理解具有多个变量物理过程的一种方法是使用过程图,这可以帮助显示多个参数之间的经验关系。该技术此前已应用于激光焊接工艺,目前也已用于了解增材制造工艺,包括实际的机器设置、无量纲参数的使用等,从而有助于比较增材制造工艺之间的关系。采用合适的工艺窗口来更好的控制制造过程,同时能获得制造过程中的热模拟模型,以便掌握零件制造过程中的受热变化。 多材料SLM工艺标准化处理图谱(来源已上传) 而热模型可以用来模拟增材制造材料凝固过程中的微观组织变化、热梯度变化以及固液界面的液体流速变化等,最终可获得对应的增材制造过程中的微观组织变化规律。但是这不仅忽略了凝固过程中的形核与长大过程,而且还忽略了凝固组织取向的变化对力学性能带来的影响。 2月15日,美国加州大学圣塔芭芭拉分校的研究人员在金属材料领域顶刊Acta Materialia上发表题为“Solidification-driven Orientation Gradients in Additively Manufactured Stainless Steel”的论文。研究表明,在凝固方向上,晶粒内部存在一定的取向差,并且其取向差与成分偏析有关,这对3D打印的材料设计提供了一种思路(论文已上传)。 研究简介 作者基于LENS增材制造技术制备样品,利用基于飞秒激光TriBeam系统、FIB以及EBSD技术对样品进行逐层扫描,获得每一断层的EBSD数据,再进行三维重构,从而得到晶粒组织的三维形貌。利用K均值聚类算法,获得晶粒的形核位置,以形核位置的取向为基准,标定晶粒在生长方向上的的取向差,并讨论了三维晶粒形成的原因,发现随着晶粒在热梯度方向上的凝固,晶粒最后凝固的部分具有最大的取向差;并结合Scheil-Gulliver凝固模型,分析得到取向差与元素分布的存在对应关系。 晶粒组织的三维形貌重构 增材制造过程中形成的偏析很难通过后续的热处理消除,而偏析对于材料的性能具有不利影响,如材料的耐腐蚀性能。材料中形成的局部取向差可能会导致应力集中,这对材料的力学性能不利,进而降低材料的使用寿命。 通过调整增材制造工艺参数,控制材料的凝固过程可作为减小凝固形成取向差的一种方法,从而提高材料寿命。同时,可根据传统材料的成分,调整成分配比,减小凝固过程中低温条件下的液相体积分数,从而减少偏析。这为增材制造的材料成分设计提供了一种思路。 元素分布于取向差的对应关系 增材制造控形与控性 增材制造具有丰富的科学内涵,主要体现在:围绕“增”字,涉及“工艺调控基础”,对于激光增材制造则涉及高能激光与金属粉体作用机理及复杂构件逐层堆积工艺调控机制;围绕“材”字,涉及“材料设计基础”,主要涉及增材制造金属、合金、陶瓷及复合材料设计制备方法及成形机制;围绕“制造”一词,则涉及“结构与性能基础”,尤其是增材制造构件微/宏跨尺度组织与结构优化及性能调控机理。 美国国家增材制造创新研究院发布的新版美国“增材制造技术路线图”将设计、材料、工艺、价值链和增材制造基因组等5个技术领域设定为关键技术领域,并按照技术成熟度分别对各领域在2020年前的发展重点进行规划。路线图特别强调:在设计方面,需对增材制造结构、工艺、组织及性能/功能进行广义的设计与调控;在材料方面,实现增材制造现有材料及新材料的系列化;而在工艺与性能方面,需提升工艺调控及性能评价能力。可见,激光增材制造构件要实现控形与控性,需通过材料—结构—工艺—性能一体化调控与优化,这是由增材制造技术自身的科学内涵所决定的。 增材制造凝固过程的晶粒取向梯度研究,无疑是从微观尺度进行成型过程控制的工艺研究和材料研究,最终的结果将是有助于增材制造控形和控性的实现。 欢迎转发 联系笔者:2396747576;技术交流和资料下载群:867355738;网址:延伸阅读: 1.金属材料选择性激光熔化过程中的冶金问题和质量控制 2.采用人工智能和3D打印设计超级材料 3.今日Nature:新型3D打印超强材料—钛铜合金 4.北航最新Science: 3D打印抗疲劳高性能材料—镍钛合金
  • 为规避SLM的制造局限性,航空航天公司选择新型金属3D打印机

    为规避SLM的制造局限性,航空航天公司选择新型金属3D打印机

    首先,我们来介绍金属3D打印技术—SLM工艺的制造局限性: 1. 在开发新应用时,几乎不可能不重新设计零件就直接打印,而且通常需要进行反复的重新设计才能满足3D打印的要求。这些前端设计工作也造成了交货周期的延长。 2. SLM技术的过程一致性和可重复性一直以来都被怀疑。 3. 支撑问题难以摆脱。为了防止零件翘曲变形,必须预先知道支撑添加的位置并进行设计;打印完成之后还需要繁琐的去除过程。这些冗长且不稳定的前后处理过程,也会给零件带来差异性。 将这几项因素叠加,就会发现金属3D打印的概念虽然很先进但似乎并没有达到所需的速度和可重复性。如何在物理上尽可能地消除支撑结构,以减少并最终规避这些问题,成为传统SLM技术急需突破的问题。(《无支撑金属SLM工艺对企业的影响》电子书已上传QQ群) SLM技术的支撑结构很让人无奈 无支撑SLM技术正在获得航空航天客户的青睐 2月11日,霍尼韦尔航空航天公司宣布与VELO3D建立合作伙伴关系,前者将利用其在飞机部件增材制造方面的丰富经验来验证VELO3D的无支撑金属3D打印技术。 VELO3D蓝宝石(Sapphire)金属3D打印机于2018年8月发布,是一种端到端的增材制造系统,通过软硬件组合方案解决粉末床激光熔融技术所固有的许多挑战,包括设计限制、过程控制和一致性。此外,高度受控的气氛、使用模拟软件进行构建准备以及现场质量控制确保了制造业一直在追求的可重复性。作为认证工作的一部分,VELO3D开始在霍尼韦尔航空航天公司的工厂安装该系统。 