3D打印的新材料,第2部分:金属

金属材料和系统为一次性零件或数百个定制零件的增材制造提供了越来越多的选择。

EOS和Cooksongold的新型PRECIOUS M 080 AM系统为Hoptroff London生产18k金表壳。图片由Hoptroff提供。


霍普洛夫 EOS和Cooksongold的新型PRECIOUS M 080 AM系统为Hoptroff London生产18k金表壳。图片由Hoptroff提供。

W在用金属制造零件时,添加剂,减法和混合技术都可以提供满足您需求的解决方案。系统制造商和支持企业不断想起一句古老的格言:“客户真正想要的是一个孔,而不是钻头”,他们一直在努力提供一种工具,该工具可以简单地完成最终工作。增材制造(AM)有时甚至与减法(传统)工艺相结合,越来越满足了这一需求。

AM在越来越广泛的行业中获得认可。 沃勒斯协会的高级顾问Tim Caffrey报告说:“从2012年到2013年,金属增材制造系统的单位销量增长了75%,增长速度快于整个行业。”他指出,尽管医疗应用在该市场中占据很大的份额,但航空航天业肯定正在增长,指的是GE Aviation在2013年以其EOS直接金属激光烧结(DMLS)技术收购了Morris Technologies。

“ GE航空燃油喷嘴项目的进度比我们想象的要慢一点,但是据我所知,没有B计划,” Caffrey说。他补充说,空中客车与劳斯莱斯(Rolls Royce)和普拉特(Pratt)一起使用AM的情况已经相当明显。&惠特尼。 Aerojet Rocketdyne还致力于3D打印的火箭发动机组件。

在关于AM材料世界的两部分系列的第二篇文章中(请参阅“ 3D打印的新型塑料,陶瓷,复合材料等”,) 桌面工程 2014年10月), 通过长期参与者和该领域的新成员,与标准组织的活动,技术资源以及这些过程背后的市场影响,回顾金属的发展。

AM的金属新闻与细微差别

钛合金,镍合金,钴铬合金和几种不锈钢是用于AM加工的最常用材料,但是多年的幕后开发正在获得更多选择。以下公司仅代表金属增材制造系统中的一小部分;这些都适用于粉末床形式,但是通过不同的技术创建零件。

Fabrisonic 由Fabrisonic SonicLayer 7200系统超声粘合的铜和铝制成的热管理设备。图片由Fabrisonic提供。

9月中旬,EOS宣布已与Cooksongold(英国的贵重金属制造商)合作,推出了PRECIOUS M 080 DMLS系统。 PRECIOUS M 080配备了一个100瓦的光纤激光器,该激光器的光斑尺寸很小,可以提供极高的分辨率,PRECIOUS M 080的构建体积为80mm直径乘以95mm高,包括构建平台。该系统目前使用针对豪华手表和珠宝的各种金合金运行;计划其他材料。今年早些时候,EOS宣布了一种新的耐腐蚀等级的钛TI64ELI钛和一种高度延展性的SS316L,适用于医疗器械和表壳,其自身材料总数达到13种。

3D系统永不止步。 9月,它收购了比利时的LayerWise,后者的激光烧结方法在公司内部增加了另一种直接金属AM工艺。 3D系统专业产品营销传播总监Rachael Dalton-Taggart说:“对LayerWise的收购为我们的产品组合带来了新技术,工具和服务。”她在评论公司不断扩展的金属功能时说:“我们的三台ProX金属打印机是去年从Phenix Systems收购的技术的直接开发。” ProX系统当前支持11种以上的材料,包括青铜,铝和Inconel718。Dalton-Taggart说3D Systems正在测试钼,Inconel 625,纯铜,钨和其他不锈钢/工具钢。金属技术公司(MTI)等客户正在使用ProX设备开发其他材料,包括C-103,一种广泛用于太空应用的铌基合金。

镍基合金因其耐热和耐腐蚀性能而很理想。 阿卡姆的电子束熔化系统已将镍基Inconel 718添加到其材料清单中,加入EOS,3D Systems,Concept Laser,雷尼绍和SLM Solutions等公司,为烧结/熔化提供这种材料。

