南極熊導(dǎo)讀:本期將向熊友們簡單歸納一些主流3D打印工藝,,以及統(tǒng)計1990到2020年第三季度,哪些工藝最受歡迎,。
增材制造(Additive Manufacturing,;AM)是指以三維模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過材料堆積的方式制造零件或?qū)嵨锏墓に�,。三維打�,。�3D printing)是指利用打印頭,、噴嘴或其他打印技術(shù),通過材料堆積的方式來制造零件或?qū)嵨锏墓に�,,此術(shù)語通常作為增材制造的同義詞,,因此,又稱為“3D打印”,。
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2022-7-21 13:36 上傳
△由鈦制成的3D打印噴嘴
它的制造形式,,一般是以逐層沉積的形式構(gòu)建組件。同時,,國際上ISO/ASTM認(rèn)可七種不同類型的增材制造技術(shù):
1,、光固化--紫外光通過逐點或逐層的光照,選擇性地固化液態(tài)樹脂,;
2,、粉末床熔合(PBF)--使用能量源(通常是激光或電子束)將粉末狀金屬或聚合物熔合在一起;
3,、粘合劑噴射--沉積在金屬粉末或沙子上的粘合劑形成了幾何形狀,;對于金屬,通常在打印之后還需要進行燒結(jié),,以熔化粉末,;
4、材料噴射--材料的液滴被精確地沉淀下來,,以建立一個幾何體,;
5、片材層壓--通過超聲波焊接,、釬焊、粘合劑或化學(xué)手段將材料片材堆疊并層壓在一起,;
6,、材料擠出--聚合物長絲或顆粒等材料被加熱并通過噴嘴擠出;
7,、定向能量沉積(DED)--金屬粉末或金屬絲被送入由激光或電子束產(chǎn)生的熔池中,,過程類似于焊接。
另外,,"混合制造"描述了一種,,將增材制造與傳統(tǒng)的減材技術(shù)相結(jié)合的工藝。例如,,一臺數(shù)控機床可以配備一個DED打印頭,,使同一臺機器既能3D打印材料又能銑削。
同時,,南極熊需要特別強調(diào)的是,,這七個系列中的每一個都有不同的3D打印細(xì)分類別,。例如,定向能量沉積(DED)可以使用粉末或線材,,用于制造金屬零件,。光固化則包括立體光刻技術(shù)(SLA)和數(shù)字光處理(DLP)等類別,SLA是點掃描,,而DLP一次固化一層,。
機器制造商也可能有專有工藝或使用不同的術(shù)語,以下除了這7類3D打印工藝之外的一些技術(shù)類型,。
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2022-7-21 13:36 上傳
△數(shù)字光合成(DLS)是一種基于樹脂的3D打印工藝
一,、數(shù)字光合成 (DLS)
數(shù)字光合成(DLS)是Carbon開發(fā)的一種基于樹脂的專有3D打印工藝。
DLS是如何工作的,?
數(shù)字光合成基于立體光刻,。兩種工藝都使用紫外光固化樹脂。然而,,與立體光刻不同,,Carbon的工藝不會在每一層之后暫停。樹脂不斷流過透氧膜上方的“死區(qū)”,,代表零件橫截面的紫外線圖像,,被投射到透氧窗上以固化樹脂。當(dāng)構(gòu)建平臺從樹脂桶中升起時,,零件是倒置的,。
可以使用哪些材料?
Carbon提供的DLS樹脂包括彈性體,、柔性,、剛性和醫(yī)用級聚氨酯、硅酮,、氰酸酯,、環(huán)氧樹脂、聚氨酯甲基丙烯酸酯和牙科材料,。
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2022-7-21 14:00 上傳
△Carbon的數(shù)字光合成3D打印工藝
需要什么后處理,?
打印后,將零件從構(gòu)建板上取下來,,去除所有支撐,。有些材料還需要在烤箱中進行熱固化,這可能需要4到13個小時才能完成,。熱量會引發(fā)二次化學(xué)反應(yīng),,從而增強零件的強度,在清潔和固化后不需要進一步的后處理,。
為什么使用DLS,?
Carbon的DLS 3D打印工藝的連續(xù)性,,避免了零件中產(chǎn)生層線,從而提供可與注塑成型零件相媲美的表面光潔度,。據(jù)說,,DLS零件也是防水和各向同性的,在各個方向上都具有相同的強度,。除了提供制造原型的方法外,,它還可用作制造生產(chǎn)零件的替代方案。
二,、納米粒子噴射(NPJ)
NanoParticle Jetting (NPJ)是Xjet開發(fā)的一種3D打印工藝,。這是一種材料噴射技術(shù),使用粉末材料的懸浮液來構(gòu)建零件,。
NPJ是如何工作的,?