VELO3D蓝宝石(Sapphire)金属3D打印机 据霍尼韦尔航空航天公司介绍,选择Sapphire AM系统的根本原因在于它可以无需支撑结构即可构建高度复杂的几何形状,从而缩短了生产周期并降低了成本。该公司通过对Sapphire AM系统鉴定,目标是打印在现有金属3D打印机上无法制造的几何形状。 霍尼韦尔航空航天技术和高级运营高级总监SöerenWiener博士解释,“VELO3D的技术将帮助霍尼韦尔开发新应用,同时还满足我们对认证材料的要求。我们打算通过在生产环境中进行重复性测试(包括打印和后处理)来对该设备进行鉴定,从而获得一套可接受的材料性能数据和组件认证流程。” VELO3D打印的复杂结构 霍尼韦尔将首先专注于对Inconel高温镍基合金的鉴定。作为资格认证的一部分,VELO3D将协助其开发参数以优化材料性能。 END 据报道,VELO3D此次是与霍尼韦尔(中国)达成的合作。在2019年, VELO3D还向一未公开的航空航天客户提供了四台打印机;同年,该公司还与超音速客机创业公司Boom Supersonic达成合作,双方共同开发XB-1超音速喷气飞机。 很明显,航空航天客户格外看好这一推出还不到两年的新型SLM系统。笔者认为,相比传统的SLM技术,新工艺将进一步解放设计,解放后处理过程,进一步降低制造成本并缩短制造周期。 关于VELO3D的技术我们此前已经介绍过很多,本篇不再过多赘述,详细内容可查询延伸阅读。 注:本期上传内容为《无支撑金属SLM工艺对企业的影响》电子书。 欢迎转发联系笔者:2396747576;技术交流和资料下载群:867355738;网址:延伸阅读: 1.金属打印批量化:SLM无支撑系统PK HP与Desktop Metal 2.velo3D:激光对齐校准将严重影响大尺寸零件的打印质量 3.EOS:SLM无支撑制造的可能性和局限性 4.金属3D打印最优前沿(三):大水平面无支撑工艺探索 原文始发于微信公众号(3D打印技术参考):为规避SLM的制造局限性,航空航天公司选择新型金属3D打印机
  • 金属3D打印质量的有力保障——过程监控技术

    金属3D打印质量的有力保障——过程监控技术

    过程监控技术是当前金属3D打印设备发展的一个热点方向,众多3D设备生产商都把过程监测和质量控制的最新技术增加到自己最新开发的设备中,目前已成为重要用户能否信赖设备品牌的重要影响因素。例如,EOS开发的EOSTATE模块,Arcam开发的LayerQam™,Sciaky开发的Sciaky’s IRISS™等。 当前部分应用质量监控的3D打印设备 ▌过程监测技术对金属3D打印的重要性 近年来,金属3D打印技术无论从工艺进步还是应用拓展,发展速度都很快,但应用越是广泛,人们对这项技术的认知就越深入,零件的安全性就越发被看重。 然而,金属3D打印至今仍未能成功解决零件内部出现微小气孔、未熔缺陷以及力学性能各向异性等问题。造成这些问题的原因很多,如3D打印复杂的热过程、金属粉末特性的不均匀、设备状态参数的不稳定(比如激光功率波动、温度变化、保护气浓度变化等)、零件形状结构复杂以及工艺设计不匹配等等。 金属打印计算机断层扫描检测内部缺陷 这样一个复杂的过程,普通的技术手段很难确保在零件内部不同区域、零件与零件之间、同一台设备不同生产批次之间以及不同设备生产的同一零件之间的性能一致,即工艺的可重复性难以保证。工艺可重复性和质量一致性是3D打印技术普及和应用的关键,尤其在航空航天领域和医疗领域尤为重要。借助现代科学技术手段,严密监控过程状态变化,创建闭环控制系统,实时调节工艺参数是最好的解决办法。 ▌过程监控技术具体能发挥哪些作用? 第一,可以获得过程信息,用来更好的理解3D打印工艺过程; 第二,可代替无损检测提供整个制造过程的质量分析方法,并为高端用户建立信任机制。 第三,可以帮助建立3D打印过程的闭环控制,实现工艺控制智能化,制造零缺陷零件。 ▌3D打印过程需要监测哪些数据? 目前,过程监控技术主要针对粉末床激光和电子束熔融技术,其影响3D打印质量的参数达50多个,每个参数都会影响最终零件的质量。总体可分为三类: (1)设备状态和环境状态的监测 对于以激光为热源的3D打印技术来说,首先要监测的设备状态参数是激光功率、设备温度,更复杂的监控涉及到监控束斑的位置和聚焦,当偏差超过极限时系统将关闭。另外,激光3D打印设备都采用惰性气体保护来确保金属熔化时不发生氧化,因此也会对打印环境中氧含量进行在线监测。 电子束打印机需要监测的参数有真空度、电子枪的电压、束流、设备温度等。 (2)粉床铺粉的一致性监测 其原理是采用CCD摄像机,拍摄每一层铺粉后的粉床照片,通过对比标准的照片数据,检测粉床的平整度、有无凸起的高点、有无夹杂物等,如果发现问题可以通过一些技术措施纠正修补。 不同铺粉状态下的信号反馈 (3)工艺过程监控 工艺过程的的监测是最为复杂的。主要有熔池温度的监测、熔池形状参数的监测、扫描轨迹以及粉床温度的检测等。同时,工艺监控模块还需要测量熔化过程的热量排放,始终控制材料的扫描过程和熔化特性,识别出每种可能的缺陷类型,包括孔洞、孔隙、固体夹杂物或不完全熔合等。电子束选区熔化对粉床温度的监测尤为重要,这种工艺要对每一层粉末进行预热,预热的温度是决定成败的关键因素。 3D systems DMP Inspection自动执行数据分析 ▌当前打印机中的过程监控措施有哪些? 过程监控技术是通过各种传感器进行信息采集的,常用的传感方法包括:声学、电学、光学、热学传感等,多种方法综合的监测方式也经常被采用来提高检测精度。 (1)光学传感器 光学传感技术在3D打印过程检测中应用最多,相对于其他几种传感方式,光学传感具有不与工件接触,不影响成型过程,获取信息量大等优点。