工艺-3D打印技术参考-(第46页)    

分类

  • 最新增材nature:10⁴mm³/分钟!体积3D打印突破速度与精度上限

    最新增材nature:10⁴mm³/分钟!体积3D打印突破速度与精度上限

    随着3D打印技术的快速发展,其在生物打印、原型制作和制造应用中的潜力日益凸显。传统的3D打印方法,如光固化技术,主要依赖于光一次固化一层材料,虽然在分辨率和几何精度方面表现优异,但打印速度、材料成分和产量均受到限制。为了克服这些局限,研究者们不断探索新的3D打印技术,以提高打印速度和材料兼容性。其中,体积打印方法逐渐崭露头角,它通过同时固化整个体积内的材料来实现快速制造。然而,这些方法仍面临材料透明度、分辨率和打印速度等方面的挑战。 在此背景下,墨尔本大学的David J. Collins教授和Callum Vidler等人于2024年10月30日在nature杂志发表了题为“Dynamic interface printing”的文章,提出了一种名为动态界面3D打印(DIP)的新方法。DIP技术利用声学调制和约束气液边界,在数十秒内快速生成厘米级3D结构,无需复杂的反馈系统、专门的化学或复杂的光学器件,同时保持快速的打印速度。这种方法为需要高分辨率、可扩展制造规模和生物相容性打印的应用提供了新的解决方案。 https://www.nature.com/articles/s41586-024-08077-6 动态界面3D打印技术原理 DIP技术通过一个底部开放、顶部密封的空心打印头,将打印头浸入液体预聚物溶液中,使其内部形成空气。在打印头的末端形成一个气液界面,该界面作为打印界面,通过可见光(λ=405nm)从上方透过玻璃窗传输,固化光敏聚合物。通过调整打印头内部的气压,可以控制界面的位置和曲率,实现与焦点平面的对齐。通过连续投影二维图像,构建出三维结构。 DIP技术的一个核心特点是通过声学调制来振动打印界面,从而产生毛细管-重力波,增强材料传输,提高打印速度和精度。通过调制打印头内部的气压,可以在打印过程中控制界面的形状和位置。 DIP技术原理 DIP技术借助声调制实现打印 DIP系统运行特写 由于DIP技术使用的是曲面界面而非传统的平面界面,因此需要将3D数字模型转换为一系列适应界面轮廓的图像。研究者开发了凸面切片算法,通过贝塞尔曲线预测界面形状,并计算投影序列。 动态界面3D打印的优点:多功能、高效 本项研究无需特殊化学或光学反馈系统即可快速创建任意支撑结构的能力。这种方法还可与多种材料兼容,包括柔软且在生物学上相关的水凝胶、不透明材料,从而适用于高活性组织工程、可扩展制造和快速原型制作。 DIP技术快速3D打印心脏模型 研究者评估了多种材料的打印速度与光功率的关系,确定了理想的打印参数空间。通过实验,DIP技术能够实现高达10⁴mm³/min的体积制造速率,超过了其他高速打印过程,研究者发现即使在较低的光功率下,也能实现厘米级结构的快速打印。据报道,该方法的3D打印速度可以比传统生物打印机快350倍左右,在保持高结构精度的同时降低了细胞损伤的可能性。 与现有技术的比较 其他体积打印技术已被用于快速制造厘米级构建物,例如计算轴向光刻技术以及xolography的双步光化学过程。 计算轴向光刻(CAL)技术涉及旋转一个充满光敏聚合物的容器,同时将其暴露于一系列来自不同方位角的中心投影光束,使得累积的光束交点形成目标物体。由于该过程依赖于局部氧气耗尽来限制聚合反应,固化程度对聚合剂量和材料组成高度敏感。尽管计算校正可以部分缓解这些效应,但它们对这些系统中的树脂和生物墨水施加了限制。 计算轴向光刻技术实现体积3D打印 xolography采用双步光化学过程,其中聚合反应由两个波长的光引发——一个来自光片,另一个来自正交投影——同时汇聚创建所需的物体,这种技术能够实现快速、高分辨率的打印,且打印出的物品表面异常光滑,无需后续的抛光处理。 双步光化学实现体积3D打印 与DIP技术相比,尽管这些体积打印方法允许快速制造自由悬浮的各向同性结构,但它们受到对专业光学系统或材料配方的需求的限制。具体来说,体积分辨率与材料透明度内在相关,这排除或限制了许多添加剂的使用,如细胞、颗粒材料和染料。 在传统的自下而上立体光刻中,氧气也可以作为自由基抑制剂,以抑制打印界面的聚合反应。例如,连续液体界面生产技术使用氧气透过膜作为制造界面,创建了一个聚合反应的dead zone,材料可以在此连续补充。然而,在这种方法中,打印结构逐渐从一个浅层液体储层中提取出来,这对于像水凝胶这样的软材料来说存在困难,因为它们在从液体悬浮状态移除时常常表现出结构不稳定。 传统DLP与CLIP技术的打印过程比较 总结 这篇研究展示的体积高速3D打印技术,远远超过了其他快速打印技术。这种技术不需要特殊的化学药品或复杂的光学系统,而是利用表面张力和声波驱动来实现打印。这种方法还可以同时使用多个打印头,提高生产效率,甚至可以在一个多孔板上同时打印多个结构。 该技术还允许在打印过程中进行精确控制和调整,实现复杂的三维图案。预计未来这项技术还会有更多的应用,比如直接在打印头上集成声波系统,或者实现多种材料的顺序打印。 此外,这种打印技术对于生物制造领域尤其有前景,因为它能够快速打印出柔软、生物相容的材料,而不需要加热或对材料的光学特性有特别要求。这种技术还可以在三维空间中精确定位打印界面,这对于在实验室多孔板中制造生物结构非常有用。 注:本文由3D打印技术参考创作,未经联系授权,谢绝转载。
  • 通过机器学习,ORNL将金属3D打印部件缺陷检测时间缩短85%

