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金屬3D打印工藝、設備、材料、設計未來發展趨勢!

作者:卡卡  来源:www.baoding-sijiazhentan.net  更新时间:2020-03-27 13:24:10  点击次数:

  金屬3D打印工藝、設備、材料、設計未來發展趨勢!

  1、金屬增材制造行業技術未來發展趨勢

  金屬增材制造技術的發展並不是孤立的,其涉及制造工藝、設備、材料、優化設計等各個方面,總的來說,爲獲得更爲廣泛的應用,金屬增材制造技術都在努力向兼顧高性能、高精度、高效率、低成本、更大的加工尺寸範圍和更廣泛的材料適用性方向發展,其目的都是爲了向直接制造最終功能零件發展。

  (1)制造工藝方面

  當前,金屬增材制造工藝的發展,除了對現有較爲成熟的粉末床選區熔化技術、定向能量沈積技術、電弧增材制造技術等結合實際工程化應用經驗及材料、粉末、智能化控制軟件等的技術發展克服缺陷提升優勢外,金屬增材制造工藝主要在以下方面進行拓展:

  1)增減材複合制造技術。增材制造與傳統的減材制造相融合,增材制造技術與機器人、數控機床、鑄鍛焊等多工藝技術相集成,從而提升增材制造技術的成型效率和精度,解決增材制造的複雜結構件難于進行後續機械加工的難題,特別是解決複雜內腔達不到非加工面要求的難題,助力企業實現柔性制造,賦予現有設備或生産線高柔性與高效率。

  2)發展基于新工藝理論的全新的金屬增材制造技術。

  粉末床選區熔化技術、定向能量沈積技術、電弧增材制造技術均是對金屬材料直接燒結型,而將有機粘結劑等其他材料與金屬粉末結合起來,再通過燒結等輔助工藝進行成形的金屬增材制造技術稱之爲“間接金屬3D打印技術”。2018年9月,惠普公司推出了HPMetalJet(金屬噴射)3D打印技術,用于大批量生産金屬零件。HPmetalJet3D打印技術主要流程如下:使用噴嘴選擇性地將粘合劑按照設定的圖形噴射到打印層中,使金屬粉末粘結在一起,下降指定層厚度後,添加新的粉末層,並重複以上流程,直到創建完成整個零件;之後將零件放入燒結爐中進行高溫燒結的致密化處理,使金屬顆粒熔融在一起,同時去除噴灑的粘合劑。在打印過程中沒有金屬粉末熔化、凝固的步驟,金屬粉末材料的燒結是打印完成之後在燒結爐中完成。美國DesktopMetal公司推出的單程噴射金屬3D打印技術,原理也基本類似。這種方法主要面向對成本較爲敏感但對零件性能要求較低的領域,有望開辟大尺寸、高效率、低成本金屬3D打印新方向,需要解決的主要技術問題是燒結過程非均勻收縮導致的零件變形,同時由于成形零件致密度及純淨度等問題,尚無法滿足航空航天等高性能零部件的打印。

  (2)金屬增材制造設備方面

  金屬增材制造設備是實現各種金屬增材制造技術的重要載體,增材制造設備的發展在整個增材制造技術體系中占據非常重要的位置。總體來看,除了持續提升設備效率、打印精度和穩定性外,金屬增材制造裝備的主要發展方向爲:

  1)大型化。增材制造裝備成型尺寸已經步入“米”級時代,增材制造裝備大型化已成爲發展趨勢。

  2)專業化。與大尺寸設備相比,針對不同應用領域的不同需求偏好,增材制造設備向更加專業化和精細化方向發展。

  3)智能化。智能傳感器、數字總線技術等智能部件融入增材制造裝備,增材制造裝備將更加智能化。

  (3)金屬增材制造原材料方面

  隨著金屬3D打印産業化規模的擴大,市場上金屬粉末材料種類偏少、品質偏低、專用化程度不高、供給不足的弊端也日益顯現,因此金屬3D打印專用材料的開發在未來的很長一段時間裏將是重要的研究領域。另外,單一材料也在向複合材料發展,不僅賦予了材料多功能性特點,而且拓寬了增材制造技術的應用領域。

  (4)優化設計方面

  增材制造技術正在加速發展成爲一種強大的生産技術。但是,在工業制造中應用該技術的主要障礙是目前絕大多數工業設計師對增材制造技術缺乏了解,産品設計思維被傳統的等材或減材制造技術所束縛。因此,增材制造與優化設計的互動研究將進一步加強,拓撲優化設計、點陣結構設計、一體化結構設計等輕量化設計將更多的用于金屬增材制造設計領域,同時結合軟件技術發展,仿真技術將驅動設計的優化及實現打印前的質量控制。

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