而且由它获取的图像经处理后,可以得到熔凝过程动态熔池的二维或三维信息。 光学检测的单层图像与三维可视化图像(来源见后注) 光学传感技术可用来检测熔池尺寸和熔池温度的变化等,能够直接反应熔化过程金属的动态行为,以及激光的位置和聚焦性能,粉末床表面的特性等。 (2)声学传感器 声学监测是使用声学传感器来测量构建过程中的声学信号,以监测那些可以反映打印缺陷的不规则性信号。声学监测可以实时进行,也可以在打印完成后再进行。它会使用一个完好的工件作为对比,即将该工件的声音波形与传感器产生的波形做对比。如果打印质量较好,那么熔融过程就会十分顺利,期间产生的声学能量变化也会非常小。反之,如果打印质量较差,即打印件存在缺陷(如裂纹或空隙),那么声学信号就会出现变化。 GE声学监测原理:在缺陷处出现波形变化 2017年5月,GE获得了基于粉末床熔融技术的声学监测专利,GE希望通过一种使用声波现场监测的方法来简化打印件的验证,同时改进3D打印功能性金属零件的工作流程。2019年,雷尼绍也推出了 InfiniAM Sonic声波过程监控软件,使工程师能够检测和记录增材制造过程中的声波信号。 发展难点及中外差距 从以上可知,金属3D打印过程质量检测目前是使用一系列的传感器和成像技术来分析金属3D打印背后的物理学过程,并力求在每一次制造金属零件时打造出更高的品质。 通常情况下,收集数据容易,但如何处理和分析数据却有很高的门槛。目前,国内设备商对打印过程的监控实际上多停留在设备状态的监控上,对材料成型过程虽进行了数据采集,但在反馈机制上还不尽如人意,面对后续极大体量的数据,更是缺乏分析能力。 EOS监测模块可呈现信息 国外品牌设备商在此方面则领先于国内很多。EOS的模块化监测产品EOSTATE ExposureOT可以完整分析、监测材料在增材制造过程中的熔化状态,并定义多种可能的错误来源,而且它还是一个自主学习系统,能够随着数据量的增长变得更加智能;雷尼绍的LaserVIEW和MeltVIEW模块可以实时监控打印过程并最终将数据以3D形式呈现,面对庞大的数据量,雷尼绍InfiniAM Spectral软件可以对其解读并确定打印质量。GE旗下Concept Laser的QMmeltpool 3D 质量监控系统则可以通过监测和控制打印过程来发现和纠正过程误差,避免产品缺陷。 雷尼绍InfiniAM Spectral软件可解读监测数据 除了设备商推出的系列解决方案外,国外研究机构也在该领域走在前沿。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的工程师正在利用机器学习算法来监测预防金属3D打印部件的缺陷;卡内基梅隆大学工程学院的研究人员也在将计算机视觉算法用于激光粉末床增材制造过程,并实现了工艺的实时控制。 END 纵观国内外,在该领域的研究和商业化方面,国内确实落后,而且国外厂商也正在将该技术应用于替代传统的无损检测技术。国内高端应用领域,如航空航天业,对质量的要求是最高的,过程监控技术无疑会增强该领域的应用信心。在一次研讨会上,中国航发商用航空发动机公司的代表提到,质量监控是限制航空应用的一项关键因素;国防科工局经济技术发展中心的专家也总结到,对整套工艺过程的信任机制极大影响了金属3D打印工艺在高端领域的应用。 注:本期上传内容:建立稳健的SLM过程监测方法研究 欢迎转发联系笔者:2396747576;技术交流和资料下载群:867355738;网址:延伸阅读: 1.增材制造实时监控与工艺过程仿真 2.金属3D打印实时纠错—机器视觉结合人工智能的新方法 3.GE增材 : 金属3D打印的广泛工业化需须受益于人工智能 4.金属打印批量化竞争:SLM无支撑智能系统PK HP与Desktop Metal 原文始发于微信公众号(3D打印技术参考):金属3D打印质量的有力保障——过程监控技术
  • 德国科学家研发激光分光3D打印系统 创造新世界纪录

    德国科学家研发激光分光3D打印系统 创造新世界纪录

    在此前的文章中,我们曾经提到3D打印可以分为宏观尺度和微观尺度的概念。在宏观层面,那些毫米级以及更大尺寸的3D打印物体已经获得各行各业的应用;而在微观层面,建立在纳米级和微米级尺度上的3D打印对象似乎离我们很远很远。然而实际上,宏观尺度的3D打印需要建立在微观尺度上,才能实现更高速度的精确打印,Carbon 3D的CLIP技术是如此,惠普的MJF技术也是如此。 2020年1月,德国最顶尖的理工科大学之一—卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的研究人员发表文章,宣布已经开发出一种新系统,能够将一束激光分成九束,从而可以以前所未有的速度打印具有亚微米级细节的高精度、厘米大小的物体。 ▌单个体素大小与体素打印速率的乘积等于3D打印的速率 体素是体积元素(Volume Pixel)的简称,是数字数据基于三维空间分割的最小单位,无数的体素最终组成了大型且复杂的三维结构。从微观结构考虑3D打印的速度,就涉及到两个重要的因子,即体素的3D打印速度和最小可访问的体素尺寸。 体素3D打印 理论上,单个体素的大小与体素打印速率的乘积等于3D打印的速率。假设在3D打印速度恒定的情况下,体素的尺寸减小十倍,则体素的体积会减小1000倍,那么体素的打印速率就需要提高1000倍。 不同3D打印工艺与体素大小、峰值打印速率之间的关系 到目前为止,通常一个激光点每秒可以产生数十万个体素,如SLS技术每秒可以打印约105个 体素,这意味着它比二维喷墨打印机慢了近一百倍,这阻碍了迄今为止的许多应用。FDM的打印速度更慢,每秒的打印速度仅为几百个体素;改进后的CLIP技术,在体素大小为300 µm的情况下,打印速度也可以达到105个体素;轴向光刻技术(CAL)可打印体素大小在100 µm至1 mm的范围内,打印速度为103-104个体素。 ▌激光分光3D打印系统,实现快速多焦点打印 卡尔斯鲁厄理工学院研究人员与澳大利亚昆士兰科技大学的同事合作,使用迭代傅里叶变换算法和特殊的光学器件设计了一种将一束激光分成9个子光束的新系统,通过改进的电子控制,所有“子光束”可独立且同时移动,每个子光束聚焦在光敏材料的不同区域上,可以每秒大约1000万(107)个体素的速度使材料成型,这与2D喷墨打印机所达到的速度相对应。 激光分光方案 为了证明其速度和设计的可靠性,研究人员打印了一个60立方毫米的晶格结构,细节尺度达微米级,包含超过3000亿个体素,已经远远超过了3D打印所创造的记录。 包含超过3000亿个体素的超材料结构 所打印结构的扫描电镜图片,显示出3×3焦点阵列内不同焦点之间的缝合以及不同相邻区域之间的缝合 对于这种类型的3D打印,激光束以计算机控制的方式通过液体光刻胶,仅位于激光焦点上的材料才固化。这不仅依靠光学设计和计算机控制,还有赖于化学方面的进展。在此项研究中,最关键的因素为分光元件(DOE)的制造,它的任何缺陷都会破坏单个子束之间的功率分布和均匀性。 激光分光元件可将一个入射激光束分成3×3 = 9个子束:c为元件实际大小;a、b为扫描电镜下的显微结构 将来,多焦点多光子吸收方法可能会扩展到具有更多焦点的激光阵列,从而获得更大的峰值3D打印速率。该研究第一作者文森特·哈恩介绍,多激光焦点与喷墨打印机的喷嘴类似,唯一的区别是它们在三维上起作用。采用该方案能够生产更高精度的微细结构,可用于光学和光子学、材料科学、生物工程和安全工程。 注:关于本研究的详细内容,已上传QQ群。 欢迎转发联系笔者:2396747576;技术交流和资料下载群:867355738;网址:延伸阅读: 1.生物组织工程技术的变革—体积打印技术 2.2019年10大3D打印技术、材料和应用突破 3.哪些技术的进步推动了3D打印在制造业中的发展 原文始发于微信公众号(3D打印技术参考):德国科学家研发激光分光3D打印系统 创造新世界纪录
  • EOS:SLM无支撑制造的可能性和局限性

    EOS:SLM无支撑制造的可能性和局限性

    在金属粉末床激光熔融技术(SLM)中,无支撑或减少支撑数量一直是工程师非常关注的问题。原因很明显:支撑的数量不仅会对后处理产生影响,还会增加建造时间和材料消耗。 此前,3D打印技术参考曾重点介绍EOS通过工艺控制实现大水平面无支撑制造的过程。本期,我们从设计的角度进行SLM无支撑制造的可能性与局限性分析。 ▌须再次明确支撑的三个作用 传导热量、抵抗残余应力、应对刮刀冲击作用 传热:由于粉末与固体材料相比导热性低,因此必须在悬垂区域调整能量输入。在具体的制造过程中,通常也会采用下表面优化的工艺参数来缓解传热问题。 来自materialise,研讨内容已上传QQ群 抵抗残余应力:金属粉末床熔融技术是典型的快速熔凝的过程,尤其是相对于EBM来说,会产生极大的残余应力。应力的产生是由于局部集中的能量输入引起的温度梯度以及上层凝固层与下层已冷却层之间的温度差,已降温的部分会对温度较高的部分的变形产生抑制,从而在材料内部产生应力。与其通过提高打印温度(会增加氧气吸收)或采用特殊的扫描策略(会对机械性能或生产效率造成影响)来解决残余应力,不如通过预变形或者在可能的情况下设计成不易变形的结构来解决。 来自materialise,研讨内容已上传QQ群 刮刀作用力:在铺粉期间,刮刀会在零件上产生作用力。如果零件没有与构建基板连接,零件有可能会被刮刀带走。根据零件几何形状的不同,刮刀产生的作用力或大或小。对于接近极限特征的零件,可以选择使用软刮刀,但只有硬刮刀才能保证恒定层厚。实际上,可以使用硬质刮刀进行打印的零件,也可以轻松地更换软刮刀。对于探索性实验,需进行更苛刻条件下的验证,因此实验采用的是硬质高速钢刮刀。 ▌无支撑结构的外层保护设计 研究人员对该解决方案的有效性进行了实验。通过设计一直径为50mm的平板以及直径50mm、高度也为50mm的倒置圆锥体,采用Amphyon进行模拟,可以清楚的看到圆锥的变形较小,它从一个点开始,在z方向上持续生长。XY方向的圆形也起到了自我稳定的作用。与倒置圆锥相比,平板在变形显著。 用Amphyon模拟z方向的变形,与圆锥相比平板的变形更为严重 减小刮刀作用力的典型解决方案是加支撑,它可以减少刮刀与零件作用产生的振动,增加打印过程的稳定性。如果进一步发展支撑的概念,则可以使用外壳来保护和稳定零件(外壳与椎体之间设置间隙)。 椎体与外壳之间设置0.2 mm的间隙,防止两者成为一体 实验锥体采用TC4于EOS M 290上打印,完成之后可以用手轻松取出。 左侧:打印的截面;右侧:打印完取下的椎体 这种设计的外壳体积远大于零件,因此,需要进一步优化以找到最好的设计。首先,不必将整个椎体全都包裹,只需在开始部分包裹一个特定区域,椎体与壳体之间的摩擦力应足以将其固定在适当的位置,即使对于高零件也是如此;另一个方案是进行零件堆叠,将前面的零件作为下一个零件的外壳。 ▌增强挑战,优化设计 研究人员进行了更高级别的挑战,采用西门子NX软件设计,椎体被堆叠数层,并用nTopology软件修饰成晶格结构,做成类似圣诞树的形状,并将其倒置。这种形状可形成自支撑,底部的“树干”可充当上层“树”的外壳。由晶格形成的外壳与椎体零件在xy方向上有0.1 mm的微小重叠,可确保良好连接。 在Magics中看到的设计详细细节 对设计结构进行仿真 堆满打印平台的新设计 将零件加载到打印机后,采用优化的参数进行打印,以确保可建造性和生产率。从结果可以看出,打印过程稳定,锥形零件成功打印。 