    通过机器学习,ORNL将金属3D打印部件缺陷检测时间缩短85%

    3D打印技术参考注意到,橡树岭国家实验室(ORNL)开发的一款软件算法将核应用3D打印部件的检查时间缩短了85%。目前,研究人员正在为爱达荷国家实验室(INL)训练该算法,以便将类似方法应用于辐照材料和核燃料的检查。 3D打印核部件的质量通常通过计算机断层扫描(CT扫描)进行验证,该技术利用X射线捕捉内部结构中的缺陷或错误图像。ORNL的新软件算法采用机器学习技术,快速重建并分析图像,从而显著降低了检查所需的成本、时间和扫描次数。 借助机器学习快速分析检测样本已经成为研究热点。3D打印技术参考此前介绍过,2023年Science正刊首篇关于3D打印技术的研究就是关于该课题的研究。弗吉尼亚大学材料科学与工程专业孙涛副教授领 导的研究团队通过整合原位同步加速器 X 射线成像、近红外成像和机器学习,能够以亚毫秒时间分辨率和100%的预测率捕获与锁孔生成相关的独特热特征。使用经过良好校准的模拟来训练机器学习模型,在对实验数据进行测试时,粉床和样品的预测精度分别为85%和87%。 INL的研究人员应用ORNL的新算法,在不到5小时的扫描时间内分析了30多个3D打印样本部件。此前,如果不使用该软件,每个扫描的完成时间将超过30小时——这为放射性材料和燃料的潜在应用开辟了道路。 出于实验室技术人员安全的考虑,INL的研究人员通常会推迟检查从核反应堆中取出的材料。在长时间的X射线CT扫描过程中,辐射会对探测器造成损耗,从而缩短其使用寿命并降低图像的准确性。缩短扫描时间意味着每次扫描的辐射剂量减少,等待时间缩短,同时能够获得更高质量的数据,并为性能模型提供更快速的反馈。 “如果我们使用这种算法来减少放射性材料和燃料的扫描时间,将提高工作人员的安全性,并加快新材料的评估速度,”INL衍射与成像小组负责人兼仪器科学家比尔·丘拉兹(Bill Chuirazzi)表示。“从长远来看,这将使我们能够加快新核能理念从概念到电网实施的生命周期。” ORNL研究人员最初开发该算法是为了更快、更准确地扫描3D打印金属部件。ORNL和INL之间的合作有望加快新型反应堆类型的开发和部署,以推动电力行业的脱碳进程。 该软件得到了美国能源部(DOE)先进材料与制造技术(AMMT)计划的支持,旨在通过演示和部署加速新材料和制造技术的商业化。
  • 氮化硅陶瓷光固化3D打印取得突破!大尺寸、高性能、高精度制造

    氮化硅陶瓷光固化3D打印取得突破!大尺寸、高性能、高精度制造

    氮化硅陶瓷具有硬度大、强度高、热膨胀系数小、高温蠕变小、抗氧化性能好、热腐蚀性能高、摩擦系数小等诸多优异性能,是综合性能最好的结构陶瓷材料之一,在航空航天、半导体、医疗等领域具有重要应用价值。 3D打印技术的快速发展为复杂结构的氮化硅陶瓷零件制备提供了新的思路和机会,特别是DLP光固化3D打印技术,凭借其高分辨率、高效率快速成型,是制备氮化硅陶瓷零件重要的技术途径。 氮化硅陶瓷3D打印的难点 然而,氮化硅陶瓷的3D打印的并不容易。在材料方面,氮化硅属于“深色陶瓷”,其纳米颗粒具有高折射率,难以引发光敏树脂单体的交联聚合反应;此外,氮化硅陶瓷粉末与光敏树脂的混合浆料在制备过程中需要达到高固含量,才能确保打印件的强度和精度。然而,高固含量的浆料往往流动性较差,给打印过程带来挑战。 在打印过程中,需要确保浆料的均匀分布,以避免打印件出现缺陷。这要求打印设备具有高精度和稳定性。脱脂和烧结是氮化硅陶瓷3D打印过程中的关键步骤。脱脂过程中,生坯件中的树脂需要完全排出,以避免烧结时出现裂纹。然而,对于厚度大、结构密实的生坯件,树脂难以完全排出,容易造成烧结裂纹。然而,氮化硅陶瓷的烧结温度较高,且烧结过程中容易产生热应力,导致陶瓷件开裂或变形。 目前,能够用于氮化硅陶瓷3D打印的设备相对较少,且价格昂贵。这限制了氮化硅陶瓷3D打印技术的普及和应用范围。 乾度高科3D打印的氮化硅陶瓷 高性能氮化硅陶瓷3D打印取得突破 3D打印技术参考注意到,日前乾度高科在高性能氮化硅陶瓷光固化3D打印技术制造方面取得了显著进展。 乾度高科针对氮化硅材料光固化3D打印的难点开展了长期研发,专门为高固含量陶瓷浆料高精度成型开发了桌面级和工业级3D打印机。打印过程中,使用柔性刮刀和光强补偿技术来确保浆料的均匀分布与固化,实现了高固含量纳米氮化硅材料的高精度打印成型。 材料的特性研究与浆料测试件 基于此技术,相关科研院所专家对氮化硅浆料配方不断地改进,提升固含量,优化浆料性能,最大限度地减少了生坯脱脂与烧结过程中可能引入的缺陷,测试结果表明打印氮化硅性能优异。 乾度高科陶瓷3D打印 氮化硅陶瓷3D打印过程及成品 氮化硅陶瓷3D打印过程及成品 通过3D打印机制备成型,再经过脱脂烧结工艺进行后处理,可获得最终致密和性能优异的结构件。 乾度高科利用“米”级陶瓷光固化3D打印装备,可实现1200×900×500mm幅面的打印,这一大幅面制造能力将助力氮化硅陶瓷的应用领域将进一步扩展,推动氮化硅陶瓷3D打印的精度和效率,同时降低成本。使得更加复杂和精细的结构成为可能,进而推动新的设计和应用的出现。 “米级”高精度光固化陶瓷3D打印机 未来应用潜力 乾度高科3D打印技术为氮化硅陶瓷复杂结构的制备提供了新的可能,使其在航空航天、半导体、医疗、汽车以及能源等多个领域展现出巨大的应用潜力。 在航空航天领域,3D打印的氮化硅陶瓷零件可以用于制造发动机部件、热防护系统等,承受极端温度和压力环境。在半导体行业,氮化硅陶瓷因其优异的绝缘性和耐腐蚀性,成为理想的晶圆支撑材料和封装材料。医疗行业则可以利用3D打印技术制造具有复杂结构的氮化硅陶瓷植入物,如牙齿、骨骼等,满足个性化医疗需求。此外,3D打印氮化硅陶瓷还在汽车和能源领域有重要应用,例如制造轻量化、高性能的汽车零部件和耐高温、耐腐蚀的能源设备部件。 氮化硅陶瓷应用领域(来自Additive manufacturing of silicon nitride ceramics: A review of advances and perspectives) END 市场预测,氮化硅陶瓷的全球市场将继续扩大。随着技术的进步和成本的降低,氮化硅陶瓷的应用将不再局限于高端市场,而是逐步渗透到更广泛的领域。 氮化硅陶瓷的3D打印技术预计在未来将展现出更广泛的应用前景,无论是在现有的应用领域还是新兴的市场需求中,都将发挥重要作用。随着技术的不断进步和市场的扩大,氮化硅陶瓷将成为一个重要的材料类别,对多个行业产生深远影响。
  • 华曙高科突破3D打印批产精度极限!40μm小光斑打印精度0.05mm!

