金属添加剂制造

自20世纪后期以来,添加剂制造改变了制造业自20世纪末的商业成立。由于附加过程继续通过风暴,金属am和许多应用的工艺迁移到生产生产的前沿。

受开放材料平台和更快的印刷速度的新金属AM机器的发布的鼓舞,金属AM系统的销售正在蓬勃发展,预计将创造一个近40亿的收入在2024年的机会。随着金属增材制造技术的不断进步,了解金属AM的好处以及该工艺的众多应用是非常重要的改变制造业面貌

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金属添加剂制造的历史

添加剂制造过程可以其根源可以追溯到20世纪80年代中期随着正在引入更快的产品开发方法。最初称为快速原型设计,该过程能够生产尺寸模型以创建更快的原型来测试模型的拟合和功能。

到1987年,一种新的塑料加工技术被称为立体光刻(SLA)商业化,成为增材制造的第一项专利。有了SLA,制造商可以用激光固化UV光敏液体聚合物,从而比以往更快地生产3d模型。这一添加剂工艺的里程碑为制造商、工程师和设计师提供了比以前更有效地创造产品的新机会。

到20世纪90年代早期,其他聚合物添加剂制造工艺开始商业化。1992年,选择性激光烧结(SLS)开始使用激光将粉末材料熔合成固体。不久之后,金属增材制造获得专利并投入市场。与其他增材制造工艺一样,该技术使金属原型、产品和工具的快速生产成为可能。而引入的金属添加剂制造工艺使金属零件的制造烧结金属粉末的选择,最终的结果是材料与复合材料而不是合金自材料熔点较低可能是现在结合高阻金属、不锈钢等。

金属增材制造和3D打印工艺

加法制造过程通过一层一层地添加材料(金属、塑料或陶瓷)来创建对象。增材制造可以通过加工、切割、车削、整形、铣削和其他“减法”制造过程来增强,甚至在某些情况下取代传统的创建对象的方法。

要使用增材制造制造一个物体,需要使用CAD(计算机辅助设计)软件或通过对要打印的物体进行扫描来创建一个设计。该软件可以将扫描结果转换成精确的框架,以便3D打印机逐层跟踪。

金属增材制造又称金属3D打印,采用添加剂制造工艺,并将其应用于完全金属。通过用能量源或粘合剂层分层金属粉末,可以设计和构造精确的物体。由于添加剂制造机的进步,即使几年前也无法创造的物体现在可以使用各种材料以新的强度和标准制造。

可用于增材制造技术的金属粉末的范围不断扩大。一些最常见的金属材料包括不锈钢、镍、钴铬合金、钛合金和铝。这种不断增加的建筑材料的范围允许制造商选择正确的材料的确切规格和期望的对象。

金属3 d打印

金属增材制造技术

金属添加剂制造方法可以分为用于加入金属的方法,该方法包括粘合剂,加热的喷嘴或激光器。以下是一些最常见的金属添加剂制造技术。取决于所采用的技术,所得到的印刷部分可以是净形或近净形状。

基于激光的粉末床添加剂

粉末床熔合(PBF)方法使用激光或电子束熔化和熔合金属粉末成固体。该技术包括以下金属增材制造方法:电子束熔化(EBM)、直接金属激光烧结(DMLS)、选择性热烧结(SHS)和选择性激光熔化(SLM)。选择性激光烧结(SLS)是一种额外的技术,它使用激光作为电源来烧结粉末材料,尽管在SLS中通常使用聚合物,而不是金属。

不管采用哪种方法,所有基于激光的粉末床技术都需要将金属粉末通过滚轮或刀片覆盖在之前的层上。在添加过程中最常用的金属是不锈钢、钛、铝、钢、钴铬和铜。

金属粘结剂喷射

该金属添加剂制造方法类似于二维喷墨打印机的制造方法。金属粉末喷射到构建平台上,以使用连续或按需下降(DOD)方法打印物体。施加液体粘合剂以通过层组合粉末层,构建所需的物体。刚刚印刷的零件最初是脆弱的,需要加强后处理烧结和渗透。最终结果可以通过可选的精加工过程,其中部件抛光或镀镍或金。

喷射粘结剂的独特优点之一是消除了金属粉末的任何熔化,这可能导致残余应力的积累。它也是最便宜的金属添加剂制造技术之一。

表纹理

这种方法通过粘接、超声波焊接或钎焊将材料层层层地连接在一起,形成一个物体。薄板覆膜方法是低温工艺,可以将不同的材料粘合在一起。通常,薄片叠层方法是为了视觉和美学模型,而不是为了结构使用。