采用一种非常不同的方法来生产完全致密的AM镍零件,ExOne凭借其喷射式粉末粘结剂技术于5月推出了Inconel 625合金。零件显示出令人印象深刻的99%密度。这一成就使该公司朝着单金属3D打印部件的目标迈出了一大步(与不锈钢/青铜渗透工艺相比)。

ExOne继续在材料开发上投入大量精力,称其ExMAL集团有望每六个月对一种新的工业材料进行鉴定。它还与匹兹堡大学和Elektron镁粉公司合作,开发用于生物医学应用的镁和铁基合金。

定向沉积,梯度合金

将粉末金属床融合是一种制造金属AM的方法。另一种技术是直接金属沉积(DMD),涉及将原料注入加热的熔池中,然后将其熔合到现有零件上,或者直接在构建平台上自由成形。 DM3D技术(以前称为POM)和Optomec在DMD系统上采用了十多年甚至更长时间的变体。 RPM创新和Sciaky是该领域的新成员。美国宇航局的喷气推进实验室也有自己的相关研究计划。

Fabrisonic Fabrisonic的SonicLayer 7200超声增材制造(UAM)系统。超声波焊接工艺在相似或不相似金属的层之间形成固态键。图片由Fabrisonic提供。

沃勒斯协会的Caffrey说,只有DMD才能为金属提供高度期望的多种材料选择。 DM3D技术的首席运营官Bhaskar Dutta指出,需要一支由设计,材料和工艺工程师组成的团队来定义构建此类零件的最佳方法。他的公司在定制混合微结构方面拥有丰富的经验—提供用于组合金属和陶瓷等材料的双料斗和四料斗系统。

通过美国增材制造创新研究所计划America Makes的活动,将金属AM应用于零件维修是一个越来越受到关注的话题。作为这项工作的一部分,Optomec将领导“美国重生”项目,为美国空军维修航空航天金属部件。 Optomec的粉末喂养DMD技术(基于由Sandia National Laboratories许可的LENS工艺)可以将金属添加到几乎任何3D形状的现有基板上。

“我们将展示增材制造相对于传统焊接技术的优势,并为高价值的航空航天部件的关键零件的维护提供一种“修复,不替代”的方法,” Optomec LENS总经理兼Re-生于美国项目负责人。

受客户对大批量维修和制造的要求的启发,2009年RPM Innovations(RPM的一个衍生产品)&Associates公司开发了自己的工业级激光金属沉积(LMD)设备,其尺寸为5x5x7英尺。工作信封和多个供粉器。公司创始人罗伯特·马奇(Robert Mudge)说,编写自己的运动控制软件是24/7全天候运行设备的关键。该公司目前运营着三个这样的系统,可以完成1,500小时的工作。

西亚基公司(Sciaky)是DMD世界中发展迅速的另一家公司,该公司成立于1939年,是一家焊接系统制造商。 2009年,它引入了电子束增材制造(EBAM)工艺,该工艺通过金属丝原料将金属沉积到熔池中。根据零件的几何形状和所选材料,Sciaky VX-110系统可以以7到20磅的速度沉积近净层。每小时在XYZ中超过9英尺的构建封套中。该公司与洛克希德·马丁航空公司和宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室等合作伙伴合作,已获得了美国国防部(DoD)和《美国制造》的几份合同。

属于自己的一类

AM确实是数十种制造技术的总称。总部位于俄亥俄州哥伦布的Fabrisonic正在重新激活分层AM版本,该版本以前称为超声合并,现在称为超声增材制造(UAM)。该公司成立于2008年,是EWI(总部位于俄亥俄州的非营利组织)与Solidica(现已停产,已经开发了低温,基于声音的工艺)之间的合资企业。 UAM通过超声粘合金属箔层来构建物体,然后在每一层之后对固体物体执行精密的计算机数控(CNC)加工。该工艺形成100%致密的零件并支持焊接异种金属—没有形成易碎的金属间化合物。

