全球8种高速金属3D打印工艺盘点(2)
时间：2022-07-25 11:21 来源：南极熊 作者：admin 阅读：次
⑤ILT联手Ponticon推出专利超高速激光沉积（EHLA）3D打印技术
2021年10月，弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）和总部位于德国的工程公司Ponticon联手推出了一项ILT专利的超高速激光材料沉积（EHLA）新型3D打印技术。EHLA技术最初开发于2017年，是ILT对大批量定向能量沉积（或称DED）的尝试。它最初是作为一个模块化的工具头提供的，可以集成到门架和机械臂上，同时进行材料沉积和熔化动作。
自EHLA 2017年发布以来，这两家合作伙伴一直致力于开发更适合增材制造应用的新一代技术版本，并在2019年完成了第一个原型——简称为"EHLA 3D"。Fraunhofer ILT将这项技术描述为比传统堆焊工艺更高效、更环保的替代品。目前，该工艺可以加工重达25公斤的零件，进料速度最高可达每分钟500米，比其他激光材料沉积技术快250倍。它还可以应用到更薄的层结构上去，仅有25微米，同时实现更平滑的零件表面。FraunhoferILT打算在过程监控设计、自动路径规划工具和构建参数细化方面投入更多的研究，并表示未来的升级技术版本将会提供更高的构建速率、更大的灵活性和材料多样性以及更高的精度。
△用三种不同的粉末材料3D打印Fraunhofer ILT的字样，作为新型高产的EHLA 3D工艺的示范部件。照片来自Fraunhofer ILT。
技术原理：
- EHLA 3D工艺事实上可看作DED工艺的变体，常规DED多是针对于熔覆层应用，但它更倾向于硬核3D打印立体成形；
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EHLA 3D打印系统基于一个三脚架的运动结构，即三个线性马达与一个构建平台相连，在该平台上加工3D打印部件。这种结构使平台能够进行快速、精确的运动，而不产生任何重大振动。
⑥MELD推出比SLM快十倍的搅拌摩擦沉积3D打印技术
MELD制造公司是一家位于弗吉尼亚州克里斯蒂安斯堡的3D打印技术开发商，一直以来，该公司都在持续推进金属摩擦沉积工艺的开发和研究，同时制造基于该技术的3D打印机。在今年3月份，MELD公司宣布与弗吉尼亚理工大学开展合作，以寻求进一步推进其增材制造摩擦沉积技术，研究方向包括工艺基础，如温度、材料流动和变形，动态相和微结构演变，以及异质结构材料的设计和制造。
MELD制造公司拥有十几项增材制造搅拌摩擦沉积工艺的专利，与其他金属3D打印技术不同的是，该技术是一个固态过程，在低于熔化温度的情况下进行，往往不会熔化打印材料。MELD的3D打印应用主要是在国防领域，包括零件涂层、部件维修、金属连接和定制金属基复合材料坯料。据MELD称，增材搅拌摩擦沉积技术能够以前所未有的规模生产大型金属零件，它不限于小型粉末床或真空系统，是一种可以在开放的大气环境下实施的工艺，不受操作环境或材料表面条件的限制，并且材料沉积速度比粉末床熔融等工艺快十倍以上。
技术原理：
- 通过固体进料杆（打印材料）旋转接触基材，涂抹并通过摩擦粘在基材上完成逐层打印，该过程发生塑性变形，但绝不会熔化；
- 快速旋转的工具具有加热材料的作用，并完成塑性变形，使其具有足够的可塑性；
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摩擦沉积工艺与各种金属兼容，如铝、钛、钢和镍基超合金。
△MELD的专利增材制造搅拌摩擦沉积技术。照片来自MELD制造。
△前沿作战基地的MELD增材制造维修概念图。图片来自MELD制造公司
⑦Desktop Metal粘结剂喷射金属3D打印技术
Desktop Metal在2021年10月斥资5.75亿美元收购其主要竞争对手粘合剂喷射3D打印机制造商ExOne，一跃成为金属粘合剂喷射3D打印领域难觅敌手的头号霸主。ExOne公司多年来致力于开发可控氛围（有时也称为惰性或化学惰性）的粘合剂喷射3D打印技术，用于打印活性粉末。目前，其粘合剂喷射3D打印技术能够处理包括金属、陶瓷和复合材料在内的几乎所有类型粉末。
使用粘合剂喷射（binder jetting）和单程喷墨技术（single-pass inkjet technology）的3D打印机Production System™，可能是进行大规模3D打印金属零件的最快方法。具有最先进的打印喷头，上面有16384个喷嘴，每秒能够喷出15亿滴墨滴，具有1200x1200
DPI的原始分辨率，出色的可靠性和双向单程打印，可以快速3D打印复杂的金属零件，堆积效率可达12,000cm3/小时，每天多达10,000个零件。
单程粘合剂喷射金属3D打印技术原理
单程粘合剂喷射金属3D打印技术原理
在Single Pass Jetting™（SPJ）的支持下，Production System™具有双向3D打印功能，移动一次，即可打印一次，不浪费一遍路程。具体工作流程如下：
