全球8種高速金屬3D打印工藝盤點(2)
時間：2022-07-25 11:21 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
⑤ILT聯手Ponticon推出專利超高速激光沉積（EHLA）3D打印技術
2021年10月，弗勞恩霍夫激光技術研究所（ILT）和總部位于德國的工程公司Ponticon聯手推出了一項ILT專利的超高速激光材料沉積（EHLA）新型3D打印技術。EHLA技術最初開發于2017年，是ILT對大批量定向能量沉積（或稱DED）的嘗試。它最初是作為一個模塊化的工具頭提供的，可以集成到門架和機械臂上，同時進行材料沉積和熔化動作。
自EHLA 2017年發布以來，這兩家合作伙伴一直致力于開發更適合增材制造應用的新一代技術版本，并在2019年完成了第一個原型——簡稱為"EHLA 3D"。Fraunhofer ILT將這項技術描述為比傳統堆焊工藝更高效、更環保的替代品。目前，該工藝可以加工重達25公斤的零件，進料速度最高可達每分鐘500米，比其他激光材料沉積技術快250倍。它還可以應用到更薄的層結構上去，僅有25微米，同時實現更平滑的零件表面。FraunhoferILT打算在過程監控設計、自動路徑規劃工具和構建參數細化方面投入更多的研究，并表示未來的升級技術版本將會提供更高的構建速率、更大的靈活性和材料多樣性以及更高的精度。
△用三種不同的粉末材料3D打印Fraunhofer ILT的字樣，作為新型高產的EHLA 3D工藝的示范部件。照片來自Fraunhofer ILT。
技術原理：
- EHLA 3D工藝事實上可看作DED工藝的變體，常規DED多是針對于熔覆層應用，但它更傾向于硬核3D打印立體成形；
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EHLA 3D打印系統基于一個三腳架的運動結構，即三個線性馬達與一個構建平臺相連，在該平臺上加工3D打印部件。這種結構使平臺能夠進行快速、精確的運動，而不產生任何重大振動。
⑥MELD推出比SLM快十倍的攪拌摩擦沉積3D打印技術
MELD制造公司是一家位于弗吉尼亞州克里斯蒂安斯堡的3D打印技術開發商，一直以來，該公司都在持續推進金屬摩擦沉積工藝的開發和研究，同時制造基于該技術的3D打印機。在今年3月份，MELD公司宣布與弗吉尼亞理工大學開展合作，以尋求進一步推進其增材制造摩擦沉積技術，研究方向包括工藝基礎，如溫度、材料流動和變形，動態相和微結構演變，以及異質結構材料的設計和制造。
MELD制造公司擁有十幾項增材制造攪拌摩擦沉積工藝的專利，與其他金屬3D打印技術不同的是，該技術是一個固態過程，在低于熔化溫度的情況下進行，往往不會熔化打印材料。MELD的3D打印應用主要是在國防領域，包括零件涂層、部件維修、金屬連接和定制金屬基復合材料坯料。據MELD稱，增材攪拌摩擦沉積技術能夠以前所未有的規模生產大型金屬零件，它不限于小型粉末床或真空系統，是一種可以在開放的大氣環境下實施的工藝，不受操作環境或材料表面條件的限制，并且材料沉積速度比粉末床熔融等工藝快十倍以上。
技術原理：
- 通過固體進料桿（打印材料）旋轉接觸基材，涂抹并通過摩擦粘在基材上完成逐層打印，該過程發生塑性變形，但絕不會熔化；
- 快速旋轉的工具具有加熱材料的作用，并完成塑性變形，使其具有足夠的可塑性；
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摩擦沉積工藝與各種金屬兼容，如鋁、鈦、鋼和鎳基超合金。
△MELD的專利增材制造攪拌摩擦沉積技術。照片來自MELD制造。
△前沿作戰基地的MELD增材制造維修概念圖。圖片來自MELD制造公司
⑦Desktop Metal粘結劑噴射金屬3D打印技術
Desktop Metal在2021年10月斥資5.75億美元收購其主要競爭對手粘合劑噴射3D打印機制造商ExOne，一躍成為金屬粘合劑噴射3D打印領域難覓敵手的頭號霸主。ExOne公司多年來致力于開發可控氛圍（有時也稱為惰性或化學惰性）的粘合劑噴射3D打印技術，用于打印活性粉末。目前，其粘合劑噴射3D打印技術能夠處理包括金屬、陶瓷和復合材料在內的幾乎所有類型粉末。
使用粘合劑噴射（binder jetting）和單程噴墨技術（single-pass inkjet technology）的3D打印機Production System™，可能是進行大規模3D打印金屬零件的最快方法。具有最先進的打印噴頭，上面有16384個噴嘴，每秒能夠噴出15億滴墨滴，具有1200x1200
DPI的原始分辨率，出色的可靠性和雙向單程打印，可以快速3D打印復雜的金屬零件，堆積效率可達12,000cm3/小時，每天多達10,000個零件。
單程粘合劑噴射金屬3D打印技術原理
單程粘合劑噴射金屬3D打印技術原理
在Single Pass Jetting™（SPJ）的支持下，Production System™具有雙向3D打印功能，移動一次，即可打印一次，不浪費一遍路程。具體工作流程如下：
