区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战-金属3D打印工厂

区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战-金属3D打印工厂插图

✅大唐盛世-3D打印一站式服务平台,专注于金属3D打印的设计、加工、定制生产及应用,为新老用户提供钛合金3D打印、不锈钢3D打印、铝合金3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。大唐盛世多年金属3D打印经验,打印精密度高(误差小于0.05mm),售后保证,不满意可重做。

区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战

3D打印零件成本的决定因素包括打印速度、装备投资和原料价格等。在这三者中,打印速度的影响最大,尤其是对于最常见的金属3D打印工艺——激光粉末床熔融技术(L-PBF),提高打印速度可显著降低成本。当前,L-PBF系统的打印速度可实现10-100cm3/h的制造速度,通过增加激光数量,该速率可以提升到300cm3/h,而粘结剂喷射技术(BJ)则可以将打印速度提升至900cm3/h(还需漫长的固化烧结)。根据材料的种类以及零件的几何形状,体积成本可控制在0.5-1.8美元/cm3之间。然而要与传统的批量制造技术竞争,成本必须降低10倍以上,即低于0.1美元/cm3

区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战

区域金属3D打印与现有金属增材制造技术在制造尺寸、细节特征和打印速度方面的比较(仅做参考)

事实也确实如此,当前金属增材制造技术多用于航空航天、汽车、医疗等有限领域,远远没有普及开来。只有降低零件成本才能提高金属增材制造技术的采用率。为了降低成本,供应商如今采用增加激光数量的方式加快打印速度。然而,更多的激光器无疑会增加装备成本,构建速度的提升伴随着系统折旧成本的增加。与此同时,振镜的数量也会因激光器数量的增加而增加,因此需要精确校准和专门的热管理才能准确打印,这无疑会增加系统的复杂性,同时提高成本。通过增加构建尺寸,可摊低单次制造成本,但更大的粉床尺寸将使气流管理更具挑战性。

区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战

传统制造技术与增材制造技术零件制造成本分析

Seurat所推出的区域金属3D打印技术无疑具备革命性的影响。传统金属3D打印系统采用100μm直径左右的连续激光光斑逐点扫描熔化金属,而Seurat采用全新的脉冲激光控制技术,可将包含200万个直径约为10μm光点的光束投射到10mm的正方形区域中,一个脉冲即可实现一片区域的熔化成形。这种技术相比传统单激光逐点扫描,构建速度提升了1000倍。实际上,3D打印技术参考注意到,Seurat对金属3D打印技术的提升还不只是体现在“区域打印”上面,它还具备边铺粉边打印的功能,这无疑会进一步提升制造速度。

区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战

区域打印和传统单激光、双激光、四激光及16激光技术相比的成本和构建速度对比

关于区域金属3D打印的光学控制原理,3D打印技术参考已经通过文字和视频进行过多次介绍。要了解下面的介绍,需要先阅读扩展链接中的分析文章。

传统L-PBF技术的主要工艺参数包括激光功率、扫描速度和光斑尺寸、分层厚度等,区域打印引入了许多描述脉冲激光和打印准确性的新参数,如脉冲能量、图案尺寸、每个图案的像素以及频率等等。

区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战

区域金属3D打印引入的新参数

区域打印过程中,每个脉冲会熔化一个图案化的区域,在很短的时间跨度之后,下一个图案依次熔化成形,引入图案大小的参数可以描述打印速度。

区域打印还将像素参数引入了粉末床熔融过程。蓝光投影仪投射出的图案都有特定的分辨率,通常有超过230万个像素点用于定义每个图案的形状,每个像素点的尺寸为6-10μm,远远超过传统L-PBF技术的分辨率。蓝光投影仪还能够通过对每个像素的灰度调节实现对激光点功率和曝光时间的控制,这些特点使区域3D打印能够更好的控制熔化过程,如实现高分辨率打印、制造梯度材料、进行无支撑打印以及消除飞溅等