    华曙高科突破3D打印批产精度极限!40μm小光斑打印精度0.05mm!

    随着面向万物互联的5G通讯和新能源汽车等高端应用场景的快速拓展,能满足大容量数据传输、高速高密度信号传导的小型化、精密化的消费电子器件,其批产需求正不断增长。 2022年,华曙高科发布面向批量生产用户金属增材制造双激光设备FS200M,目前已经汽车、航空航天、模具、消费品等领域多种产业化生产场景的应用考验,其打印质量、效率、稳定性均受到各行业用户认可。 2024年,华曙高科在设备稳定高效生产的基础上,经过多次优化和方案验证,推出FS200M全新解决方案——升级40μm精细小光斑,可直接成形粗糙度Ra 3.0μm的零部件,打印精度达0.05mm,最薄壁厚0.1mm,可有效满足消费电子、医疗、精密模具等行业对高精度部件批量化生产的迫切需求。 打印精度突破0.05mm 目前,金属3D打印行业的一般打印精度为20-150μm,表面粗糙度Ra值为7.0-20μm。 消费电子产品零件尺寸小,结构精细,对于零件尺寸公差要求高,并要求更优质的表面质量,以减少后处理时间和成本,综合降低整体成本。与此同时,消费电子出货量大,对增材制造批产能力要求高,需要满足其精细工件打印批量化生产核心需求。 面对打印精度、表面粗糙度及薄壁成形的苛刻要求,华曙高科自主研发面向批量生产的精细打印解决方案,可直接成形粗糙度Ra 3.0μm的零部件,打印精度达0.05mm,最薄壁厚0.1mm。 * 不同材料打印精度、致密度及表面粗糙度存在差异。 40μm精细小光斑配置 众所周知,激光器光斑的尺寸大小会影响打印的精细度和成品的致密度。激光点加热金属粉末,激光点对应一个微型熔池,融化粉末再冷却形成固体结构。光斑的大小和热量通过影响微型熔池的大小来影响零件的微晶结构,更小的光斑直径能带来更少的打印飞溅、更高的零件致密度等。 华曙高科基于金属增材制造系统FS200M的精细批产打印解决方案,拥有精细的小光斑配置(40μm)来保证细小特征成形,可实现小型、高精度增材制造部件生产,能大幅优化金属3D打印件的精度、粗糙度,且突破设计局限,一体成形多孔、中空、铰链、多维随行流道等精密结构,细节结构打印效果优异,打印件表面质量卓越。 批量生产质量优异 华曙高科面向批量生产用户优化升级的金属设备FS200M,其打印精度、效率、稳定性均经严格测试验证,旨在从成形工艺、成形质量等多方面提高产品市场竞争力,为用户赋能。以铝合金为例,采用40μm精细光斑、30μm层厚工艺打印的工件致密度达99.99%。 与此同时,FS200M采用自研的多激光高精高效协同控制技术,搭接调试效率高,搭接校准精度稳定控制在±0.05mm以内,搭接区力学性能与单激光无明显差别。并具有大小层厚结合和抽壳功能,针对工件不同部位应用不同工艺参数。 典型应用案例 目前,精细批产打印解决方案可应用的典型领域包括消费电子、医疗、精密模具、探测工具、科研教学等—— 消费电子:可用于芯片测试接插件、连接器端子和通讯连接器背板等配件精密制造,实现传统工艺无法加工的复杂结构,提高产品散热性能; 医疗:可直接成形微创手术器械/手术耗材/手术机器人关节,快速制造个性化植入体/介入体; 精密模具:实现小尺寸精密模具中多维随形冷却流道,提高冷却效率; 探测工具:一体成形多孔多流道、高精度探测装置,并具有超高表面光洁度,极大减少后处理成本; 科研教学:可应用于传感器单元、精细结构等,高效助力高等教育和研究项目的开展。
  • Nature最新:3D打印制造可多次使用的力学超材料!中国学者一作!

    Nature最新:3D打印制造可多次使用的力学超材料!中国学者一作!

