最新突破:粘结剂喷射完成攻克钛、铜、铝3D打印制造

2023-03-17 09:58
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3月15日,Desktop Metal宣布,采用自家的Production System™粘结剂喷射金属3D打印机成功攻克Ti64钛合金与C18150铜合金制造。至此,该公司完成攻克粘结剂喷射金属3D打印最为难以成形的钛、铝、铜合金的制造。


1. 攻克Ti64钛合金粘结剂喷射3D打印制造

钛合金成形工艺的攻克是与TriTech Titanium Parts公司合作完成的,该材料已获得后者的认证。 TriTech专注于钛合金零部件生产,拥有金属注射成形、精密铸造以及粘结剂喷射3D打印三种生产技术,可提供从小批量到大批量的钛合金精密零件制造。

TriTech公司在使用粘结剂喷射3D打印制造零件时,首先采用该工艺打印生坯,然后在真空中烧结至约98%的密度,根据应用还会涉及到后续机加工或表面精加工。


TriTech负责人与DM公司的粘结剂喷射打印机

航空航天、船舶和汽车领域是TriTech的主要市场,作为一家经验丰富的钛合金零件制造商,该公司寻求使用不同的工艺制造不同需求的零件。对于3D打印技术而言,其优势在于制造复杂结构,但传统的基于激光或电子束的金属3D打印技术不仅效率低而且成本高昂,难以实现批量化制造。粘结剂喷射工艺则是兼具成形效率、成本和复杂结构制造的改善型解决方案。


采用粘结剂喷射3D打印工艺制造的Ti64零件


采用粘结剂喷射3D打印工艺制造的Ti64零件

TriTech公司的负责人Robert Swenson表示,“通过粘结剂喷射3D打印,即使是最复杂的钛合金零件生产也可以大大简化制造流程并能够以更低的成本实现。我们非常自豪能够成为全球第一家使用粘结剂喷射3D打印钛合金的团队,同时能够为客户提供这种新的制造技术。”

2. 攻克C18150铜合金粘结剂喷射3D打印制造

Desktop Metal表示,C1815 0铜合 金成形工艺的攻克是与全球前五名汽车制造商合作的系列生产项目的一部分,这家汽车公司一直较为神秘。


采用粘结剂喷射3D打印工艺制造的C18150铜合金零件

山特维克开发并提供了C18150粉末,在P-1机型上完成打印并烧结后可获得98-99%致密度,能够满足汽车制造商的使用需求,因此获得了DM的认证。C18150是一种铬锆铜,兼具强度、导电和耐腐蚀性,适用于广泛的工业和商业应用。它还能够承受高达500°C的工作温度,使其成为汽车行业某些应用的理想选择。


采用粘结剂喷射3D打印工艺制 造的C18150铜合金零件

不过,Desktop Metal并不是第一家认证铜材料粘结剂喷射3D打印的制造商。3D打印技术参考已经报道过,2021年Digital Metal宣布推出纯铜3D打印材料,成为第一个为粘结剂喷射3D打印系统提供官方认证的纯铜材料和工艺的设备商。

3. 攻克6061铝合金粘结剂喷射3D打印制造

2021年,Desktop Metal与Exone同时宣布突破了铝合金粘结剂喷射3D打印制造。Desktop Metal所采用的材料由Uniformity Labs提供,新型粉末可以进行高浓度烧结,这是两家公司经过多年合作开发的一种低成本原料,可生产出完全致密的可烧结6061铝,伸长率超过10%,并具有相比锻造6061铝更高的屈服强度和极限抗拉强度。Exone虽没有公布其材料来源,但表示是与福特汽车公司合作实现的。


Exone已成为Desktop Metal的一部分

Desktop Metal创始人兼首席执行官Ric Fulop 表示,Desktop Metal很荣幸能与经验丰富的制造商合作,为粘结剂喷射带来新解决方案。随着新材料的加入,该公司已经可以采用粘结剂喷射工艺成形23种金属,包括具有挑战性的铜、铝以及钛

4. 钛、铜、铝粘结剂喷射3D打印制造的难点

钛、铜和铝一样,是易氧化金属。根据,钛合金的打印和烧结过程对氧含量很敏感,如果过程控制不好,便难以实现零件致密化以及好的延伸率,设备稳定性、温度均匀性都是考量指标。这些因素造成采用粘结剂喷射来打印钛合金变得困难。


粉末处理环节

2020和2021年,Desktop Metal分别推出了基于其Studio桌面3D打印系统的纯铜和 Ti64材料,这是针对以烧结为基础的铜和钛3D打印工艺的一项突破。

同样在2021年,Desktop Metal和Exone同时宣布突破铝合金粘结剂喷射3D打印,这一进步则具有更重要的意义,易氧化的钛、铜在采用粘结剂喷射打印生坯时无疑将会延用类似的气氛保护方法

Desktop Metal与TriTech的合作则于2022年开始,基于后者本身所拥有的丰富钛合金注射成形经验,将其过渡到3D打印,则将为真正的制造带来最后的突破。至于铜合金方面,目前则没有更多的介绍。

5. 评论

在3D打印技术参考看来,钛合金、铝合金以及铜合金能够采用粘结剂喷射实现3D打印制造,无疑将带来革命性的影响,它将势必加速金属3D打印高效、低成本和批量化制造的进程,并能拓展更多的行业应用。

但需要指出的是,无论材料是否容易成形,该技术本身还需要关注整个制造流程效率的问题。已经有许多分析文章指出,该技术所制造的早期生坯零件存在强度和粉末清理问题,大量的手工操作将为批量制造带来诸多不利,轻则影响制造效率,重则影响制造质量,自动化水平并不比当前基于激光的金属3D打印高。

同时值得注意的是,铝合金粘结剂喷射3D打印工艺已经突破了两年,但截至目前,仍未有相关应用的报道


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