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傳統金屬打印現狀 現有的3D打印技術主要是以金屬粉末為材料，用鐳射去做燒結。德國比較有名的US公司機器價格在50萬美金以上，切削量比較大的可能達到100萬美元以上，可以說價位限制了很多公司使用這項技術。 圖1 金屬打印噴頭 除了設備比較昂貴以外，粉末燒結的方法還有其他一些問題，比如對工作環境、操作人員防護都要求比較高，對于打印中實際應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過了多達9次的制作才獲得了滿意件。產品完成后去除應力的過程一般在烤箱中進行，時間長達一天左右。 圖2 再如下圖中的零件，產品在打印過程中形成了基座，因為基座材質和產品材質相同，后期需要將零件從基座上通過機加工等方法拆下來。但金屬打印產品就是為了解決復雜結構零件的直接生產問題，這樣做效益不高。 圖3 所以這樣的技術，從設備到人員，從加工到后期處理都有很高的要求，應用時成本比較高昂。 3D打印技術確實有很強的應用潛力，特別是在金屬打印零件上面，但是目前存在的一些問題使得這項技術不僅成本難以承受，實際上零件的制作時間與工藝并沒有明顯提升。 ADAM：全新金屬打印工藝 Markforged公司針對此現狀開發有一套新的3D打印流程方法Atomic Diffusion Additive Manufacturing（ADAM）。 圖4 ADAM技術的特點是混合現有的兩種技術，常見的3D打印技術與金屬注射成形。設計零部件后在打印時首先把原體放大，因為這項技術中使用了金屬粉末、蠟、塑料幾種原料，我們最終需要的是金屬部分，所以會有一個去處蠟、塑料材料的過程。初始時將零件做大，在去除多余材料后收縮成設計的尺寸，是這項技術最重要的一個部分。 圖5 圖6 初始打印出的產品被稱為綠胚，將具有金屬粉末、蠟、塑料幾種原料的產品放入藥水中，將蠟的部分熔積出來，這個步驟就是圖中的“WASH”部分。 圖7 此時的零件被稱為棕胚，再經過特殊的烤箱制作，通過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，金屬粉末此時逐漸粘在一起，體積縮小，密度隨之提升。 圖8 圖9 燒結完成后的產品成為銀胚，可以進行后續的處理，包括機加工、熱處理，或者是直接作為成品使用。下圖中機械臂前端夾具就是打印的成品效果。 圖10 金屬3D打印技術的另一個方面是解決了空心零件的加工問題，通過控制打印過程可以直接形成具有外部穩定形面而內部中空的機構，不必像傳統加工一樣需要從零件上去一部分的去除下來，用于輕量化的零件時很有優勢。 圖11 所以利用ADAM技術進行3D打印加工最主要的步驟就是3個：打印機將金屬粉末等原材料制作成設計的形狀；清洗機將原材料中的蠟去除；通過燒結爐將金屬熔積成型。 圖12 圖13 METAL X作為最新的金屬3D打印機器，配合上述的技術工藝流程，解決了常見3D打印的一些技術問題，比如如下的案例： 圖14 圖14為一家重型機械設備制造商的一款零件，檢驗氣動裝置。藍色部分為開關，金屬柱上有一個彎曲的通道，傳統的工藝制作這個部分比較困難，不能一次性加工完成，需要四個零件進行組裝。這種情況下零件外發，再次組裝等都會增加制造成本，3D打印就能夠完成一次性的加工，直接打印出中空的結構，零件重量減少了一半，維護和成本也相應減少。 問答環節 Q：3D打印模具冷卻水道應用的怎么樣？ 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，因為圖形水路會有支撐結構。模具應用我們在想不用水路，因為可以打空心的，直接把水流進內腔做冷凍但是還在早期試驗。 Q：燒結出來中間材質層有疏松點嗎？表層會不會有缺陷？ A：可以做到疏松的結構，也可以做實內的結構。 Q：①請問你們的層厚/精度實際能達到多少？②外表公差在什么范圍? ③硅膠模具上應用精度會不會不太好？ A：①最小層厚是50um，燒后是～41um2. ②+- 0.125/25mm.③燒結的東西跟硅膠模具一樣，很小的東西都可以保留。
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發表于 2018-7-23 16:00:11
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