    注:本文由3D打印技术参考创作,未经联系授权,谢绝转载。 10月16日,《自然》杂志发表了一篇题为“Harnessing plasticity in sequentialmetamaterials for ideal shock absorption”的文章,该研究提出了一种创新的力学超材料设计,能够实现理想的冲击吸收和减震效果。3D打印技术参考注意到,该研究提出的先进设计使用3D打印技术制造。 这种超材料类似于一种能够承载且高效吸收冲击载荷的超级海绵。它能够根据所需的能量吸收水平,调节其吸收冲击的能力,以适应多样化的冲击条件。该超材料还可多次使用,与一次性使用的金属泡沫相比,其在承受冲击前具有较高的刚度和强度, 能够作为承载结构,在承受冲击后仍能保持结构完整性从而实现多次重复使用。这一发现不仅为超材料的设计提供了新的视角,而且为制造具有广泛应用潜力的高性能冲击吸收材料提供了新思路。3D打印技术参考注意到,该研究的第一作者为中国学者刘文峰,其硕士毕业于中科院力学所,现就读于荷兰阿姆斯特丹大学)。本文内容获得了作者斧正! https://www.nature.com/articles/s41586-024-08037-0 研究背景 在材料科学领域,力学超材料因其独特的力学性能而备受关注。这些性能包括在低密度下具有高刚度、增强的能量吸收、形状变化、顺序变形、负泊松比以及稳定的波导等。传统上,超材料的设计主要依赖于几何结构,而材料的非线性特性,如粘弹性、断裂和塑性,很少被纳入设计考虑。特别是塑性变形,通常被视为一种失效模式,需要避免。然而,本研究反其道而行之,将塑性变形作为一种设计工具,探索了塑性和屈曲不稳定性之间的微妙平衡。 大型超材料的屈服屈曲 材料或结构在受到外部力的作用超过一定阈值而发生稳定性改变的现象称之为屈曲的现象称之为屈曲。研究人员指出,屈服屈曲特别指的是在材料刚好屈服时发生的屈曲,导致承载能力减少(也就是负刚度),直至结构单元发生自接触。 塑性和屈曲不稳定性之间的微妙平衡 研究者们首先从理论上定义了屈服屈曲的概念,并使用有限元模拟来验证这一理论。研究人员首先考虑了由两个正方形组成的基本单元,这两个正方形通过一条弹塑性韧带连接。当该单元沿其主轴压缩时,韧带会经历弹性和塑性变形,而两个正方形则因屈曲不稳定性而开始旋转。他们发现,存在三种屈曲模式:弹性屈曲、塑性屈曲和屈服屈曲。 弹性屈曲:当单元的纵横比(韧带厚度与正方形边长的比值)足够小或屈服应力与弹性模量的比值足够大时,单元会在塑性变形之前开始失稳屈曲。因此,后屈曲刚度将保持正值,导致承载力继续增加。 塑性屈曲:当纵横比足够大或切线模量与弹性模量的比值足够大时,单元将不再弹性屈曲,而是在塑性变形开始后屈曲,导致屈曲后载荷继续增加。 屈服屈曲:当单元的纵横比和材料的塑性(屈服应力与弹性模量的比值、切线模量与弹性模量的比值)达到微妙平衡时,屈曲恰好发生在屈服点。这导致屈曲时承载能力下降,与屈曲同时发生。 研究者特别关注屈服屈曲模式,因为屈曲时承载能力的降低保证了载荷始终保持在初始屈曲载荷以下,直至单元达到自接触结构出现刚度显著增强。这对于实现后续单元的顺序屈曲至关重要。 屈服屈曲模式 该研究与其他研究超材料的性能差异   为了验证这一预测,研究者进行了数值模拟,通过改变材料弹塑性模量的比值以及结构单元节点尺寸和单元尺寸的比值等参数,测量了屈曲刚度和自接触前的后屈曲载荷。他们发现,当满足特定条件时,当单元结构的屈服载荷低于其理论上的塑性屈曲载荷时(通常发生在材料的塑性模量远低于材料的弹性模量时), 单元会在连接铰链发生塑性屈服的同时发生屈曲,从而导致结构出现负刚度,单元将立即失去稳定性,并在塑性开始的瞬间屈曲。 3D打印制造先进的超材料结构 在确定了屈服屈曲的基本机制后,研究者开始将其应用于超材料的设计中。他们开发了一种新型超材料结构,通过屈服屈曲和相应的超材料结构实现顺序的局部屈曲和能量耗散,避免了整体屈曲。这种结构能够在保持高刚度和强度的同时,实现多次使用的减震性能。 超材料的3D打印 研究者首先设计了一个包含额外稳定的超材料几何结构,这些延迟屈曲限制了载荷减小,使得屈服屈曲状态能有序发生。他们通过数值模拟和实验验证了这一设计的有效性。在由相同屈曲单元重复叠加组成的超材料中,在弹性屈曲和塑性屈曲状态下,实现了顺序屈曲。 接下来,研究者将屈服屈曲的概念扩展到二维和三维超材料设计中。在二维层面,通过修改设计,实现了沿两个方向的顺序屈曲,产生了具有多个振荡的波浪形力-位移曲线平台。这种策略同样可以扩展到三维,其中包含三个正交层模式。 顺序超材料的每次撞击与具有相同刚度和强度的碰撞罐的瞬时对比 顺序屈服屈曲在两个方向和大压缩行程 为了验证这一设计在实际应用中的效果,研究者使用3D打印技术制造了一种超材料圆柱体。这种圆柱体在压缩过程中表现出高刚度,随后各层依次屈曲并接触,形成波动的平台,展现了承载能力和能量耗散的结合。他们发现,与标准减震结构相比,超圆柱体在静态和动态测试中均能更均匀地吸收能量。此外,该结构可多次使用,保持初始性能,与一次性的碰撞罐相比,展示了其在减震方面的可调性、坚固性和高效性。 3D打印技术的制造优势 3D打印技术在制造屈服屈曲超材料方面展现出显著的优势。3D打印技术能够精确控制制造过程中的几何参数,这对于实现精确的屈服屈曲行为至关重要。其次,3D打印技术能够制造复杂的内部结构,这对于设计具有多步屈曲序列的超材料尤为重要。 顺序元材料的几何设计 通过调整打印参数和材料选择,3D打印技术可以轻松调整超材料的性能,以满足不同的应用需求。例如,通过选择不同的打印材料,可以调整超材料的屈服应力和弹性模量,从而实现不同的屈服屈曲行为。 六线模式超材料的轴外压缩 此外,3D打印技术还使得超材料的快速原型制作和测试成为可能。研究者们可以迅速地设计、打印并测试新的超材料样品,从而加快了新材料的开发进程。这种快速迭代的能力对于推动新材料科学的发展具有重要意义。 END 总的来说,通过屈服屈曲设计的超材料不仅能够在单一方向上实现理想的冲击吸收,而且能够通过调整几何和材料参数,实现在多个方向上的顺序屈曲。这些超材料在压缩过程中表现出了高刚度和高强度,同时具有高效的能量耗散能力。此外,这些超材料能够多次使用,保持其初始的力学性能。 这些发现为超材料的设计和应用开辟了新的可能性。屈服屈曲超材料因其优异的冲击吸收性能,有望在汽车、航空航天、微细加工和软体机器人等领域得到广泛应用。例如,在汽车行业中,这些超材料可以用于制造更有效的安全气囊和碰撞吸收系统;在航空航天领域,它们可以用于制造轻质但强度高的飞机结构部件;在微细加工领域,它们可以用于精确控制力和位移的设备中。
  • 干货知识:粉末挤出3D打印与传统粉末注射成形工艺的异同