NPJ噴射一種液體,含有懸浮的金屬或陶瓷材料納米顆粒,,以構(gòu)建零件,,同時噴射一種支撐材料。成型過程在250°C的加熱床中進行,,使液體在噴射時蒸發(fā),,從而使顆粒沿各個方向粘附,打印出的3D對象主體和支撐中只有少量的粘合劑,。
可以使用哪些材料,?
Xjet支持使用316L不銹鋼和兩種陶瓷材料(氧化鋯和氧化鋁)進行納米粒子噴射。材料通過墨盒安裝在機器中,,不需要加工或處理,。
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△使用納米粒子噴射技術(shù)制造的陶瓷部件
需要什么后處理?
打印后,,NPJ零件仍保留少量粘合劑,,并可能具有支撐結(jié)構(gòu)。載體材料是水溶性的并且可以溶解在水浴中,。如果需要,可以在這個階段進行加工或拋光,。
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△一個通過NPJ制造的零件的例子,,它的可溶性支持材料仍然是完整的
為什么使用納米粒子噴射?
這種工藝能夠一次制造許多小零件,。根據(jù)XJet的說法,,材料噴射過程可以逐滴控制,對于小型零件,,在±25微米范圍內(nèi),,對于較大的MIM/CIM零件,,在±50微米范圍內(nèi)。最小特征尺寸為100微米,,層高可以為8到10微米,,允許精細(xì)化的細(xì)節(jié)。
由于NPJ使用懸浮材料,,因此無需篩分和其他粉末工藝所需的步驟,。材料可在正常大氣中打印,無需特殊氣體,、真空或壓力,,并且易于回收。
納米粒子噴射的應(yīng)用包括醫(yī)療行業(yè)的助聽器,、手術(shù)工具,、牙冠、牙橋和導(dǎo)鉆器,;用于航空航天和汽車的耐高溫和耐摩擦零件,;以及用于電氣工業(yè)的傳感器。
三,、超聲波增材制造(UAM)
這項工藝由Fabrisonic開發(fā),,通過熔合和堆疊金屬條來制造金屬工件。這項工作是在混合機床上完成的,,機床能夠隨著增材制造的進行而對工件進行CNC銑削,。通過堆疊金屬條進行構(gòu)建,可以實現(xiàn)快速構(gòu)建速度,,從而使大型部件變得實用,。
△視頻:將超聲波增材制造與粉末床融合相結(jié)合
UAM是如何工作的?
在UAM中,,材料不會熔化,,而是通過超聲波焊接進行連接。這種焊接使用高頻振動來連接表面,,同時金屬保持固體,。通過以這種方式逐層焊接,構(gòu)建了堅固的零件,。
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△這種固態(tài)增材工藝使得用不同金屬生產(chǎn)零件成為可能
在高頻超聲波振動和恒壓下,,超聲波運動通過摩擦分解氧化物,使金屬與金屬直接接觸,。
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△這個過程在加熱最少的情況下,,會在薄金屬帶和基板之間形成固態(tài)原子鍵或焊接,多個層一個接一個地焊接在一起以增加高度
重復(fù)此過程,直到構(gòu)建出實體部分,。然后可以使用CNC輪廓銑削,,來獲得所需的公差和零件的最佳表面光潔度。
為什么使用超聲波增材制造,?
硬質(zhì)金屬外表面可以構(gòu)建在由較輕金屬制成的結(jié)構(gòu)上,,以提供耐用性和重量輕的零件�,;蛘�,,兩種截然不同的金屬——比如鈦和鋁可以組合成混雜的層,形成一種混合兩種特性的結(jié)構(gòu),。
這項技術(shù)結(jié)合了增材制造和減材制造的實用性,,允許制造具有復(fù)雜幾何形狀和內(nèi)部通道的零件。使用UAM和機械加工制造的零件的精細(xì)尺寸精度和光滑表面證明了混合制造的可能性,。
四,、選擇性熱塑性電子照相工藝(STEP)
由Evolve Additive Solutions開發(fā)的選擇性熱塑性電子照相工藝(STEP)技術(shù),將2D成像與專有 IP相結(jié)合,,以精確對齊傳入層,,并將它們粘合成完全致密的最終部件,其各向同性特性據(jù)說等于或超過注塑成型,。
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2022-7-21 13:46 上傳
△STEP專為高速,、大批量增材制造和工廠車間集成而設(shè)計
可以使用哪些材料?
該公司表示,,STEP的候選材料與可用于注塑成型的聚合物相同,。然而,將材料作為碳粉提供需要Evolve專有的材料工程技術(shù),。
STEP機器具有多個打印頭,,這可以允許零件中有多種顏色,但另一種可能性是多種材料的可能性,。在逐個體素水平上應(yīng)用的各種不同聚合物,,可以實現(xiàn)單獨在任何單一材料中無法獲得的性能組合。
為什么使用STEP,?
