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3D打印进入主流制造技术的最新状态(2)

时间:2019-09-11 11:04 来源:3D科学谷 作者:中国3D打印网 阅读:
极光尔沃


      毫无疑问,3D打印(在工业上也称为增材制造; AM)已经正在引发制造转型,从快速交付备件到定制化生产,增材制造技术可以帮助简化设备维护,加速研发过程以及通过功能为导向的设计来提升产品性能。

      同时,材料工程师正在积极扩展可3D打印材料的界限,不仅包括塑料和金属,还包括纳米材料,生物基材料等,3D打印正在逐渐成为主流制造技术。本期,3D科学谷与谷友来共同领略3D打印纳入主流制造技术的挑战与现状。《3D打印成为主流制造技术的最新状态》分为下两篇来进行行业发展透视,下篇将聚焦在3D打印材料与工艺的进展。

Part_GF_3D system

GF与3D Systems的联合品牌金属3D打印系统所制造的散热器

block 更多的选择更好的性能

    最令人兴奋的领域之一是金属领域新材料的发展,金属3D打印正在从高端的钛合金、镍基高温合金等材料的3D打印应用越来越广泛的应用到不锈钢、铜合金、铝合金等材料的3D打印领域,从而扩展3D打印零件的应用前景。

block 钛合金

从70美金一公斤到2.5美元一公斤的工艺成本?

     2018年由创新英国(Innovate UK)资助的快速锻造(FAST-forge)计划旨在开发一种更便宜和更丰富的钛粉制造工艺。这种更低成本的钛粉3D打印材料将进一步打开钛在增材制造领域的市场空间。不仅钛金属粉末的制造更快,而且更便宜,钛的金属3D打印工艺也将获得提升。英国似乎在酝酿颠覆性的钛金属粉末生产和钛金属零件制造技术。

DSTL国防科学技术实验室通过将钛粉生产的40个阶段工艺简化为两个步骤,这可能使得钛零件的生产成本减半,彻底改变了钛的生产。总部位于南约克郡Rotherham的Metalysis公司也参与了FAST-forge项目。根据3D科学谷的市场观察,Metalysis还获得1700万美元的资金以推进3D可打印金属合金粉末的研发与制造能力,Metalysis在开发一种粉末生产工艺,该工艺可以以更低的成本来生产合金粉末。

Metalysis的专有技术可以使用金红石直接将钛金属电解成粉末状。宣称,其专有的技术比常规的钛粉制造公司使用更少的能源,至少可节省50%的能源。据称,FFC方法将使得用于金属3D打印的球形金属粉末的制造工艺成本从当前的70美元/公斤降低到为2.50美元/公斤。

block 不锈钢

改性钢

     在SLM选区激光金属熔化加工过程中,快速移动的激光熔化金属颗粒,形成熔融金属的“轨道”。这种熔化轨道非常脆弱,容易坍塌,特别是在较低的倾斜角度下。澳洲的格拉茨技术大学开发了一种改进不锈钢颗粒表面的方法,使得部件的倾斜表面在3D打印过程中不会变形,从而降低了与支撑结构相关的成本。

粒子的表面经过修改,因此它们可以更智能地与熔融金属相互作用,此外,通过使钢粉更容易3D打印,以减少材料浪费,并且在工艺结束时可以回收更多多余的钢粉。目前主要集中在316L不锈钢上,但格拉茨技术大学也有计划将扩展到其他钢种。

     预计这种材料将在2020年进行工业产业化的示范,商业化产品将进入市场。这种改性钢粉末材料特别适用于拓扑优化零部件,点阵结构和先进的管道和阀门系统。外一家位于美国西海岸的创业企业Velo 3D开发了智能熔化金属3D打印系统可以处理低至10度的角度,从而减少了对支撑结构的需求。

低合金钢

     GKN推出的低合金钢扩大了激光粉末床熔化金属3D打印工艺(LPBF)和粘结剂喷射金属3D打印工艺(Binder Jetting)的材料范围。GKN增材制造材料的ANCORAM?4605是一种含有镍,钼和锰的气体或水雾化低合金钢粉,已经上市销售,被认为是制造特殊厚截面零件的理想选择。而所有低合金钢的粒度均适用于LPBF和粘合剂喷射工艺。

      GKN还成功开发出20MnCr5,这是另一种低合金钢粉末材料,适用于汽车原型制造应用,提供汽车零件所需要的机械性能。根据3D科学谷的市场观察,保时捷工程公司在确定这种材料的应用可行性后,开发了一种新的电动动力系统。20MnCr5钢粉具有高强度、高延展性、高疲劳强度,通过表面硬化具有优异的耐磨性。20MnCr5材料对于汽车行业来说打开了增材制造的新空间,汽车行业将首先通过这种低合金钢材料进行原型制造,然后确认是否可扩展到大规模生产应用。通过3D打印制造的零件允许工程师在几周内(如果不是几天)完成设计验证,并进入到下一轮的设计迭代周期中。

   除了20MnCr5粉末外,GKN增材制造材料还开发了一系列用于增材制造的低合金钢粉末,这些粉末在淬透性,热处理和机械性能方面各不相同。每种粉末的区别在于不同的金属组成,其中包含不同水平的碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)、钼(Mo)、镍(Ni)和铬(Cr)。

耐磨钢

       瑞典金属粉末材料公司VBN Components 结合具体的工业应用需求与增材制造-3D打印工艺,开发了新一代高强度、含碳化物的高速钢材料。这类材料适合制造耐磨损部件,如齿轮加工刀具、食品加工设备零部件、采矿设备零部件等。耐磨钢材料具有广泛的工业用途,它们属于传统制造技术难加工的材料,VBN 通过电子束熔融(EBM)3D打印技术实现了这类材料的制造。

     VBN 开发的EBM 金属3D打印高合金高速钢粉末材料被命名为Vibenite系列,目前已开发出5种不同型号的材料:耐腐蚀、耐磨Vibenite 350 高合金钢;高耐磨、高韧性高合金钢 Vibenite 150;耐磨、耐热材料 Vibenite 280;坚硬材料Vibenite 290;新型混合硬质合金 Vibenite 480。

    其中,沃尔沃建筑设备公司正在使用通过Vibenite 280材料制造的齿轮加工滚齿刀,并与传统高合金钢制造的标准滚齿刀进行了比较。结论是,当Vibenite 280材料制造的刀具以正常进给运行时(切割深度相同),刀具使用寿命延长至2.2倍。

     2018年末,VBN与一家全球工程集团签署了价值数百万欧元的许可协议,该协议包括使用VBN 材料与增材制造工艺为某特定细分领域生产高强度组件。VBN 目前还与岩石钻探企业 Epiroc共同测试Vibenite 480材料3D打印部件在岩石钻探中的应用。

(责任编辑:admin)

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