- 3D打印。对于双向单程3D打印，每次打印遍及整个构建区域，都将应用打印过程的所有步骤（粉末沉积、铺展、压实、弹道抑制ballistic suppression、和粘合剂喷射）。一层一层地沉积金属粉末和粘合剂，直到整个构建体被零件部分和周围的散装粉末填满为止。
- 脱粉。构建完成后，将移除构建箱，并用新箱子替换下一个构建。完整的成型箱被移至清粉工位，在那里去除粉末，并准备烧结零件。
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烧结。脱粉的零件装入工业炉中，在那里将加热到接近熔化的温度。除去剩余的粘合剂，使金属颗粒融合在一起，并使零件致密。
技术特点：
- 高速打印：借助Production System的双向单程Single Pass Jetting™打印技术，每天最多可进行10,000个零件的3D打印，每次构建零件，实现比传统SLM激光粉末床的打印速度高100倍，最大限度地提高生产率。
- 密集3D嵌套：无需支撑即可进行粘合剂喷射3D打印，这意味着零件由松散的粉末支撑，无需焊接至底板。这使客户能够用密集嵌套的零件填充构建体积，从而有效地交付高吞吐量的打印。
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一流的可重复性：通过防弹技术，打印头冗余和实时光学打印床检查，提供了强大的可重复性。意味着您可以放心打印。
⑧Fraunhofer IWS速度提升千倍的CBC金属3D打印技术
2021年7月，德国研究机构Fraunhofer IWS透露了一种新式的3D打印系统，这套系统可能比目前基于振镜的激光制造技术快"一千倍"。据悉，这种打印装置重点在于一个高功率的13KW "动态光束激光器"，它能够迅速产生不同的能量分布模式，并精确地打印出极为复杂的材料。这项突破性技术最初由以色列公司Civan Lasers开发，Fraunhofer IWS用相干光束来做金属3D打印。这种方法被认为是高功率激光工艺的 “巅峰"，它涉及到将激光分割放大成多条相干光线，然后再将它们合并成强大的单束。
△一位工程师在德累斯顿的Fraunhofer IWS安装耶路撒冷的 "动态光束激光"。照片来自Fraunhofer IWS
在Civan
Lasers公司的案例中，它们已经开发出一种利用部分光束的小相位偏移来调制能量分布模式的方法。与现有的激光器相比，动态光束激光器在光束中心释放出大部分能量，因此能够将零件制成复杂的
"环 "或"马蹄 "形状。从理论上讲，使用光束偏转光学器件或快速振镜已经可以做到这一点，尽管每次重新调整都需要几毫秒。然而，Civan
Lasers公司的方法更快，能够在微秒内调整激光的能量模式，因此它有可能使动态光束成形首次用于工业规模的金属3D打印。据FraunhoferIWS的AndreasWetzig称，这项技术推动了金属3D打印的极限，将会解锁新的合金材料在医疗、电动车和航空航天领域的广泛应用。
技术原理：
- 从理论上讲，使用光束偏转光学器件或快速振镜已经可以做到这一点，尽管每次重新调整都需要几毫秒。然而，Civan Lasers公司的方法更快，能够在微秒内调整激光的能量模式，因此它有可能使动态光束成形首次用于工业规模的金属3D打印。
- 用相干光束进行金属3D打印，光源模式是将激光分割放大成多条相干光线，然后再将它们合并成强大的单束；
- 利用动态光束成型来消除部件缺陷，并克服裂纹敏感材料带来的许多现有挑战，可应用于为外太空执行任务定制部件或医用植入物；
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当涉及到激光切割时，动态光束激光器将被证明是目前光纤激光器的两倍，同时产生无毛刺的切割，并具有良好的边缘质量。
△预计新的 "CIVAN "将在金属3D打印中开启动态光束成型。照片来自Fraunhofer IWS
写在最后：
尽管从技术层面上看国外在高速金属增材制造领域的技术理念、设备制造确实领先我国不少，但我们也并不只是落于“眼见他人起高楼”的境地，我们也有着像铂力特、华曙高科、易加三维等一批受到国外市场认可的佼佼者。中国制造业的转型需要信心，中国智能制造业的发展更需要耐心，我国增材制造产业当下的规模还远未发展到像国外那般“火并群雄”的激烈地步。相反，我国在增材制造材料、设备、技术、创新理念都还有着不少短板需要补齐，在增材制造走向产业化的道路上还有诸多未成熟的工艺链需要完善。
落后需要追赶，尽管我国并非3D打印技术理念的“起源地”，但我们有着庞大的市场体量和完备的制造产业链，加之近年来国家在先进制造产业方面的大力政策扶持，相信未来国内也会涌现出更多优秀的增材制造企业能够为中国创新“披坚执锐”，亦能走出国门大杀四方。毕竟在弯道超车、后来居上这方面的事，“种花家”没少干。
(责任编辑：admin)
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