区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战

区域金属3D打印的真实过程

对于用户而言,引进新3D打印技术的驱动力在于是否能够提高生产力。金属增材制造技术最突出的具有高生产率的工艺种类分别是能量沉积和粘结剂喷射工艺,这两种工艺可以实现400-1500cm3/h的构建速率。能量沉积通常采用粉末或金属丝材通过激光、电子束或电弧等实现沉积,但该技术适合制造大尺寸零件,其分辨率存在很大限制;粘结剂喷射工艺需要打印、固化和烧结至少三个步骤,对于打印而言,生坯的脆弱强度也会限制零件的最小特征尺寸,烧结过程中的变形开裂也需要克服。

然而,区域金属3D打印在具备高速和低成本的同时无疑具备实现大批量制造潜力,它同时还可以保持细节水平和设计灵活性。

区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战

不同技术在构建速率与细节特征方面的对比

Seurat指出,区域3D打印将零件的制造速率提高到了现有金属3D打印技术的极限之上,这是对传统L-PBF技术的重要发展。它的构建速率甚至高于能量沉积,但同时保持了激光粉末床熔融工艺所特有的高精度和最小特征制造能力,并有可能进一步提高零件的表面质量和制造灵活性。

区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战

区域打印、BJ、L-PBF以及电弧沉积工艺在最小特征尺寸、生产率方面的对比(以不锈钢为例)

Seurat的目标是通过进一步降低制造成本打入更大的市场。使用其第一代装备,可以实现约300美元/公斤的制造成本,这已经将金属3D打印的成本降低了40%,突破了现有的单件成本壁垒;到2025,其第二代设备有望将打印速度提升到现有L-PBF工艺的100倍,使平均零件打印成本将为150美元/公斤;到推出其所谓的第X代,则会将制造成本降至25美元/公斤以下,从而在金属制造领域开辟更大的市场。其发展目标是到2030年,将制造成本优势超过传统压铸工艺,促使增材制造成为主流制造技术。

区域金属3D打印是对传统SLM技术的发展更是挑战

当前金属增材制造和Seurat几代设备制造成本的对比

根据3D打印技术参考的了解,当前国内某领先的金属3D打印服务商提供的最便宜的金属3D打印材料316L不锈钢的价格为1.8-2元/克,对比Seurat第一代设备所提供的300美元/公斤制造成本以及其所在的区域,价格的优势是显而易见的。

西门子能源增材制造战略与风险投资主管表示,区域金属3D打印技术改变了增材制造的游戏规则,该技术为西门子能源提供了在未来几年将3D打印零件制造数量提高十倍的潜力。

大众集团数字创新生产负责人表示,区域金属3D打印技术将为汽车OEM开辟全新的市场机会,并期待该技术在中等批量生产中具有商业可行性。

当前,主流的金属3D打印技术在原料成本、设备投资及打印速率方面的弊端限制了其发展速度,而铸造、锻造以及机械加工等传统技术的成本结构在过去100年得到了优化。区域金属3D打印带来的技术进步是巨大的,至少与传统的打印方式相比,它具有革命性的变化,并具有挑战传统制造技术的潜力。同时,它也是对传统SLM技术的发展,更是挑战。

注:本文内容由3D打印技术参考整理编辑,转载请点击转载须知
✅大唐盛世是一站式金属3D打印服务平台,长年专注于金属3D打印的设计、定制加工、小批量生产及后工序处理,拥有多年精密零件金属3D打印成型经验,旗下的大型金属3D打印生产基地位于东莞大朗镇光辉高新产业园,上万平米的打印生产制造车间,50多台高精度金属3D打印设备,CNC加工中心、4轴加工中心、5轴加工中心、三轴加工中心、铣床、数控车床、三坐标、精雕机、电火花机、钻攻机等配套设备上百台,擅长小公差、复杂结构原型、高精密度的金属零件小批量生产。为新老用户提供钛合金3D打印、铝合金3D打印、不锈钢3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。通过我们3D打印加工的产品被广泛应用于机械、医疗、通讯、电子、电器、汽车、航空航天等各行各业。公司自成立以来始终坚持:为客户提供满意的产品和服务的基本质量方针,严格执行ISO9001质量管理体系,加强6S质量体系的内部实施,并且通过全体员工的共同努力,让每一位客户对我们的服务及产品质量都表示满意。金属3D打印定制就到大唐盛世!

发表评论

https://www.3d-print.com.cn/