healthytech

rapid prototyping and additive manufacturing

近年來,隨著增材制造技術(俗稱3D打印技術)的普及和應用,金屬增材制造技術開始在制造領域大放異彩,並迅速發展成為3D打印領域最具前景的先進制造技術之rapid prototyping and additive manufacturing一。目前,金屬增材制造技術形成的金屬材料零件正逐步應用於航空航天、醫療器械、汽車制造等領域。

何謂金屬增材制造?

金屬增材制造是增材制造企業技術最重要的一個主要分支。是以中國金屬粉末/絲材為原料,以高能束(激光/電子束/電弧/等離子束等)作為一種刀具,以計算機通過三維CAD數據分析模型為基礎,運用這些離散-堆積的原理,在軟件與數控管理系統的控制下將材料可以熔化逐層堆積,來制造發展高性能金屬結構構件的新型產品制造信息技術。

金屬添加劑制造技術的工作原理

可持續土地管理

選擇性激光熔化技術是從粉末床選擇性激光燒結技術發展而來的。以金屬粉末為加工原料,利用高能量密度激光束將鋪展在金屬基體上的粉末逐層沉積,從而形成金屬零件的制造技術。

電子束進行選區熔化處理技術EBSM

電子束選擇性熔化(EBSM)的原理與SLM相似,但EBSM在真空環境下以電子束作為輸出熱源。 電子束比激光更容易獲得,這可以相應地降低部分加工成本,同時真空工作環境也可以有效地確保許多活性金屬如鈦合金和鋁合金在加熱期間不容易氧化。

激光固態成形技術

激光立體成形(Laser Solid Forming,簡稱LSF)是快速原型技術和激光熔覆技術的有機結合,rapid injection moulding它利用高能激光束將與光束同軸或橫向噴射的金屬粉末直接熔化成液態。通過運動控制,熔化的液態金屬按照預定的軌跡堆積凝固,得到一個在尺寸和形狀上與最終零件非常接近的“近形”零件。

電子束熔絲沉積環境技術EBFF

電子束熔絲沉積(EBFF)是電子束焊接(EBM)和快速成型相結合的結果。 在真空環境中,高能量密度電子束轟擊金屬表面以在先前沉積層或襯底上形成熔池,並且導線材料被電子束加熱以熔化並形成液滴。 當工作台移動時,液滴沿著特定路徑逐滴沉積到熔池中,並且液滴彼此緊密連接,從而逐層形成新的沉積層,直到制造金屬部件或坯料。

電弧三維打印技術

絲弧疊加制造技術(wire arc additive manufacturing technology,WAAM)以MIG、TIG、PA焊機產生的電弧為熱源,通過添加金屬絲,在程序的控制下,在基板上按照設定的成型路徑一層層疊加,層層疊加,直至金屬零件近網狀。

五種金屬增材制造企業技術進行對比

金屬增材制造材料

鈦合金

合金材料具有低密度、高比強度、耐腐蝕、高溫力學性能和生物相容性等特點,是首次在金屬添加技術中研究和廣泛應用的合金材料。 最典型的是TC4鈦合金,適用於激光束/電子束快速成形工藝,主要用於航空航天框架、梁、接頭、葉片等部件。

鎳合金

高溫合金是一種在600 °C 以上的高溫和一定的應力環境下能長期工作的金屬材料,通過在鎳基體中添加適當的元素,具有耐高溫、耐熱腐蝕、抗氧化等優點,主要用於高性能發動機。

合金的最大分支。在增材制造技術的發展曆史中,鋼是一種應用廣泛的重要材料,可細分為不鏽鋼、高強度鋼和模具鋼rapid prototyping types。不鏽鋼具有耐化學腐蝕、耐高溫、機械性能好的特點,粉末成形性好,制備工藝簡單,成本低。

鋁合金

熔點較低,快速熔凝過程中進行溫度變化梯度發展相對來說較小,容易導致加工技術成型且成形件不易產生變形開裂,但是易氧化、具有高反射性和導熱性等特性。目前我國對於提高鋁合金更多的是基於SLM的研究與應用。

鎂合金

最輕的結構合金由於其特殊的高強度和阻尼性能,在許多應用中有可能取代鋼和鋁合金。 此外,本發明具有原位可降解性、優良生物相容性等特點,在生物醫學工業中比傳統合金具有更大的應用前景。

其它合金

它還包括硬質合金、鈷鉻合金、 Cu-Su、 WNI、 Ni-Al、 Nb-Ti-Si 等金屬間化合物材料以及一些梯度材料。

金屬添加制造技術的應用

成形傳統中國制造管理難度大的零件

在制造領域,有些零件形狀複雜,制備周期長,傳統鑄造成型工藝不能生產或消耗。 然而,金屬添加技術可以快速制造出符合要求的零件,並且具有加工周期短、制造成本低、不需要模具和模具的優點。

金屬三維印刷異型水路模設計時間縮短75% ,制造端節省人力50% ,注射模生產周期縮短14% ,制造成本降低16% 。

制備高成本材料零件

金屬結構材料是制造技術領域必不可少的重要影響材料,但是在中國實際的加工生產過程中,卻存在著一個不少研究問題,例如鈦合金、高溫合金、超高強度鋼等材料難加工、加工企業成本高、材料資源利用率低,加工周期長等。