分析讨论 从EOS的研究可以看出,外部辅助结构通过与实体零件的有限性晶格结构连接实现零件固定,这为工程师的支撑设计提供了一种思路。很明显,EOS正在通过结构设计与工艺调整相结合的方式实现SLM无支撑结构的制造,这与我们之前曾介绍的EOS对大水平面无支撑工艺探索相呼应,实际上,这两项研究是由同一个工程师所主导。 通过工艺调整实现极限斜面成型 关于支撑是否是SLM技术天花板的讨论,仁者见仁智者见智,但目前我们确实看到了VELO3D公司已经实现了较好的无支撑打印效果。除此之外,无论国内还是国外的传统SLM设备商,也正在陆续攻克此前的制造极限,这主要体现在对于倾斜角度的打印上。通过工艺的调整,在无支撑的情况下可以轻松实现15度斜面的打印等。未来,我们相信随着SLM技术在线监控和工艺实时调整技术的进步,无支撑打印,或许能够普及。 欢迎转发联系笔者:2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738延伸阅读:1. EOS大水平面无支撑工艺探索2. VELO3D如何实现SLM无支撑制造3. 粉末可回收性因素对金属增材制造的影响4. 考虑极限特征约束的增材制造设计方法
  • 2019年10大3D打印技术、材料和应用突破

    2019年10大3D打印技术、材料和应用突破

    2019年,3D打印技术的革新继续获得突破,从打印速度提升到打印材料扩展,从应用深入到生产流程的全自动化,新突破和新技术引领2019年度3D打印行业的发展。本期,3D打印技术参考例数本年度本行业的技术突破和应用。 1. 轴向光刻技术 如果传统上提到的3D打印还只是二维打印的纵向叠加,那轴向光刻则能称得上是真正的三维成型。1月31日,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)与加州大学伯克利分校的研究人员于《Science》发表最新成果,其采用多激光在轴向旋转过程中实现不同角度同时曝光,使材料能够从模型的“内核”逐渐向外部固化,实现了真正的立体打印。 轴向光刻体积打印 轴向光刻技术比现有的聚合物3D打印技术快很多倍,通常只需几分钟就可以完成打印,生产的零件具有良好的表面粗糙度,并且可以做到更大的尺寸。此外,轴向光刻技术所打印的零件受周围液体浮力的支撑,首次实现真正无支撑3D打印。未固化的光敏材料也几乎零浪费,100%可重复利用。 2. 3D打印会生长的骨、会呼吸的肺,会跳动的心脏 2019年,生物和医学3D打印取得重要突破。4月15日,以色列特拉维夫大学在Advanced Science上刊文,宣布成功用人体细胞制造出世界上首颗3D打印心脏。这颗人工心脏大约两厘米长,不仅有心脏细胞,还有血管和其他支撑结构,甚至能像真实的心脏一样跳动。最关键的是,这颗心脏的“打印原料”和“粘合胶水”,均来自患者本人体细胞,不会在进行器官移植时产生任何排异反应。这项研究为器官移植带来新的可能。 心脏3D打印过程 4月18日,西北工业大学汪焰恩教授团队3D打印活性仿生骨技术取得突破性进展,团队研制的3D打印活性仿生骨可以做到与自然骨的成份、结构、力学性能达到高度一致,可在生物体内“发育”,甚至使自体细胞在人造骨中生长,最终,人造骨与自然骨很好地生长在一起。 3D打印的活性仿生骨 5月3日,《Science》最新一期封面文章带来了美国莱斯大学与华盛顿大学的研究团队的一项里程碑式发明,他们采用立体光刻3D打印技术制造了肺部错综交缠的血管网络以及用于运输空气、淋巴液等物质的管道。这枚3D打印的肺具有完整的血管结构,能够朝周围的血管输送氧气,完成“呼吸”过程。 3D打印的可呼吸肺泡组织 8月2日,美国卡内基梅隆大学Feinberg教授团队提出了一种利用悬浮水凝胶自由可逆嵌入(FRESH)来对胶原蛋白进行3D生物打印,这种方法能够从毛细血管到整个器官的不同尺度上直接获得具有精确控制组成和微观结构的人体心脏组织成分。相关论文以“3D bioprinting of collagen to rebuild components of the human heart”为题,发表在《Science》上。 用人类心肌细胞打印的心室显示同步收缩‍ 从这四项重要进展可以看出,3D打印对于医疗的贡献是巨大的。在未来10年,人们有可能会采用自身的组织细胞制造出活性的组织和器官,这无疑能够最大程度解决移植器官的供体短缺问题。 3. 新型大尺寸、高速、光固化技术,突破Carbon打印速度最高纪录 2019年10月18日,《Science》发表美国西北大学关于一种大尺寸、高速、光固化(DLP)3D打印机的最新成果,其改进的重点与Carbon的CLIP技术类似,即通过树脂槽的改进(创建隔离层)防止打印过程中零件与树脂槽的黏连,从而可连续性实现快速打印;同时,该方法还可消除固化过程中产生的热量,最终突破了Carbon CLIP技术打印速度的最高纪录。 HARP快速打印过程 得益于良好的散热技术,HARP技术打印的零件不会出现破裂和变形,可打印高强度、弹性以及陶瓷零件。这些连续打印的零件机械性能很好,可用于汽车、飞机、牙科、矫形器、时尚等领域。HARP原型机尺寸为610*380*3960mm,每小时连续垂直打印高度超过430mm,固化树脂100升,具有3D打印创纪录的吞吐量。HARP技术有望在未来18个月内进行商业化应用。 4. 高强铝合金材料屡获突破 本年度,国际范围内有多个牌号的高强铝合金获得上市和应用。 3月,中国长沙新材料产业研究院通过添加稀土元素及化学成分调整、后处理工艺摸索等手段,成功研制出了一种高强铝合金粉末材料。通过在多家用户不同型号设备上机使用验证,此种合金粉末材料的成型零件室温拉伸强度达到535MPa以上,屈服强度达到510MPa以上,延伸率达到12%以上。