    干货知识:粉末挤出3D打印与传统粉末注射成形工艺的异同

    随着现代制造业的快速发展,对复杂高精度零部件的需求增加,传统制造方法面临诸多挑战。在此背景下,粉末注射成形(PIM)技术结合了传统粉末冶金与塑料注射工艺,为零部件成形提供了新方案。但随着制造业升级,注射成型技术也出现了局限性。为此,粉末挤出打印(PEP)技术诞生,其结合了3D打印与PIM工艺,为金属、陶瓷成形提供更多可能性和效率。 粉末挤出打印技术不仅继承了注射成型技术的优点,还实现了复杂结构的一体化制造,缩短了产品开发和商业化时间,降低了成本。因此,金属、陶瓷粉末成型方式在PIM和PEP技术推动下,正朝着高效、灵活、环保方向发展,为制造业转型升级和未来制造业发展开辟了新道路。本文内容旨在介绍两类技术的异同及新技术为解决制造挑战带来的可能性。 传统粉末注射成形工艺概述及特点 粉末注射成形(PIM)是一种将传统粉末冶金技术与现代塑料注射成形工艺相结合的零部件成形技术。该技术是将粉末与粘结剂混合后注射到模具中形成零件的净成形工艺,可最大限度地减少机加工量和节省原材料,解决了复杂形状制品成形难的问题。 根据材料适应性,PIM主要可分为金属注射成型(MIM)和陶瓷注射成型(CIM)两大工艺体系。适用大批量生产形状复杂、尺寸精确的金属/陶瓷零件。广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、国防工业及航空航天等领域。 粉末注射成型主要工艺流程(来源网络) 粉末注射成形工艺主要特点: 设计灵活性:PIM技术可以制造出形状复杂、尺寸精确的零件; 高效率:适合大批量生产,生产效率高; 材料利用率高:接近净成形制造,材料浪费少; 材料范围广泛:可用于多种金属和陶瓷材料的成形。 MIM工艺制备的金属产品(来源网络) 粉末挤出打印技术原理及特点 粉末挤出打印(Powder Extrusion printing,PEP)技术是由升华三维推出的一种3D打印与PIM工艺相结合的金属/陶瓷间接3D打印技术。该技术既充分体现了3D打印技术的复杂结构一体化、轻量化等技术特点,又能发挥PIM工艺可加工材料广泛,加工成本低,工艺成熟等优势。能够同时满足材料开发、产品原型研发与批量生产的需求。以数字化技术赋能PIM技术的发展,实现传统粉末冶金工艺的再创新。 采用了3D打印与PIM相结合的工艺,可实现几何结构的高自由度设计,且无需模具,可降低开发和生产成本; 具有低温成型、高温成性的特性,可获得性能一致且致密的优良产品,适合大尺寸金属/陶瓷零件的制造; 实现传统工艺无法达到的复杂结构零件制造,可大幅减少制造工序并缩短加工周期,从而大大加快产品的开发与商业化时间; 打印设备结构原理简单,不需要昂贵的高能量激光设备,整体工艺可充分利用粉末冶金的前后处理设备,极大地减少了投入成本; 设备维护方便,采用颗粒材料,且打印材料可循环使用,可有效降低运营成本;   升华三维打印金属/陶瓷样品 粉末挤出3D打印与注射成形的异同 PEP工艺是基于粉末注射成形的新型3D打印技术,可同时用于制造具有复杂几何、中空、轻量化等结构的金属/陶瓷部件。本文主要以蜡基粘结剂体系的金属注射成型(MIM)和陶瓷注射成型(CIM)这两大PIM工艺与PEP作对比,探讨三者之间的异同点,亟待促进材料科学与增材制造工艺在粉末冶金领域的广泛应用。 ▲蜡基粘结剂体系的CIM、MIM、PEP工艺对比 以下是CIM、MIM、PEP的异同点: 相同点 粉末基材料:这三种技术都使用金属或陶瓷粉末作为原材料,通过特定的成型工艺制造出零件或产品; 成型过程:它们都涉及将粉末与粘结剂混合,然后通过成型工艺制造出近净尺寸的零件; 复杂零件制造:三者都适用于制备复杂形状的零件; 后处理:成型后的零件都需要经过烧结或热处理过程,以提高密度和机械性能。 不同点 材料类型:CIM适用陶瓷粉体,MIM适用金属粉体,PEP则金属粉体及陶瓷粉体都适用; 粉体要求:粉末挤出3D打印与传统粉末注射成形工艺对粉体要求及制备出的成品精度等存在一定差异; 粘结剂体系:CIM较多使用蜡基粘结剂体系,MIM更多使用塑基或者蜡基粘结剂体系,PEP可采用水基、塑基、蜡基,更多蜡基粘结剂体系; ▲蜡基粘结剂体系的CIM、MIM、PEP工艺异同点 成型方式:CIM和MIM需要使用模具,而PEP技术是采用逐层叠加3D打印成形方式,无需使用模具; 应用领域:PEP适用于制备传统工艺或常规增材技术无法制造的高性能部件,如难熔金属、硬质合金、先进陶瓷等,主要应用于核工业、国防工业、航空航天等领域。CIM常用于制造精密陶瓷零件,如电子器件、医疗设备等。MIM可广泛应用于制造小型、复杂形状的金属零件,如汽车零件、手表零件等。 成本和效率:PEP在大尺寸或形状复杂金属/陶瓷部件的开发、小批量生产时,更具成本效益。CIM适合大批量生产小型、精密的陶瓷部件。MIM适合大批量生产小型、复杂形状的金属部件,且成本相对较低。 PEP工艺应用优势及发展前景 PEP作为注射成形工艺进化而来的一种创新增材制造技术,兼具着3D打印与粉末冶金的双重优点,能够制造出传统工艺难以实现的复杂形状和结构,为设计师提供了更大的设计自由度。升华三维已自主开发了钨及钨合金、纯铜、不锈钢等金属材料;碳化物、氮化物、氧化物、超导及超高温等陶瓷材料;硬质合金等金属陶瓷材料。已建成了完整的间接3D打印前后处理工艺流程,涵盖了材料开发、密炼造粒机、3D打印机、脱脂烧结炉等全工艺链设备。 ▲升华三维PEP工艺设备及打印材料 PEP技术市场潜力巨大,是一种可持续发展的绿色制造技术,有助于减少能源消耗和环境污染。其借助数字化赋能粉末冶金行业,为传统制造转型升级提供支持。随着PEP技术的不断发展,有望与智能制造系统相结合,实现自动化、数字化生产,提高生产效率和产品质量。升华三维将持续开拓创新,发挥PEP独特的工艺优势,在科研教育、工业制造、航天航空、国防、生物医疗、汽车、模具制造、新能源等应用行业进一步渗透。为传统制造往未来制造发展的道路上,提供高性能金属/陶瓷间接3D打印整体解决方案。
  • 金属3D打印仿真准确度极大提升,支撑结构可单独定义参数!

    金属3D打印仿真准确度极大提升,支撑结构可单独定义参数!

