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“間接”金屬3D列印新流派,會對“直接”造成什麼衝擊?

  金屬3D列印是目前3D列印領域最讓人關注的話題,從飛機發動機元件到空間衛星零件的製造都將金屬3D列印變成話題的聚焦點。但實際情況是,金屬3D列印是個寬泛的概念,這其中包含了非常多樣化的技術,這些技術我們通常不加以區分而是堆積在一起相提並論,儘管他們使用不同的列印技術和不同的金屬原料(金屬粉末、金屬絲或者是金屬片材)。   不過,整體上可以分為兩類,第一種是包括粉末床融化(SLM,EBM),直接能量沉積(LENS)等技術的“直接金屬3D列印技術”;第二種是包括金屬注射成形(MIM)、粘合劑噴射、FDM熔融擠出金屬3D列印技術等需要後處理加熱除去粘結劑和燒結的“間接金屬3D列印技術”。並且“間接”技術的相關公司,例如Markforged、Desktop Metal等不斷獲得大額融資,來勢洶洶,風光一時,進而引起《“間接”金屬3D列印新流派,會對“直接”造成什麼衝擊?》這樣的思考和討論接下來,南極熊盤點那些“間接金屬3D列印技術”廠商和設備,讓熊友全面瞭解下,望周知!   Markforged“原子擴散增材製造”(ADAM)技術 廠商:美國3D印表機廠商Markforged 機型:Metal X金屬3D印表機     △Metal X金屬3D印表機   技術解析: ADAM與粘合劑噴射技術有些類似 ,首先,會通過層層沉積被塑膠粘合劑包裹著的金屬粉末構建出3D實體,然後通過燒結將粘合劑去除,最後只留下金屬的部分。值得注意的是,由於燒結過程是一種整體性的燒結,能讓金屬晶體“穿過”粘結層,所以出自這種技術的列印件強度很高,能直接應用於工業。原子擴散是高溫下原子的熱運動打破了晶體的位置束縛而產生的換位與移動,通常在高溫發生的相變和析出過程中,鐵原子和合金原子通過擴散改變相結構和成分,這就是擴散相變。   採用ADAM與粘合劑噴射技術的Markforged 金屬3D印表機使用的材料是線材!不是金屬粉末,而是金屬線材!這意味著METAL X可以更方便的被使用!它不需要嚴格的使用環境,而且,METAL X可列印出來的零部件在經過燒結之後可以直接使用!   △Metal X金屬3D印表機列印過程 Metal X的材料相容性也很好,目前能列印鈦、鋁、高端不銹鋼17-4和303等多種金屬,未來據說還能列印常用於注塑工藝的工具鋼。另外,它還配備了可連接雲軟體Eiger的鐳射檢測系統,能在列印過程中檢測每一個列印層的情況。   Metal X金屬3D印表機樣件 特點: 成本低廉:使用成本僅為其它金屬3D印表機的十分之一,是傳統金屬加工製造的百分之一。 使用方便:基於雲的印表機管理軟體、內置的觸控式螢幕介面和自動跟蹤材料使得Metal X系統是製造金屬零件最簡單的方法。 優勢: 通過列印在塑膠基體中的金屬粉末,消除了傳統金屬3D列印所帶來的安全風險,同時使新的功能,如封閉的細胞填充,以減少部分重量和成本。   Metal X金屬3D印表機參數: 列印尺寸 250mm×220mm×200mm 監測參數 50微米電子束直徑   1微米z軸解析度   機器尺寸 575mm×467mm×1432mm Z軸解析度 50微米 列印材料 17-4不銹鋼   303不銹鋼   A-2工具鋼   D-2工具鋼   6061鋁合金   7075鋁合金   IN Alloy(inconel)625   TitaniumTi-6Al-4V   軟體 單一用戶登錄   雙重身份驗證   管理列印佇列   第一時間使用新功能     基於雲端   本機存放區     以色列XJet納米顆粒噴射成型技術 廠商:以色列XJet 機型:Carmel 700和Carmel 1400     △Carmel 1400  3D印表機   技術解析: XJET 3D列印技術的進化源泉,最開始時候惠普的平面列印技術,接著進化到Objet噴射3D列印技術(材料是石膏粉末+粘合劑+著色劑),現在進化到XJET 3D列印技術(材料是金屬微顆粒+粘合劑),技術路線一脈相承但又得到巨大進步。   技術原理: 1.將大分子金屬顆粒粉碎成納米級顆粒;     2.將納米金屬顆粒注入粘合劑,構成完整的列印墨水;     3.通過特製的噴頭將墨水噴出實現列印;     4.