变换金属制造:从减法转加3D智能制造

关键技术向行业过渡4.0

现代制造业正经历由4.0产业驱动的重大技术革命变换旨在实现更高的生产效率、降低成本和更灵活智能化生产流程未来工厂概念将突出突出主要技术,如多层制造、大数据、系统集成和自动化多企业和研发单位为多层制造技术探索投入了大量资金,多层制造技术是驱动这一变化的核心技术之一。传统原型制作和批量制作工具概念正逐步转而快速校验转换表示设计和制造正进入高度定制数字制造技术时代

产业4.0相关九大技术中,归层制造常被称为三维打印,被认为最有可能深刻改变制造业面貌快速验证正在逐步取代工具原型制作的常规实践,直接实现产品换位带新企业模式和产品创新能力技术成熟后,我们正目睹以高定制数字制造技术为特征的时代的到来

金属层化制造是一种添加式制造法,帮助搭建复杂结构而无需模件高度设计自由使得开发应用更容易使用传统减量或塑料积分过程实现前无法实现添加式制造便于生产复杂结构组件、独特内部特征和高定制性产品、轻量级产品和材料高效产品

近些年来,越来越多的公司和个人采用薄化制造组件和产品,激发创新思想,进一步推动产业增长。当前,薄化制造是最常用技术但由于材料有限,它仍然主要适合验证模型和创建结构而无安全约束金属层化制造行业对创新的需求遍及各个部门,包括汽车、医疗、食品、航空航天和工业,驱动高速高精度制造的发展

金属层化制造技术在新兴产业中变得越来越关键,年复一年需求增长应用区遍及整个生产周期,包括产品设计、设备和材料应用、制造和后处理

• 上流-产品设计:产品设计中,计算机3D程序扫描,反向设计器并创建3D产品绘图
• 中流-设备和材料应用:主流金属叠加制造法包括Binder喷射(BJ)、poderBedFusion(PBF)和定向能量存储(DED)。金属层化制造所用材料包括粘合物和金属粉末,包括不锈合金粉末和合金粉等
• 下游-制造后处理:金属叠加后处理部件后处理确保表面满足最终产品所需的外观和尺寸标准

当前传统制造方法包括切割、铸造和造塑由于这些传统过程技术限制,生产像涡轮刀片零件等相对复杂产品构成重大挑战。金属层化制造为创建这些特殊轻量结构提供快速便捷解决方案

金属化制造技术演化

自1990年以来,金属层化制造经历了相当大的增长,各种过程正在开发中。选择性激光熔化法(SLM)是市场中最常用法航空航天和医疗行业主流制造商成功生产高专业处理设备

可持续土地管理特征在于它能创建结构弹性成品,使用各种材料可持续土地管理处理使复杂非规律结构得以生成,并用模化和集成技术这种方法允许创建单件大复合结构,否则无法用替代方法实现。通过大力推广可持续土地管理,业界可克服传统过程限制,进一步提高技术完整性

金属层化制造主要由三种模化技术组成:激光粉末床分解法(LPBF)、Binder喷射打印法(BJ)和定向能量存储法(DED)。

• 激光火药床融合技术
  激光粉床聚变目前是最常用的金属叠加制造法使用激光源扫描热平面粉扫描遍历后平台Z轴下降特定厚度粉状传播装置后在平台上分发新鲜粉状,能源扫描新层通过重复此过程三维对象使用叠加制造原理增量构造后处理包括去除激光未见的任何松散粉末以获取成品
• Binder喷射技术
  粘合喷射过程使用两种或两种以上材料,粉状作为底部和粘合作用作为粉状粒子绑定剂粉状材料分布于构建任务中,喷墨头应用粘贴选择打印位置后再应用新层粉状打印产品需要后处理,包括解绑去除初始粘合和缝合,将变色棕色胚胎编织成固态金属打印产品
• 指令能量存储技术
  DED技术主要使用粉封运输惰性气粉和金属粉,通过激光或其它能源将粉封入高温熔化区DED技术不受火药床大小的限制,可生成大型金属物体或曲线工作件复杂结构特别适合制造和维修航空航天组件

金属化制造特征

由于其高度弹性和可靠性,金属层化制造发现应用范围广三大主流金属层化技术独有特征,使其在许多方面都不可或缺。

• 编程效率
  三大主流金属层化制造技术中BJ最适合批量生产矩阵喷嘴允许大规模图形打印,允许快速生成多模对象可持续土地管理通过使用激光共构技术而提高,大大缩短了造型时间。DED技术制造尚未显示在缩短处理时间方面大有改进
• 机械行为论:
  分层组件性能与成品密度密切相联BJ依赖粘合物而非直接金属熔化,结果成品受孔和高理论密度之苦对比之下,使用LPBF和DED制成品使用高密度能熔化金属粉末沉积模型可实现理论密度99%以上,保证高强度
• 构造大小 :
  BJ编译项目装有绑定器并需要分层解压缩获取金属产品需要分层化和过程耗时性限制了较稠密对象的生产LPBF需要在惰性气压或真空中处理,约束成品大小由模格室维反之,DED打印头可同时喷洒火药和保护性气体,消除火药床机制约束并促成大型物体生产

金属化制造应用

• 压缩制造时间:
  传统金属处理法包括切割、仿造和铸造切割方法涉及各种精密机工技术,往往需要专用固定装置精确处理滚动方法,包括印章、粉压、金属粉注入模件和死铸件等均需生产复杂模件兆德生产可能从5天到60天不等,复杂产品结构甚至需要更长时间。传统铸模方法,如沙和失蜡有限,难以实现许多对象所需的外观特征。金属层化制造消除了对jig和mold生产的需求,从而节省了大量时间。
• 小批量制作
  单样本对象需要时,不需要原型和模版制作高成本和高时间原型和模类生成后,金属叠加制造大大减少成本和生产时间
• 复杂几何:
  复杂形状和结构往往无法通过传统套装结构或模子处理法实现,可以通过金属叠加制造实现。
• 单片处理 :
  环境规范增强后,单件仿真过程由金属叠加制造产生,大大减少传统处理方法造成的物质缺陷。