    在金属3D打印中,支撑结构是确保打印稳定性、避免翘曲崩塌的关键部分,同时也是平衡内应力、传导热量的重要因素。因此,如何对支撑的可靠性进行评估成为金属3D打印领域中的重要问题。 打印零件时,支撑结构往往充满孔隙,并且具有极其精细的几何结构。因为一般零件所采用的网格精度难以对支撑结构的几何特征进行精准刻画,支撑部分往往会被刻画成密实结构参与仿真。这导致了在原有的材料参数下,支撑结构的刚度以及强度被显著放大,影响仿真结果的准确性。(见图1,支撑结构失效)因此,为提高支撑结构的仿真精度,漫格科技在将其等效为均匀结构的前提下,赋予它与等效均匀结构相匹配的材料参数。 图1 支撑结构失效 (来源:Metal AM VOL 3. No1., 2017) 支撑打印参数自定义,提升仿真精度 VoxelDance Engineering (VDE) 软件提供了“用户自定义添加材料”功能,并且在材料库中添加了各种常用材料下,实体支撑与非实体支撑对应的均匀化等效材料参数以供选择。使得支撑部分的材料参数可调,提升了仿真精度,并显著降低打印失败的风险。 VDE是由漫格科技自主研发的一款仿真软件,它能够对增材制造过程进行全流程工艺仿真和分析,帮助工程师在实际打印之前预测和规避潜在的问题。软件的求解算法利用GPU并行加速,相对于传统的有限元求解算法,提速了5-10倍。 VDE用户自定义支撑打印参数 本案例将通过一个封闭叶轮模型,展示在默认支撑材料设置下的仿真结果(未能预测打印失败结果),与自定义添加材料后的仿真结果对比(成功预测打印失败结果),并优化支撑方案后成功避免打印失败的全过程。 图2 非实体支撑封闭叶轮模型及底部支撑 1. 支撑结构选择零件实体打印参数进行仿真 案例中的零件与支撑的组合体模型如图2所示 ,其底部所采用的支撑为非实体支撑。仿真时,支撑区域采用的材料参数与零件区域相同,均为316L材料参数,见图3。 图3 默认材料选择 在实际打印的过程中,发现中间某位置处的翘曲变形过大,如图4所示,导致了打印失败。 图4 打印过程中的翘曲变形 仿真结果中,将零件Z方向的最大翘曲位移量设置为打印单层厚度0.05mm,图5所示的位置处并未呈现较大的翘曲变形。这是因为将支撑结构视为均匀密实结构,且材料参数与零件材料相同,导致仿真中支撑的刚度显著大于其实际的刚度,因此预测出的翘曲变形较实际打印偏小。 图5 原始仿真结果 2. 支撑结构自定义打印参数仿真 在不改变支撑模型的情况下,通过调整支撑结构打印参数使其刚度恢复到合理的范围内。为此,将支撑结构等效为均匀结构,求得其在不同材料下的等效均匀化材料参数。在仿真软件中将该材料参数添加到支撑模型上,将支撑分为实体支撑和非实体支撑这两种结构模型,分别求得其均匀化材料参数并添加到材料库,以供用户在自定义模式下对不同的零件和支撑分别进行材料选择。 在本案例中,零件所添加的支撑为非实体支撑。因此采用“用户自定义”方式,为支撑模型添加316L材料所对应的非实体支撑材料参数,如图6所示。再次对打印过程进行仿真。 图6 自定义非实体支撑材料 仿真完成后,查看此前翘曲变形过大位置处的仿真结果,如图7所示。结果确实呈现出较大的翘曲变形,也就是说此处仅添加非实体支撑导致其刚度较弱,未能有效限制其翘曲变形。 图7 自定义支撑材料仿真结果 3. 对支撑方案进行优化 为了能够成功打印该模型,需要为翘曲变形过大的位置加强支撑。为此,在原有的非实体支撑的基础上添加实体支撑如图8所示,将其作为优化方案再次进行仿真。 图8 支撑优化方案 在仿真中,为实体支撑和非实体支撑分别添加相对应的均匀化材料参数,图9,得到此前翘曲变形过大处的仿真结果,图10。从仿真结果中可以看出,该处的翘曲变形得到了有效限制。基于优化后支撑方案的零件模型最后也得以成功打印,见图11。 图9 自定义实体和非实体支撑材料 图10 优化方案仿真结果 图11 打印成功零件模型 (打印设备:汉邦HBD 200,材料:不锈钢316) 此次打印使用的汉邦激光的HBD200设备,采用了双激光双振镜高效加工,配备高效安全的独立气氛净化系统,密封舱手套结构,免开舱门轻松进行粉末清理操作,减少人员与粉末直接接触,提供安全稳定的活性金属打印方案。 零件刚度准确模拟,减少仿真误差 自定义支撑材料功能,可以让支撑与零件的材料参数区别开来。用户根据实际情况为支撑模型自定义材料参数,或者选择材料库中默认参数下的均匀化支撑材料,在无法准确刻画支撑细微几何特征的前提下,将支撑等效为均匀结构,从而实现对其刚度的准确模拟。 这一方法有效避免此前仿真中因支撑的等效刚度过大导致的仿真误差,实现了对翘曲变形准确预测,从而提高仿真的精确度,为结构的优化设计提供可靠的依据。此次VDE耗时4小时完成仿真,在仿真速度上比国外软件快了近一倍。 图12 VDE和其他软件对比 除了“自定义支撑材料功能”以外,VDE还可以解决其他的仿真问题,例如收缩线预测、基于AI校准、屈曲变形仿真、变形补偿等。漫格科技VDA5.0也会亮相德国Formnext增材制造展,展示从设计到仿真的全流程软件解决方案。敬请期待! 联系漫格科技:sales@voxeldance.com
  • 西空智造锻打印技术:为航空航天增材制造带来新动力