成型之後,構建室會將前面起到的粘合劑蒸發,只留下金屬部分,成型溫度約為300℃:;       技術特點: ①更高的產品精度 ②更靈活的產品尺寸 ③材料利用率高,節約成本 ④直接獲得可應用的產品,不用打磨 ⑤無需惰性氣體或者真空環境,更加安全 ⑥材料選擇方便,顆粒度也可調節 ⑦支撐更容易去掉 ⑧整個列印流程更加簡單 但也有缺點,就是列印件對溫度的耐受能力較傳統金屬3D列印更低。   XJet納米顆粒噴射成型技術列印金屬樣件   這種新技術的好處之一就是能使用普通的噴墨打印頭作為工具。好處之二則是無需借助任何外力即可通過專門的技術融化去除支撐結構 — 與普通的選擇性鐳射燒結(SLS)金屬3D列印工藝需要以同樣的材料建立支撐相比不但更容易實現,能顯著減少浪費,從而降低成本,而且還能給予設計師更大的自由 — 因為它是通過融化去除的,所以理論上可以無限添加。   Carmel 700和Carmel 1400  3D印表機介紹 相同點: ①既能列印金屬又能列印陶瓷,且列印品質(包括表面品質、細節和精度)很高。 ②都採用了互動式觸控式螢幕,操作十分簡單。 ③列印的支撐結構很容易拆除。   不同點: ①Carmel 700的列印尺寸較小,為500毫米 x 140毫米 x 200毫米,Carmel 1400則要大一些,為500毫米 x 280毫米 x 200毫米(約1400立方釐米)。 ②Carmel 1400可以通過app遠端控制和監視,而Carmel 700不行。 ③會使用不同的墨水來列印目標物件和支撐結構。   HP Metal Jet(金屬噴射)3D列印技術(voxel-level binder jetting technology"(體素級粘合劑噴射技術)) 廠商:惠普 機型:HP Metal Jet 金屬3D印表機     △HP Metal Jet 金屬3D印表機 技術原理: 惠普Metal Jet先採用的HP Metal Jet(金屬噴射)3D列印技術列印,然後再進爐燒結。HP黏結劑是一種水基聚合物液體劑,通過熱噴墨打印頭噴射,粘結劑在粉末床上通過毛細作用力浸入粉末間隙,實現均勻分佈,在高溫輻照下將金屬顆粒結合在一起,同時溶劑部分揮發。列印完成之後,零件要進爐燒結,粘結劑在此過程中分解,據惠普公開的資料顯示,零件的緻密度為93%。   技術圖解: 將粉末層層鋪在平臺上,然後選擇性地噴射粘合劑,使金屬粉末固化。列印結束後將零件放入爐中燒結。冷卻後可以對零件進行機加工和拋光,以滿足尺寸和表面光潔度要求。金屬印表機的每個打印頭能夠生成一個108毫米(4.25英寸)的列印頻寬,列印帶包括兩個獨立的結構,每個結構擁有5,280個噴嘴。       惠普Metal Jet優勢: 高效率 成型尺寸430 x 320 x 200 mm。 短短幾天內就可以完成設計反覆運算,加速產品開發。 無需脫脂,無需複雜的後處理。而在金屬注射成型(MIM)中,需要長達20個小時的脫脂過程。 HP Metal Jet解決方案,縮短流程,提高製造效率。   低成本 金屬3D印表機的價格低於399,000美元(約2,740,000人民幣,該價格為2020年HP印表機上市的預估價格)。 HP平臺是開放式的,與低成本材料、燒結後處理方案都有著很好的相容性。 很高的可重複使用率,減少材料浪費。   高品質 實現複雜零件的列印,精度高達1200 x 1200 dpi 。(什麼是dpi呢?指的是把一英寸分為1200等份,每一份的精度)層厚可達到50至100微米。 HP自主研發的專用粘合劑,保證金屬零件的機械強度。 燒結後的密度> 93%,與MIM相似。 嚴格的工業製造技術,實現穩定、一致的列印品質。已經達到甚至超越了ASTM行業標準(美國材料與試驗協會)。     △HP Metal Jet 列印樣件   類似的,還有粘合劑噴射技術專家ExOne推出了X1 25PRO,這是一款結合了公司的INNOVENT +精細金屬注射成型(MIM)技術和生產量能力的新型3D印表機。新機器的開發以MIM,粉末冶金和製造客戶為中心,非常適合批量生產。   △利用X1 25PRO,客戶將能夠使用粉末冶金標準粉末生產高品質的零件,包括316L,304L和17-4PH不銹鋼; Inconel 718和625; M2和H11工具鋼; 鈷鉻合金; 銅; 碳化鎢鈷; 和其他的金屬合金。   瑞典DigitalMetal粘合劑噴射金屬3D列印技術 廠商:瑞典DigitalMetal 機型:DMP2500粘合劑噴射金屬3D印表機   △DMP2500粘合劑噴射金屬3D印表機   瑞典DigitalMetal 閱讀更多...