与空客公司研发的高强铝合金粉末产品性能相当,目前已被航空航天用户采购应用。 8月,莫纳什大学吴鑫华院士领导的研究团队成功开发出了牌号为Al250C的高强高韧增材制造专用铝合金材料,为3D打印铝合金材料再添一名明星成员,其拉伸强度目前已超过600Mpa,屈服强度可达580MPa,延伸率11%,制备的构件在250℃高温下通过了持续5000小时的稳定试验,相当于发动机常规服役25年的要求。此举受到了包括美国通用、波音、雷神、赛峰等多家航空巨头的重视。同月,英国铸造专家Aeromet International宣布,其获得专利的铝合金A20X已超过500 MPa的极限拉伸强度,这一成就将这种材料确立为“市售最强的铝增材制造粉末之一”。A20X是一种铝铜合金材料,已经被领先的航空铸造供应商的全球网络所采用。 当前高强铝合金的性能对比(具体成分数据上传至QQ群) 10月,美国休斯研究实验室(HRL)开发的3D打印用高强7A77.60L铝合金正式投放市场。该材料因使用锆基纳米颗粒作为成核剂,避免了7075和6061铝合金在采用激光进行打印时出现的易开裂问题,并可实现细晶粒微观结构,强度超过600 Mpa,成为首个可用于增材制造的锻造等效高强度铝合金。 据SmarTech介绍,铝合金占金属3D打印中所有金属粉末的消耗量(按体积计算)将从2014年的5.1%逐渐提高到2026年的11.7%左右。铝合金正在追赶上钛、镍和钢等材料,成为支持增材制造下一代发展的重要机遇。 5. 哈佛大学开发多材料多喷嘴,高频无缝切换3D打印系统 11月13日,哈佛大学工程与应用科学学院研究团队在国际顶级期刊《Nature》在线发表研究文章,涉及一种新型的多材料全彩3D打印系统,为3D打印功能材料制造提供了一种新的途径。 研究团队采用该技术开发的16脚软硬质弹性体功能机器人 该团队设计的多材料多喷嘴3D打印系统通过使用高速压力阀控制并行排列的多达128个喷嘴,能够在极短时间内实现八种不同材料无缝高频切换,实现对材料组成、几何形状和结构性质的体素级别控制,从而大大拓宽了可以设计和制造复杂图案的体素化材料的范围,推动了增材制造可达到的速度和材料界限。这一突破不仅仅是实践应用的进步,更具备改变设计、制造功能器件的潜力。 6. eos金属3D打印批量生产全自动化试点取得全面成功 自2017年5月以来,EOS联合戴姆勒汽车、Premium Aerotec(飞机零配件制造商)发起名为“NextGenAM”的新一代增材制造试验性生产线项目,旨在探索金属3D打印在批量生产中的自动化潜力。今年5月,该项目成功完成,11月,该项目成果在法兰克福3D打印展会期间面世。 金属打印无人干预、全自动化的生产流程 “NextGenAM”致力于无人干预、全自动化的生产流程,所有机器网络化,全部由中央自动控制站发出命令并控制,集成质量管理的连续3D数据链使该生产系统成为未来工业4.0基准的首批案例之一。自动化的生产线可被轻松复制,以扩大工厂的产能。该项目的成功证明,金属3D打印完全可以自动化的实现经济、高效的批量生产,同时也证明了数字化制造的可行性。 7. 激光烧结技术开启光源性改变 传统上,激光烧结技术一直使用CO2激光器作为能量来源,即EOS于去年推出基于近百万个二极管激光器阵列的LaserProFusion技术之后,SLS技术的光源开始发生多样性改变。 3月,中国华曙高科推出高分子光纤激光烧结技术,在效率、产能、打印细节品质方面刷新现有同类技术的记录,把SLS工艺带到了新的发展阶段。 SLS光源改变,打破常规 11月,EOS再次革新SLS技术—第一次将CO激光器用于工业级粉末床3D打印。相比于CO2激光器,CO激光具有前者一半的输出波长,更高的材料吸收率和更小的聚焦光斑,从而可以更高的粉层厚度和更低的功率进行更高细节表现力的加工。 SLS技术光源形式的改变,均在于提升生产效率和降低生产成本,对丰富技术多样性和促进3D打印应用大有裨益。 8. 飞秒投影双光子光刻,将3D打印提速1000倍 基于双光子光刻(TPL)的亚微米增材制造技术有望实现量产制备具有纳米尺度的复杂三维结构。然而,对于工业应用而言,TPL的连续逐点扫描速度太慢。同时使用多个单光电无法达到亚微米分辨率,或者无法模拟复杂的结构。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室和香港中文大学合作提出一种通过超快激光打印亚微米结构的技术,通过投影2D聚焦平面构筑3D模型。这种方法在不牺牲分辨率的情况下将传统方法的产率提高了三个数量级,能够在8分钟的时间内打印出传统TPL方法几个小时才能完成的结构。 制备纳米尺度复杂三维结构 该技术的打印量、分辨率和模式灵活性使其成为一项有吸引力的技术,可实现微纳米结构的批量制造,可用于机械和光学超材料,微光学、生物支架,电化学接口和柔性电子器件多种领域,是一项具有实用性的革新技术。相关研究成果刊发在《Science》上。 9. 中国国产大尺寸SLM设备爆发 此前,基于SLM的大尺寸金属打印机几乎全部为欧美公司所垄断,如SLM Solutions (SLM800)、concept laser (X line…
  • 从SLM低产出率,看支撑结构和废件的使用潜力

    从SLM低产出率,看支撑结构和废件的使用潜力