- 3D打印。對于雙向單程3D打印，每次打印遍及整個構建區域，都將應用打印過程的所有步驟（粉末沉積、鋪展、壓實、彈道抑制ballistic suppression、和粘合劑噴射）。一層一層地沉積金屬粉末和粘合劑，直到整個構建體被零件部分和周圍的散裝粉末填滿為止。
- 脫粉。構建完成后，將移除構建箱，并用新箱子替換下一個構建。完整的成型箱被移至清粉工位，在那里去除粉末，并準備燒結零件。
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燒結。脫粉的零件裝入工業爐中，在那里將加熱到接近熔化的溫度。除去剩余的粘合劑，使金屬顆粒融合在一起，并使零件致密。
技術特點：
- 高速打�。航柚鶳roduction System的雙向單程Single Pass Jetting™打印技術，每天最多可進行10,000個零件的3D打印，每次構建零件，實現比傳統SLM激光粉末床的打印速度高100倍，最大限度地提高生產率。
- 密集3D嵌套：無需支撐即可進行粘合劑噴射3D打印，這意味著零件由松散的粉末支撐，無需焊接至底板。這使客戶能夠用密集嵌套的零件填充構建體積，從而有效地交付高吞吐量的打印。
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一流的可重復性：通過防彈技術，打印頭冗余和實時光學打印床檢查，提供了強大的可重復性。意味著您可以放心打印。
⑧Fraunhofer IWS速度提升千倍的CBC金屬3D打印技術
2021年7月，德國研究機構Fraunhofer IWS透露了一種新式的3D打印系統，這套系統可能比目前基于振鏡的激光制造技術快"一千倍"。據悉，這種打印裝置重點在于一個高功率的13KW "動態光束激光器"，它能夠迅速產生不同的能量分布模式，并精確地打印出極為復雜的材料。這項突破性技術最初由以色列公司Civan Lasers開發，Fraunhofer IWS用相干光束來做金屬3D打印。這種方法被認為是高功率激光工藝的 “巔峰"，它涉及到將激光分割放大成多條相干光線，然后再將它們合并成強大的單束。
△一位工程師在德累斯頓的Fraunhofer IWS安裝耶路撒冷的 "動態光束激光"。照片來自Fraunhofer IWS
在Civan
Lasers公司的案例中，它們已經開發出一種利用部分光束的小相位偏移來調制能量分布模式的方法。與現有的激光器相比，動態光束激光器在光束中心釋放出大部分能量，因此能夠將零件制成復雜的
"環 "或"馬蹄 "形狀。從理論上講，使用光束偏轉光學器件或快速振鏡已經可以做到這一點，盡管每次重新調整都需要幾毫秒。然而，Civan
Lasers公司的方法更快，能夠在微秒內調整激光的能量模式，因此它有可能使動態光束成形首次用于工業規模的金屬3D打印。據FraunhoferIWS的AndreasWetzig稱，這項技術推動了金屬3D打印的極限，將會解鎖新的合金材料在醫療、電動車和航空航天領域的廣泛應用。
技術原理：
- 從理論上講，使用光束偏轉光學器件或快速振鏡已經可以做到這一點，盡管每次重新調整都需要幾毫秒。然而，Civan Lasers公司的方法更快，能夠在微秒內調整激光的能量模式，因此它有可能使動態光束成形首次用于工業規模的金屬3D打印。
- 用相干光束進行金屬3D打印，光源模式是將激光分割放大成多條相干光線，然后再將它們合并成強大的單束；
- 利用動態光束成型來消除部件缺陷，并克服裂紋敏感材料帶來的許多現有挑戰，可應用于為外太空執行任務定制部件或醫用植入物；
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當涉及到激光切割時，動態光束激光器將被證明是目前光纖激光器的兩倍，同時產生無毛刺的切割，并具有良好的邊緣質量。
△預計新的 "CIVAN "將在金屬3D打印中開啟動態光束成型。照片來自Fraunhofer IWS
寫在最后：
盡管從技術層面上看國外在高速金屬增材制造領域的技術理念、設備制造確實領先我國不少，但我們也并不只是落于“眼見他人起高樓”的境地，我們也有著像鉑力特、華曙高科、易加三維等一批受到國外市場認可的佼佼者。中國制造業的轉型需要信心，中國智能制造業的發展更需要耐心，我國增材制造產業當下的規模還遠未發展到像國外那般“火并群雄”的激烈地步。相反，我國在增材制造材料、設備、技術、創新理念都還有著不少短板需要補齊，在增材制造走向產業化的道路上還有諸多未成熟的工藝鏈需要完善。
落后需要追趕，盡管我國并非3D打印技術理念的“起源地”，但我們有著龐大的市場體量和完備的制造產業鏈，加之近年來國家在先進制造產業方面的大力政策扶持，相信未來國內也會涌現出更多優秀的增材制造企業能夠為中國創新“披堅執銳”，亦能走出國門大殺四方。畢竟在彎道超車、后來居上這方面的事，“種花家”沒少干。
(責任編輯：admin)
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