    西空智造锻打印技术:为航空航天增材制造带来新动力

    10月24日,第四届航空航天增材制造大会在上海隆重召开,航空航天相关单位、科研院所及大学、增材制造企业等领域专家学者约500人出席论坛,共同探讨航空航天增材制造发展瓶颈、发展趋势和技术创新等问题。 西安空天机电智能制造有限公司(简称:西空智造)也携最新研发成果-锻打印技术亮相本次大会,向行业专家展示公司锻打印技术最新研究成果和市场应用情况等。 锻打印技术,由西空智造携手西安交通大学共同研发,该技术主要解决传统增材制造过程中,因激光热输入和温度梯度导致的部件内部残余应力问题,这些应力往往引起零件变形、开裂甚至孔洞等缺陷。通过精确调控应力场、组织和缺陷,锻打印技术显著提高了打印件的力学性能,有效提升了产品质量。 提升力学性能 西空智造自主研发的国产化锻打印设备,是具备在打印过程中实时调控应力场的先进技术,有效解决了零件成型过程中的变形和开裂难题。该设备能够在不依赖添加剂和调整粉末成分的情况下,成功打印难熔金属材料,包括7075铝合金和镍基高温合金。 与常规LPBF打印技术相比,采用该设备打印的7075铝合金,其整体显微硬度提高了20%~40%,晶粒细化程度超过30%;相较于热处理AlSi10Mg合金,锻打印后去除了表面大部分未熔合缺陷,截面显微硬度提升15%-20%。 改善质量一致性 锻打印技术可以有效解决增材制造行业中疲劳强度低、质量一致性差的问题,通过精确调控应力场,实现低应力、高质量的打印效果,这对于航空航天领域来说至关重要。 减少后处理需求 锻打印设备搭载的DD1激光模块,能够实现轮廓边缘的高精度加工,有效减少甚至消除支撑结构,净成型产品,同时抑制增材制造过程中薄壁结构的变形问题。对200*200*1mm的试验件测试发现,采用锻打印技术后,最大变形量可降低50%以上。锻打印技术能够成功将内部残余拉应力转变为压应力,实现少支撑或无支撑,从而减少后续加工和热处理的需求,降低了制造成本和时间。 提升可靠性 锻打印技术通过XK-CK300S智能化监控系统,实现打印过程的全方位智能监控,进一步提升了制造过程的可靠性和最终产品的质量控制。 总的来说,锻打印技术通过提升力学性能、改善质量一致性、减少后处理需求、制造复杂结构件、提升可靠性以及推动技术创新,为航空航天领域带来了新的动力,其填补了国内在这一领域的技术空白,达到了国际先进水平,有助于推动该领域向更高效、更可靠的方向发展。西空智造期待与行业专家、业界同仁等在会场深入交流和探讨,促进技术升级,加快行业应用进程。 注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请点击转载须知。
  • 英伟达、波音联合投资“金属3D打印流水线”开发企业Freeform

    英伟达、波音联合投资“金属3D打印流水线”开发企业Freeform

    10月23日,3D打印技术参考注意到,英伟达(NVIDIA)旗下NVentures和波音旗下AE Ventures出资1400万美元投资3D打印技术开发商Freeform,它是一家由前SpaceX工程师创立的AI驱动金属3D打印的高科技企业,正在开发一种新的可实现大批量金属3D打印的工艺流程。 与采用区域打印和光束整形来提高金属3D打印的速度不同,Freeform仍然依赖传统的SLM技术形式,但却在制造的整个流程上进行了创新,实现了激光打印不间断。基于该流程,Freeform表示制造金属零件的速度比现有方法快25-50倍,而且成本仅为现有方法的一小部分。 微秒级监控能力,迎合SpaceX制造要求 Freeform有望显著减少停机时间,它有两个平行的输送系统,多个金属板沿着它们排列。当传送带将板材移入和移出光束时,它的18个激光器不间断运行。相机组合以每秒超过70000帧的速度拍摄图像,将数据输入计算机视觉算法,以协调激光器的出光方式。 质量控制是被此次投资看中的关键。Freeform的解决方案是通过在定制机器中实施闭环流程来提供高质量的打印服务。该机器具备微秒级的监控能力,能够实时追踪打印过程中的各项参数,并据此进行精细调整,以满足如SpaceX等高端工作场所对打印质量的严苛要求。 Freeform金属3D打印工艺流程,双缸并排不间断打印 该公司在技术创新方面取得了众多令人瞩目的成就,但其中最直接且关键的两项技术革新在于其反馈回路与驱动该回路的人工智能系统。Freeform首席执行官兼联合创始人Erik Palitsch表示,“我们的系统搭载了以微秒级速度运行的高速计算机视觉反馈机制,所有海量数据均在业界领先的FPGA和GPU上得到高效处理。” 这套具备实时监控功能的闭环系统,在有效缓解质量问题的同时,依然能够保持对复杂几何图形的高速打印能力。通过专注于打印服务的业务模式,他们确保了业务的简洁与高效。然而,要使这一系统发挥最大效用,还需依赖另一项关键的技术突破:一个既快速又专业的机器学习模型,负责实际执行监控任务。这一模型的存在,使得整个系统能够以前所未有的精度和效率运行。 作为此次投资的一部分,Freeform将加入英伟达支持尖端初创企业的 NVIDIA Inception计划,并将利用NVIDIA的加速计算平台增强其现有的AI驱动功能,该平台可对金属3D打印过程的复杂物理特性进行实时预测控制。这种方法为金属增材制造开辟了新的可能性,而这些可能性以前是使用传统方法无法实现的。 AI原生、全自主的金属3D打印工厂 Erik Palitsch表示:“Freeform率先引领制造业的转型,将机器学习和超级计算融合在一起,使不可能变为可能。借助 NVIDIA的技术,我们可以突破金属3D打印的极限,让我们能够以几年前无法想象的速度生产出高质量、经过数字化验证的部件。” Freeform的AI驱动策略预示着金属3D打印迈入了一个转折点。依托NVIDIA的加速计算平台,Freeform正全力构建全球首个AI原生、全自主的金属3D打印工厂。该系统深度融合了尖端传感技术、精密过程控制及机器学习算法,能够实时优化制造流程,确保前所未有的精度与可扩展性,树立行业标杆。 首席科学官Tasso Lappas在控制室监控3D打印流程 NVIDIA公司副总裁兼NVentures总经理Mohamed “Sid” Siddeek对此评价道:“Freeform正以前瞻视野,引领加速计算赋能自主制造的新潮流。他们凭借实时AI流程控制与尖端计量系统的结合,正在为金属增材制造领域树立全新典范。” Freeform的深度技术平台直击制造业核心痛点:传统金属3D打印缺乏智能化过程控制,常导致质量波动与周期延长,测试验证环节繁琐,成本高昂。而Freeform的AI平台则通过每次打印的持续学习,实现了对结果的精准预测与实时控制,确保每个部件都能以高精度、高效率及数字化验证的方式交付。 经深入评估,制造能力被资本认可 如今,Freeform正蓄势待发,准备在数万亿美元的制造市场中大展拳脚。公司将借助新注入的资金,拓宽可打印材料范围,并提升航空航天、能源、半导体及汽车等关键行业的生产能力,其中质量、速度与成本均至关重要。Freeform的自主打印技术已赢得波音等行业巨头的青睐,波音计划利用Freeform的技术,为商用航空与国防领域认证并拓展金属部件的应用。 AE Ventures的Eugene Kim表示:“面对21世纪的需求,企业亟需能够紧跟创意步伐的技术。Freeform在金属增材制造领域提供可扩展、灵活的解决方案,确保从原型设计到全面生产的每一个环节都有品质保障。这正是航空航天业期待已久的突破。AE Ventures与波音公司的高层技术人员携手,对Freeform的打印能力进行了深入评估,我们对其彻底变革金属增材制造的能力充满信心。” Freeform创始人与英伟达创始人 对于Freeform而言,这项投资不仅标志着先进制造业新时代的到来,更是人工智能与硬件加速计算深度融合的开始,其被认为将从根本上重塑从航空航天到汽车等行业的金属生产方式。 Freeform的专有技术旨在将软件的无限可扩展性引入实体制造领域。通过硬件加速计算平台与机器学习的强强联合,公司打造出一种能够持续学习与适应的工厂架构。这不仅是技术上的渐进式提升,更是金属零件设计、制造及大规模交付模式的颠覆性变革。 Palitsch补充道:“长久以来,工业界一直受制于传统框架。而今,我们正摒弃旧有模式,通过融合人工智能、超级计算与先进传感技术,以前所未有的速度推动工业从创意走向大规模生产,且成本大幅降低。” 注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请点击转载须知。
  • 激光3D打印,开展光束整形研究的必要性分析