    金属3D打印的产出情况,相信从事这个行业的很多公司都做过计算,据国内某3D打印服务商提供的统计数据,其年度金属零件净重与材料的总消耗(同种材料)之比由于材料的不同从1:3.8到1:2.5不等;另一医疗行业研究机构的金属3D打印材料产出比为1:1.5,通过这两项数据,我们可以知道金属SLM的材料产出率约为26%-67%,实际上多数情况不足50%。当然这个范围并不具备权威性,但却具有一定的代表意义,笔者计算了本单位的产出率也在这个范围之间。 SLM产生的支撑结构和浪费的粉末 这意味着,3D打印虽说节省材料,但同样会造成大量的材料浪费。这些消耗的材料包括支撑结构、废件、被循环系统带走的金属粉末以及粉末筛分过程产生的损失,被循环使用多次的粉末,也需要混合新粉才能继续使用。 3D打印的高成本很重要的一个因素来自于材料,通常情况下,金属打印的支撑结构、废件以及污染的粉末无法再使用,企业多会丢弃而且要付处理费,也许有的企业会当做废金属变卖,也许还有其他的途径,但损失是极大的,我们也在此处做个统计。 在材料本身很昂贵的前提下,如此高额的浪费,造成了如今使用成本的高昂。那么这些打印后的支撑结构和废件,能否重复再使用呢?能用来做什么?金属粉末制造商6K Additive给出了答案。 ▌使用CNC铣削、磨削废料,3D打印支撑、废件生产优质金属粉末 6K所使用的工艺既不是已被广泛使用的气雾化法,也不是等离子旋转电极等方法,而是采用一种称为微波等离子体的制粉工艺。更为重要的是,它所使用的原料是CNC铣削和磨削的废料,并志在将功能扩展到3D打印的支撑结构、不合格的零件以及由于多次循环使用产生的不合格粉末。其目标是使用供应链中100%的3D打印材料,为增材制造应用端提供一种新的方式来管理项目成本和控制供应链,同时还可以促进增材制造向循环经济发展。 促进增材制造向循环经济发展 据6K CEO介绍,气雾化法至少有50%的成本来自粉末的产量损失,而微波等离子体工艺的制粉效率高达90-95%。该工艺能够非常精确地控制金属熔化成液滴的环境条件,通过调整时间、温度和流量大小,可以产生大量近乎完美的球形金属颗粒。 微波等离子体的制粉工艺原理 制粉原料的低成本及极高的制粉效率,导致了粉末成本的下降。进一步的,这种效益又蔓延至应用端,用户的使用成本也因此而降低,由于浪费造成的损失也得以降低。粉末成本,影响了整个生产周期的成本。 ▌可用于SLM、EBM、粘结剂喷射等3D打印工艺 上月,6K Additive推出了其采用微波等离子工艺和机加工废料为原料生产的高级In718镍基高温合金粉末,同时,基于该工艺6K公司还推出有钨、钼、17-4PH不锈钢、IN625以及TC4等粉末产品。除此之外,6K公司还在开发3D打印用非共晶合金粉末,如高熵合金、特种铝合金等。 6k微波等离子体工艺已生产的粉末 据介绍,由于微波等离子体的高度均匀性,该工艺生产的粉末具有高球形度、零孔隙率,高流动性和振实密度,并且消除了卫星粉。通过金属回收策略,6K将粉末分级为不同的制造工艺用粉,如SLM、EBM、粘结剂喷射、激光粉末沉积以及粉末冶金等工艺。其接近100%的细粉收得率是气雾化工艺的3-4倍。 使用Onyx In718打印的火箭喷嘴 在材料性能方面,美国领先的增材制造研究和先进制造解决方案提供商Castheon介绍,使用6K的In718粉末获得的材料强度和延伸率比此前都要高,热处理后可以获得各向同性的晶粒结构和性能。 Castheon使用Onyx In718打印的涡轮叶片 END 目前,6K Additive团队每年可以在航空航天、医疗和汽车行业回收和销售超过500吨的Ti-64,这为该公司提供了大量的工程原料。 回到话题本身,用于金属增材制造材料的匮乏是批量生产的重要限制因素,这是一个恶性循环:需求放缓意味着更少的材料开发,进而导致应用受限。虽然发展缓慢的原因很多,但成本一直备受诟病。6K所提供的3D打印废料再利用方案,不仅仅防止了材料浪费,降低了企业成本,更在于真正将金属打印打造成为循环经济。 本期上传内容:6K公司工艺与产品详解PDF 往期上传内容:粉体特性及杂质对打印质量的影响,粉末循环使用的寿命问题、航天用高品质粉末、材料形态对制件性能的影响等 欢迎转发联系笔者:2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738延伸阅读: 1.3D打印金属粉末成型工艺 2.粉末可回收性因素对金属增材制造的影响 3.粉末一致性对3D打印的意义 4.粉末粒度分布和微量元素差异造成的金属3D打印质量问题
  • 国内打印尺寸超400*400mm的SLM品牌、问题、优势及发展的内在驱动力

    国内打印尺寸超400*400mm的SLM品牌、问题、优势及发展的内在驱动力

    本文所叙述的不仅仅是打印幅面超过400×400×400mm的SLM设备品牌及产品,还包括大尺寸打印不得不关注的几点问题,国内在大尺寸打印幅面方面呈现火爆现象的内在驱动力,以及大尺寸打印所具有的的优势和面临的风险。 ▌国产大尺寸SLM打印机品牌 铂力特 据铂力特相关资料介绍,该公司目前已推出两款具有大成型幅面的SLM设备。其中,BLT-S500成型尺寸400×400×1500mm,首次在全球实现单向1500mm级大尺寸SLM 3D打印,主要面向航空航天长轴类零部件定制开发。目前,已实际打印出最大尺寸1200mm的世界最大单方向尺寸的钛合金制件,是目前全球范围内可见报道中打印高度最高的设备。 BLT-S500打印的航空发动机风扇叶片,钛合金,400*400*780mm,200h BLT-S600主要面向航空航天大型回转体类零部件定制开发,实现了三向600mm大尺寸3D打印,是目前全球可见报道中最大回转直径商业化金属3D打印设备,目前已打印出直径近600mm的高温合金零件,成形尺寸、成形精度处于国际先进水平。 铂力特大尺寸金属3D打印产品 铂力特自2015年启动上述设备研发工作,设备拟自用为主。截至2019年上半年,公司生产自用转固S600 2台,在产S500 12台、S600 6台,实现S500设备销售1台,在手订单2台,S600尚未有对外销售订单。 