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    金属3D打印开创产品制造新模式

    点击次数:16 更新时间:2021-01-06

    根据计算机设计的数据直接制造三维复杂形状制品的3D打印技术雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,可进行传统加工难于成形制品的制造。3D打印技术由于不使用模具,所以可缩短制品的交货期,并可进行少量、多品种制品的制造雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。过去,3D打印用材主要是树脂,近年来使用金属材料的3D打印技术有了很大发展。

    1金属3D打印技术应用范围扩大

    最早实现金属3D打印机实用化的是飞机制造业雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,波音737MAX和空客A320meo发动机的燃油喷嘴就是金属3D打印的批量产品。飞机发动机燃油喷嘴的传统制造方法是将20个零件焊接而成。采用金属3D打印技术雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,可实现燃油喷嘴的一体化制造,减重25%雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,并且耐久性提高到原来的5倍,制造成本下降30%雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。此外,金属3D打印技术的应用已经向医疗器械、汽车制造业等领域稳步推进。

    金属3D打印机市场主要被德国、美国、英国产品占有,日本的3D打印研发较为落后雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,国内不能制造欧美水平的金属3D打印机雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。为此雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,日本于2014年设立了新一代3D积层造型技术综合开发机构(TRAFAM)雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,推进国内金属3D打印机制造、金属3D打印用材以及工艺控制等的全面研究开发。

    2金属3D打印机的主要类型

    当前进行了各种各样的金属3D打印机的开发。其中进行大力开发的是基于粉末床熔融的金属3D打印机和基于定向能量沉积技术的金属3D打印机(图1、图2)。用于金属粉末烧结-熔融的热源有电子束和激光束两种雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。


    金属3D打印.png

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    粉末床熔融金属3D打印法,将电子束或激光束照射在致密铺敷的金属粉末层上,对金属粉末层进行选择性熔融雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、造型。该方法适用于小型和中型制品的制造雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、可制造传统方法难于制造的三维复杂形状制品雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,并且制品表面光洁度高、尺寸精度好。许多金属3D打印机制造厂进行粉末床熔融法金属3D打印机的开发和销售。其中激光束加热的粉末床熔融金属3D打印机已用于医疗器械部件、宇航器部件以及能源装备部件和汽车部件的制造。

    定向能量沉积金属3D打印法,在供给金属粉末或金属丝的同时雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,进行电子束或激光束照射,使金属粉末或金属丝熔融、堆积造型。由于该方法造型速度快,所以适用于高效近终形造型雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。由于该方法是连续喷射材料进行造型,所以对利用该方法进行异种材料积层的复层造型技术进行了研究。在宇航器雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、能源产业的高附加值大型设备制造时,该方法用于附加造型和补修作业。

    不同类型的金属3D打印机的适用材料、生产效率雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、加工质量不同雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。TRAFAM对上述两种类型的金属3D打印机进行研究开发,目标值设定为世界先进水平。如雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,造型速度是500cc/h,约为传统造型方法的10倍,制品尺寸精度是±20μm,比传统方法约提高五倍。经过五年的研究,日本开发的激光定向能量沉积金属3D打印机的造型速度已经达到500cc/h。

    3金属3D打印用最佳金属粉末的开发

    金属3D打印造型用材有纯金属粉末和合金粉末雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。金属粉末特性影响着造型工艺的稳定性和产品质量雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,掌握不同粉末的特性雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,对于制造出3D打印所需特性的粉末至关重要。

    金属粉末主要的要求特性有,流动性、扩展性、粉末形状(球形度)雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、粒度分布、含氧量、循环利用性等雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。其中粉末流动性是重要特性,另外,为消除未熔融缺陷的发生雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,要求粉末具有高的球形度雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。此外,随着金属3D打印机高速化和高精度化的发展,要求粉末更加微细化。目前,热源为大功率电子束的金属3D打印金属粉末粒径约为100μm雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,热源为小功率激光束的金属3D打印金属粉末粒径约为几十微米雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    金属3D打印用金属粉末常规制造方法是雾化法。雾化法利用高频感应加热炉将原料金属熔化雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,金属熔液从中间包底的注流孔流出,同时将氮气、氩气等惰性气体喷出雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,冲击金属液流,制造成金属粉末雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。雾化法可制造镍基超合金、马氏体时效钢、不锈钢等钢种的金属粉末。

    钛合金是容易发生反应的材料。如用传统的雾化法使钛合金粉末化,钛合金与坩埚耐火材料发生反应产生的不纯物会溶入钛合金熔液,所以用传统的雾化法难以制造出高洁净度钛合金粉末。为此,采用了可防止不纯物溶入钛合金熔液的“重熔-雾化法”(图3)。高温的金属熔液接触到水冷坩埚,立即形成凝固薄层,凝固薄层的内侧仍是金属熔液,不与坩埚耐火材料发生反应。TRAEAM利用该方法开发出高洁净度钛合金等高熔点活性金属粉末。

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    4 提高金属3D打印技术的国际竞争力

    日本为提高金属3D打印技术的国际竞争力雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,还进行了3D打印控制软件开发以及建立材料数据库(包括模拟数据在内的3D造型数据),这些都是重要的技术措施。为确定3D打印的造型条件,需要进行大量尝试试验,而利用3D打印模拟技术可减少试验次数,缩短确定3D打印造型条件的时间。TRAEAM进行了熔融凝固微观解析雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、熔融凝固宏观解析、微细结构(组织)解析、热应力解析、热变形模拟解析,阐明了金属3D打印的机制,构建了3D打印造型条件(造型参数)的评价系统雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台。

    在金属3D打印控制软件开发方面,日本的金属3D打印机制造厂雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、金属3D打印材料生产厂、大学等研究机构雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、软件开发公司雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台、金属3D打印机用户协同进行提高金属3D打印造型尺寸精度控制软件和对金属3D打印给予最佳支撑软件的研究开发。由于有金属3D打印机用户的参加雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台雨燕直播免费-雨燕直播免费直播-雨燕直播免费平台,可对软件的操作性和生产性进行评价,形成了基于用户应用性的研发系统。


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