你没有见过的新型金属3D打印技术

jiajoin · 发表于 2018-7-23 16:00:11

传统金属打印现状

现有的3D打印技术主要是以金属粉末为材料，用镭射去做烧结。德国比较有名的US公司机器价格在50万美金以上，切削量比较大的可能达到100万美元以上，可以说价位限制了很多公司使用这项技术。

图1 金属打印喷头

除了设备比较昂贵以外，粉末烧结的方法还有其他一些问题，比如对工作环境、操作人员防护都要求比较高，对于打印中实际应力的变化也需要很高的控制能力。比如下图中自行车座的零件打印就经过了多达9次的制作才获得了满意件。产品完成后去除应力的过程一般在烤箱中进行，时间长达一天左右。

图2

再如下图中的零件，产品在打印过程中形成了基座，因为基座材质和产品材质相同，后期需要将零件从基座上通过机加工等方法拆下来。但金属打印产品就是为了解决复杂结构零件的直接生产问题，这样做效益不高。

图3

所以这样的技术，从设备到人员，从加工到后期处理都有很高的要求，应用时成本比较高昂。

3D打印技术确实有很强的应用潜力，特别是在金属打印零件上面，但是目前存在的一些问题使得这项技术不仅成本难以承受，实际上零件的制作时间与工艺并没有明显提升。

ADAM：全新金属打印工艺

Markforged公司针对此现状开发有一套新的3D打印流程方法Atomic Diffusion Additive Manufacturing（ADAM）。

图4

ADAM技术的特点是混合现有的两种技术，常见的3D打印技术与金属注射成形。设计零部件后在打印时首先把原体放大，因为这项技术中使用了金属粉末、蜡、塑料几种原料，我们最终需要的是金属部分，所以会有一个去处蜡、塑料材料的过程。初始时将零件做大，在去除多余材料后收缩成设计的尺寸，是这项技术最重要的一个部分。

图5

图6

初始打印出的产品被称为绿胚，将具有金属粉末、蜡、塑料几种原料的产品放入药水中，将蜡的部分熔积出来，这个步骤就是图中的“WASH”部分。

图7

此时的零件被称为棕胚，再经过特殊的烤箱制作，通过提高温度将塑料汽化并吹出。塑料汽化后将温度提高到接近金属熔融的温度，金属粉末此时逐渐粘在一起，体积缩小，密度随之提升。

图8

图9

烧结完成后的产品成为银胚，可以进行后续的处理，包括机加工、热处理，或者是直接作为成品使用。下图中机械臂前端夹具就是打印的成品效果。

图10

金属3D打印技术的另一个方面是解决了空心零件的加工问题，通过控制打印过程可以直接形成具有外部稳定形面而内部中空的机构，不必像传统加工一样需要从零件上去一部分的去除下来，用于轻量化的零件时很有优势。

图11

所以利用ADAM技术进行3D打印加工最主要的步骤就是3个：打印机将金属粉末等原材料制作成设计的形状；清洗机将原材料中的蜡去除；通过烧结炉将金属熔积成型。

图12

图13

METAL X作为最新的金属3D打印机器，配合上述的技术工艺流程，解决了常见3D打印的一些技术问题，比如如下的案例：

图14

图14为一家重型机械设备制造商的一款零件，检验气动装置。蓝色部分为开关，金属柱上有一个弯曲的通道，传统的工艺制作这个部分比较困难，不能一次性加工完成，需要四个零件进行组装。这种情况下零件外发，再次组装等都会增加制造成本，3D打印就能够完成一次性的加工，直接打印出中空的结构，零件重量减少了一半，维护和成本也相应减少。

问答环节

Q：3D打印模具冷却水道应用的怎么样？

A：这是可以的，但有一些地方要改变一下。好像不能用图形水路，因为图形水路会有支撑结构。模具应用我们在想不用水路，因为可以打空心的，直接把水流进内腔做冷冻但是还在早期试验。

Q：烧结出来中间材质层有疏松点吗？表层会不会有缺陷？

A：可以做到疏松的结构，也可以做实内的结构。

Q：①请问你们的层厚/精度实际能达到多少？②外表公差在什么范围? ③硅胶模具上应用精度会不会不太好？

A：①最小层厚是50um，烧后是～41um2. ②+- 0.125/25mm.③烧结的东西跟硅胶模具一样，很小的东西都可以保留。