STEP提供了一種在幾天內(nèi)獲得數(shù)千個塑料零件的方法,,而等待模具加工可能需要幾周的交貨時間。而且由于沒有模具,,新技術(shù)在這個數(shù)量水平上的單件成本也低于成型,。
這種工藝可以生產(chǎn)無層紋的零件,STEP將加熱層與加熱部件配合,,產(chǎn)生比FDM等工藝更完整的融合。
五、多射流熔融(MJF)
該工藝是由惠普(HP)開發(fā)的粉末床3D打印工藝,,它以類似于粘合劑噴射的工藝將試劑和粉末粘合在一起,。與基于點對點激光的粉末床融合系統(tǒng)不同,MJF選擇性地將融合劑和細(xì)化劑分布在粉末床上,,并使用紅外光將層融合在一起,。
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△這些通過Multi Jet Fusion制造的樣品零件,說明了工藝的設(shè)計自由度以及可以構(gòu)成單個構(gòu)建的潛在零件種類,。由于打印過程不需要支撐結(jié)構(gòu),,因此可以嵌套和堆疊零件以填充整個構(gòu)建體積
Multi Jet Fusion系統(tǒng)由可更換的構(gòu)建單元組成,可以在MJF 3D打印機和單獨的后處理站之間移動,,以實現(xiàn)快速冷卻和粉末去除,。這種模塊化系統(tǒng)允許打印機和后處理站連續(xù)運行,同時構(gòu)建單元循環(huán)通過,,從而加快零件生產(chǎn),。
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2022-7-21 13:48 上傳
△Periscope外殼是在惠普的Multi Jet Fusion 3D打印平臺上制造的
需要什么后處理?
構(gòu)建完成后,,構(gòu)建單元(帶有封裝部件的整個粉末床)從打印機中取出,,并放入后處理單元以進行快速冷卻。然后將構(gòu)建單元移動到處理站,,在那里通過真空去除松散的粉末,。
與選擇性激光燒結(jié)(SLS)等基于激光的粉末床工藝相比,最終部件據(jù)說具有高質(zhì)量的表面光潔度,、精細(xì)的特征分辨率和更一致的機械性能,。而且,由于加熱是逐層進行的,,粉末填充在零件下方,,因此MJF的翹曲發(fā)生率低于 SLS。
為了提高表面光潔度,,可以對零件進行噴砂處理,,然后進行底漆處理或噴漆處理。如果應(yīng)用需要,,可以對打印部件進行染色或進一步處理,。
可以使用哪些材料?
Multi Jet Fusion與惠普的一系列熱塑性塑料兼容,,包括高可重復(fù)使用性(HR) PA 12尼龍,、HR PA 12 GB(玻璃珠增強尼龍)和HR PA 11。
惠普還支持3D材料認(rèn)證計劃,,并與聚合物3D打印材料供應(yīng)商合作開發(fā)新材料,。材料合作伙伴包括阿科瑪,、巴斯夫、德雷斯勒集團,、贏創(chuàng),、漢高、Lehmann & Voss & Co.,、路博潤和Sigma Design,。
為什么使用Multi Jet Fusion多射流熔融
這項工藝可以在一天之內(nèi)快速生產(chǎn)出功能性原型和最終用途生產(chǎn)零件。如果在每次打印完成時將構(gòu)建單元換出以進行后處理,,則單個MJF打印機幾乎可以連續(xù)運行,。用過的粉末可以通過回收再利用。
MJF的逐層融合比逐點3D打印系統(tǒng)更快,,并且據(jù)說每層都需要相同的時間來融合,,而不管復(fù)雜性如何。使用MJF可以垂直和水平嵌套零件,,用單獨的單獨零件填充整個構(gòu)建體積,。Multi Jet Fusion不需要模具投資或最小訂單量;這些因素加上它的速度,,使該工藝在批量生產(chǎn)中與注塑成型具有競爭力,。
哪些3D打印工藝應(yīng)用最廣泛?
據(jù)悉,,在過去的三年里,,答案發(fā)生了很大變化。截至2020年9月,,擠出聚合物(塑料)機器的銷售最受歡迎,,其次是金屬粉末床熔融機器。
△視頻:來自Context的數(shù)據(jù),,顯示1990年第一季度到2020年第三季度 ,,每個季度按材料和樣式劃分的3D打印機市場的情況
從視頻可知,這些打印機類型按每季度出貨的單位,,乘以它們的系統(tǒng)價格(也稱為系統(tǒng)收入)排序,。使用這一衡量標(biāo)準(zhǔn),金屬3D打印機在過去十年中的收入增長是顯而易見的,。
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