Fabrisonic的首席执行官Mark Norfolk表示,该公司自2012年以来增长了70%,并提供零件生产和机器销售。其最大的系统用于维修现有零件,甚至可以在弯曲的表面上超声粘结材料。该公司已获得资金,用于增加用于在圆柱形零件上焊接的旋转轴。 UAM工艺独有的一个有趣的选择是在层之间插入连续纤维或不锈钢网,从而创建金属基复合材料,从而在航空航天应用中以低重量增加了高强度。

另一种类型的混合动力是LUMEX Avance-25,这是美国松浦工业株式会社提供的选择性激光烧结(SLS)和加工系统的组合,该设备现在由刀具库提供的立铣刀可容纳20铣削工具。系统操作交替进行10层0.05毫米厚的粉末金属的激光烧结,然后根据需要铣削零件,从而生产出具有高尺寸精度和表面光滑度的成品零件。松浦的目标客户是希望减少复杂模具的生产时间的客户。

德国制造商DMG Mori正在销售自己的混合AM系统版本:Lasertec 65将激光DMD技术与五轴铣床结合在一起。该系统的构建体积为23.6 x 15.7英寸。壁厚可能在0.1mm至5mm之间。

现在又有两个沉积型混合动力系统投入生产。基于英国一项为期四年的研究项目,混合制造技术公司宣布了其AMBIT多任务系统,这是一种由机器人控制的工具的对接系统。支持的功能包括激光熔覆,五轴加工,触摸探针精度测量,抛光,退火甚至清洁,所有操作均在一个设置中。

Optomec还推出了一种称为LENS打印引擎的混合组件,该组件为CNC机器增加了激光沉积功能。 LENS打印引擎可与新的或现有的工具系统一起使用,包括专有的粉末进给器,沉积头,LENS过程控制,光纤激光器支持,集成的刀具路径生成软件和安全软件包。该公司第一个宣布的客户是罗彻斯特理工学院(RIT)的再制造和资源回收中心(C3R)。

第三方资料

随着越来越多的增材制造系统使用非专有粉末,独立供应商的材料开发正在扩大。英国谢菲尔德大学水星中心的工程师与英国罗瑟勒姆的Metalysis合作开发了一种生产钛粉的新方法,该方法比通常的多步,高能耗的Kroll工艺便宜。它通过一个电解步骤从金红石砂(海滩砂中天然存在的钛矿石)中提取钛。 分解首席执行官Dion Vaughan表示,该过程可能“将钛的价格降低多达75%”。该公司还在开发钽粉。

去年Materialise的软件解决方案,咨询服务和生产设施支持了整个增材制造世界,并成立了金属能力研究中心。 Materialize北美市场经理Abbey Delaney表示,该中心的成立是为了向外科医生提供更广泛的产品和服务。他们正在使用纯钛和23级钛材料,特别是创建多孔结构。

考虑开发自己的材料,或至少做R&D上最新的装备?线性模具&工程部门目前正在扩大其设施空间和增材制造机器的能力。

“我们将自己视为解决方案提供商,不仅提供零件生产,还提供培训课程,咨询,并在明年为私人客户R租借'pods'&D”,导演Paul Parzuchowski说。他说线性模具&工程不仅将提供专用或分时的设备,还将提供维护和培训。目的是帮助客户使用高端增材制造系统开发新材料,新技术和新产品。

从专业到个人再到

如果不提及针对台式金属系统的初创企业,那么有关金属增材制造新闻的讨论将是不完整的。 维达系统,matterFab和Newton3D都是今年(以前不存在的)个人金属AM系统领域的竞争者,因此值得继续关注。

在知名企业中,AM的发展每天都在发生。 GE的Avio Aero部门最近开发了一种用于Arcam设备的新型,更高功率的电子束枪,从而可以将轻质的铝化钛用于涡轮叶片的生产。 JPL致力于在旋转杆上沉积金属层,以梯度金属合金制成零件。 2014年3DPrint Show伦敦的嗡嗡声是要注意Stratasys直接进入金属市场,而不是依赖第三方设备。

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帕梅拉·沃特曼

帕梅拉·沃特曼(Pamela Waterman)担任数字工程’的特约编辑长达二十年。通过联系她 (必须启用JavaScript才能查看此电子邮件地址)。.

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