易加三维 2016年,北京易加三维“大尺寸粉末床选区激光熔化增材制造工艺与装备研发”项目获得该年度国家重点研发计划“增材制造与激光制造专项”1985万元的经费支持。今年10月,易加三维在其金属增材制造用户大会上首次对外公布大尺寸金属打印机EP-M650,该产品系定制机型,成型尺寸为600×600×600mm,目前已成功应用于航空航天、军工和轨道交通领域。 易加三维大尺寸SLM研发机EP-M500 上海探真 2016年,来自华中科技大学武汉光电国家实验室的技术团队通过湖北省科技厅“大型金属零件高效激光选区熔化增材制造关键技术与装备”的成果鉴定。同年,上海探真成立,针对日益增长的以航空发动机叶片为代表的大尺寸工件的3D打印需求,该公司于2018年发布成型尺寸为500×500×1000mm 的大型SLM设备TZ-SLM500。实际上该设备即当年科技转化的成果,目前已迭代2次,生产多台,自用1台。 TS500打印的商发全尺寸航空发动机风扇叶片,304L不锈钢,308*341*724mm,170h 华曙高科 华曙高科目前已上市的大尺寸SLM设备为FS421M,成型尺寸425×425×420mm。FS721M是该公司已开发但未发布的最大型SLM设备,成型尺寸720x420x400mm。 其他及在研设备 此外,天津镭明开发的最大成型尺寸的SLM设备为420×420×530mm,苏州西帝摩为500×500×500mm和750×750×500mm两款。汉邦正在研发的一款最大成型尺寸的金属打印机为600×600×1000mm,苏州倍丰在研600×500×500mm成型幅面的设备。 ▌大尺寸SLM打印机须关注的问题 大尺寸SLM打印机大都突破了四光束联动扫描与拼接等关键技术,采用可移动成型缸。但用户还需考虑设备是采取上送粉还是双缸送粉,双向铺粉还是单向铺粉,毕竟如此大型的设备,粉末的固定成本亦是相当高昂,采取双缸送粉将限制实际的打印高度;而采取单向送粉,则会限制大幅面打印情况下的制造效率。同时也须考察设备是否具备在线监测功能,四象限加工的质量均一性和稳定性,重合区的制造质量控制等问题。 四激光打印分区 在此前我们也曾关注光束的稳定性问题。在打印超高零件时,不稳定的光束可能会造成零件打印错位;多激光的扫描次序与分配方案会直接影响残渣在风场条件下能否被全部带离打印平面;随着打印高度的变化,多激光、振镜系统能否在设备硬件热量变化和环境温度变化状态下一直保持较好的稳定或平衡状态,等等这些问题均会影响到实际的打印质量。 ▌为什么国内的大尺寸SLM打印机研发呈繁荣态势 目前,国际知名的SLM设备生产商拥有的大尺寸打印机分别有EOS M400(400 × 400 × 400 mm),SLM Solutions的SLM800(500 x 280 x 875mm)、concept laser X line 2000R(800×400×500mm)、1000R(630 × 400 × 500 mm),以及3D Systems DMP Factory 500等等。 3D Systems DMP Factory 500 国外的大型设备虽不少,但这并不是国内设备商纷纷开启研发的根本原因。在国内SLM设备领域,业内人员基于对EOS品牌的信赖而一直是其产品的跟随对象,但后者最大成型尺寸的打印机也不过如此。造成今天如此情形的根本原因还是在于来自于用户的需求,这也表明国内设备商正在跳出对标EOS产品的设计局限以及国内应用市场的强大潜力。大型 SLM 设备将解决了我国大型航空航天精密复杂构件的生产制造瓶颈问题。 ▌打印一体化的大型零件有哪些优势和风险 我们以世界首台大规模、大尺寸采用3D打印的型号发动机为例来说明问题。 GE Catalyst是世界上第一台采用3D打印组件的涡轮螺旋桨发动机,新型的结构设计因为3D打印降低了制造复杂性,它将此前通过传统工艺制造的855个零件经过结构优化减少为12个部件。零件的大尺度合并意味着尺寸的急剧增加,传统尺寸的打印机便无法再满足制造需求,这是应用的刚需,打印尺寸不够,设计的再完美也无济于事。 3D打印的GE Catalyst涡桨发动机中框组件(点击阅读)该发动机最具代表性的集成优化部件就是中框组件,该部件在过去的传统制造中包含了300个单独的零件,通过焊接、螺栓连接等方式构成一个部件。工程师通过结构优化,最终将该零件集成在了一起,形成了一个复杂的单一结构,它无法通过传统铸造或机械加工制造,唯有3D打印能够实现一体成型。由此产生的结果在于该部件不再需要装配,不仅减轻了重量,更排除了磨损的可能性,发动机两次维护的时间更是被拉长了1000小时。 除此之外,大尺寸的超燃冲压发动机、火箭发动机、大飞机风扇叶片,此类结构也非常适合一体化打印。这些案例足以说明大尺寸一体化制造的优势,而后续由此带来的燃油效率提升、制造效率提升、供应链结构优化同样非常明显。 然而大尺寸制造的成本也是相当高昂的,金属粉的准备需要以吨计,这确实是非一般用户能玩得起的产品。同时,大尺寸设备的制造风险也很高,在打印过程中出一丁点的问题,零件就可能报废。想象一下,某用户打印了7天的零件,还剩最后某个部位出现了裂纹或卡刀,所造成的损失不仅仅是浪费的材料、金钱,还有时间,更可能因此造成更大的损失。所以此类设备的稳定性更加重要。 欢迎转发联系笔者:2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群:867355738延伸阅读: 1.GE9X发动机:多材料金属3D打印航空应用的集大成者 2.3D打印集成制造的最佳实例:从855个零件到12个零件的非凡效益 3.3D打印火箭再生冷却推力室的材料、机遇与挑战 4.多激光无缝拼接的大尺寸粉末床激光熔化自动化设备是怎么工作的?