定向能量沉积

这是一个更复杂的3D打印过程,正如它的名字所暗示的那样——一个聚焦的能量源,如激光或电子束,对准建筑材料熔化它,同时它一层一层地沉积。这种技术通常用于修复或增加现有结构的额外材料。定向能沉积(DED)使用加热的喷嘴将熔化的材料(通常是钛或钴铬)沉积到指定的表面,在那里它凝固。

3 d打印技术

金属AM技术的优点

在其存在的过去几十年里,增材制造技术已经有了对制造业的革命性影响作为一个整体。这种组装的能力-打印一个部件作为一个单一的单位,而不是多个部件必须连接或固定-减少材料浪费通常会提高产品的整体质量和性能。除了这种节约浪费的优势,金属AM方法提供独特的好处,包括:

复杂性“免费”

当使用传统的减色制造工艺时,零件设计中的复杂性增加导致越来越较高的成本,以及更加减量铣削,轮廓和整理操作是必要的。使用添加剂时,设计的复杂性增加了几乎没有成本并且通常会降低零件的成本。例如,如果该部件是棱柱形部分 - 从近网状坯料铣削的实心矩形块铣削很简单,需要在工厂上少量通过,因此低成本。使用添加剂的印刷块需要许多通过机器上的通行证,以沉积所需的材料量以构建成形,以更高的成本。但是,如果部分是有机形状 - 想象像树根结构 - 铣削的支架可能需要定制保持夹具和许多机器通过,通常具有多种刀具的变化,以及广泛的工具路径编码都导致高成本.为了用添加剂打印有机形状,使用软件自动产生刀具路径,并且沉积的材料的数量和材料的数量大大降低,导致该部分的较低成本。

减少额外的费用

与传统方法相比,金属添加剂工艺减少了材料浪费。由于原材料是精确地一层一层地建造的,所以几乎不需要从固体物体上减去或刮掉碎片。只使用所需的材料,并将其准确地放置在需要的地方,从而形成金属AM技术资源

此外,金属添加剂制造通过消除昂贵的工具来减少废物,为您的企业节省资金和时间.通过选择合适的金属添加剂制造工艺,您可以访问各种材料以满足您的特定生产需求。

广泛的材料

一种材料的性能和整体性能是由它的化学成分、晶体状态和底层的微结构决定的。这些特性迫使工程师在为特定应用选择材料时接受一定的权衡。然而,由于3D打印技术的进步,这种让步可能很快就会成为过去。

然而,以前的制造商仅限于金属AM使用的材料,有越来越多的金属粉末可以使用。一些较为常见的金属材料包括:

  • 不锈钢
  • 钴铬
  • 钛合金
  • 镍合金
  • 金子

随着增材制造技术的进步,可使用的金属粉末的种类将继续扩大。

改进的设计能力和拓扑优化

通过金属增材制造,可以创建独特而复杂的结构,否则将需要额外的时间和零件。通过合并程序集,对象现在可以制造为单个单元,以更大的强度和效率而不是多个部分,必须连接或固定后制作。

此外,自动化设计的最新进展使产品的生产具有广泛的应用价值。拓扑优化软件允许设计人员指定零件的参数,并允许软件根据所需的结构、功能、热或其他特性定义其结构。最终的设计可以变得更强,更轻,更坚固,更能抵抗自然力量和外部条件。

减少生产时间

金属添加剂制造的众所周知的优势是减少产品在与传统加工相比时从设计阶段转换到最终生产所需的时间。由于在印刷3D后几乎没有具体的加工和工具来处理物体,因此金属罐可以在几天内创建部分而不是几周

利用CMTC加州设施的添加剂制造

金属增材制造听起来像是一种可以被你们的制造业利用的技术吗?就像任何新技术一样,总有一点学习曲线。这就是为什么在我们的指南金属增材制造过程的类型中,我们深入研究了所有上述过程的内部工作,所使用的材料,以及每种方法的优缺点。

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金属添加剂制造工艺的类型指南

关于作者

格雷格Profozich

Gregg Profozich是一家制造,运营和技术高管,他认为,制造业是经济中财富的关键创造者,强大的制造业对我们的国家繁荣和安全至关重要,以及对后代的繁荣和安全。在他20年加上制造业,运营和技术咨询的职业生涯中,Publozich先生帮助制造公司从财富500强到小,独立人士显着提高了他们的生产力和竞争力。

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