    激光3D打印,开展光束整形研究的必要性分析

    在金属增材制造领域,尤其是激光粉末床熔融(LPBF)技术中,提高生产效率、降低成本并同时保持高质量一直是行业内的核心挑战。传统的LPBF机器通常依赖单一的高斯激光光束,这种光束形状在扩展性和生产效率上存在固有局限性。动态光束整形是金属3D打印的新发展,不仅国外EOS公司已推出了业内首款基于光束整形的金属3D打印机,国内某知名龙头企业也已开展了两年多的研究。 传统激光金属3D打印的发展与挑战 现代金属增材制造机器通常采用单模、掺镱(Yb)光纤激光器,并且常常与二轴、三轴甚至四轴的振镜扫描器配对使用。单模激光束的低发散角和卓越的聚焦特性使得即使在长距离和使用小孔径光学元件的情况下,也能实现尽可能小的光斑尺寸,从而制造出精细的特征。在过去的二十五年中,连续波掺镱光纤激光器已成为大多数PBF-LB机器的首选光源。 单模光纤激光器的功率输出与金属3D打印市场的需求保持同步。在2000年代初,LPBF机器开始使用100-200瓦的激光器,然后在2010年代转向400-700瓦的激光器。对于典型的聚焦光斑尺寸,100微米直径/500瓦单模光纤激光器被确定足以满足大多数工艺和材料的需求。 到了2020年,设备制造商能够通过使用变焦透镜增大激光在粉末上的光斑,或者使用扫描器的去焦功能,来实现1千瓦单模激光器的应用。这些策略通过增加扫描间距来提高生产率,有时这还会与增加层厚相结合。 为了提高生产效率,设备制造商开始在每台机器上增加更多的激光器。然而,简单地增加更多激光器虽然可以提高生产效率,但随着激光器数量的增加,生产效率的提升会逐渐减少,同时总拥有成本也会增加。此外,将众多激光器集成到机器中也变得复杂、设备变得笨重。行业面临的挑战是明确的,为了使LPBF迈向更高生产率、更低成本、更可靠和可重复的过程,必须找到一种新的激光方法。 动态光束整形技术的兴起 动态光束整形技术的出现,正是为了解决上述挑战。它允许激光器在同一设备内快速(微秒级时间尺度)切换光束轮廓,无需牺牲光束质量。这一技术的核心在于能够根据需要选择适当的光束形状,以适应不同的应用和构建需求。 早期的研究集中在实验各种光束形状和强度分布,以“平坦”熔融材料下的光束足迹的温度场。平顶光束轮廓似乎是显而易见的选择。然而,当高斯轮廓被转换成其他强度轮廓时,光束质量会迅速下降。在单模光束和更大的非高斯轮廓之间切换是期望的,但光束质量不能因此而受到太大影响。 为不同几何形状选择不同的光束形状 应用光束整形来局部优化微观结构,提高涡轮叶片的性能 nLIGHT公司在2020年推出的Corona AFX激光器是首个能够在单模高斯和六种其他光束轮廓之间切换的光纤激光器,其中一些光束轮廓的尺寸是原来的三倍。AFX激光器可以作为真正的高斯光束运行,但与常规激光器不同,它们有能力将功率转移到外环。随着相关设置的增加,功率以阶梯方式从核心转移到外环。当更多功率转移到环上时,功率密度或单位面积的功率会降低。 动态光束整形技术的优势与应用 动态光束整形技术通过允许在同一激光器内快速切换光束轮廓,为PBF-LB带来了显著的优势。以下是该技术的几个关键优势及其在具体应用中的体现: · 提高生产率:通过使用更大的光斑和更宽的熔道间距,动态光束整形能够更高效地进行大面积制造,从而整体提高生产率。 动态光束整形的经济优势 · 降低成本:动态光束整形不仅提高了生产率,还显著降低了零件成本。一项研究比较了使用1千瓦AFX激光器与使用1千瓦标准激光器的LPBF零件成本。结果显示,通过动态光束整形实现的生产率增益,使得使用单个AFX激光器的零件成本相当于四个标准激光器。这主要是由于AFX激光器能够通过优化光束形状来减少激光开启时间,同时保持高质量。 nLIGHT AFX动态光束整形改变了PBF-LB的成本曲线 · 优化熔池稳定性:环形光束通过将强度分布在环的外围,解决了高斯光束中中心强度和热量过剩的问题。这种分布使得熔池的温度分布更加平坦和宽广,从而提高了熔池的稳定性。稳定的熔池有助于减少缺陷,如球化或凸起,这些缺陷在高强度激光下可能出现。此外,环形光束还可以实现更高的扫描速度和更大的层厚度,进一步加速生产并降低成本。 高斯光束、平顶光束和环形光束的光束轮廓、温度响应以及由此产生的熔池形状 环形束加工显示AlSi10Mg的烟尘和飞溅减少了75% · 扩大工艺窗口:动态光束整形技术还通过提供更大的工艺窗口来增强PBF-LB的适用性。工艺窗口是指在不牺牲质量的前提下,可以成功制造零件的一组工艺参数。环形光束通过更均匀地分布热量输入并降低整体能量密度,使得使用超过1千瓦功率的LPBF机器成为可能。这显著扩大了可用于不同材料系统的工艺参数 高斯光束和AFX光束的处理窗口 END 一个显而易见的结论是,光束整形策略确实可以给金属3D打印的质量控制和低成本制造带来好处。随着国内外企业对该技术的积极研究和应用,预示着动态光束整形将成为推动金属3D打印技术迈向更高效率、更低成本、更可靠和可重复过程的关键力量,展现出广阔的发展前景和巨大的市场潜力。3D打印技术参考认为,一旦国内设备商推出了基于光束整形的金属3D打印机,很有可能会引起新一波的市场增长和技术研究热潮。 注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请点击转载须知。