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不需脱脂烧结!施乐电磁喷射金属3D打印技术路线很独特

 南极熊3d打印 2020-12-25

南极熊导读:新的金属3D打印技术层出不穷,各种工艺路线相互竞争而又百花齐放,未来谁会发展得更好?

全球范围内,目前已经出现了不少喷射型的金属3D打印技术产品(都标榜拥有低成本、高速生产这两大优势),例如瑞典Digital Metal粘合剂喷射金属3D打印机DM P2500、惠普Metal Jet Printing 喷射金属3D打印机、ExOne粘合剂喷射金属3D打印机X125PRO、GE Additive粘合剂喷射H2金属3D打印机、武汉易制科技粘合剂微滴喷射金属3D打印机、Desktop Metal粘结剂喷射金属3D打印机、XJet纳米颗粒喷射NPJ金属3D打印机等。要想得到最后的金属零件,他们绝大多数都有需要“3D打印成型→脱脂→烧结”这样的三步曲。

那么问题来了,有没有不需要“→脱脂→烧结”这两个步骤,而“3D打印成型”一步完成的低成本高速喷射金属3D打印技术呢?

答案是 有的!



在很多人看来,2D打印巨头施乐公司似乎是不经意地进入了3D打印行业——通过投资一家做液滴金属3D打印的创业公司Vader Systems;而不是使用Xerox擅长的喷墨喷头、热敏喷头,等技术来做;不打印聚合物,而是打印金属。


△南极熊实拍:Xerox施乐金属3D打印机Polaris看起来非常简洁,像fdm机器一样。不需要保护气体。液滴尺寸为0.012英寸(300μm)至0.20英寸(500μm),每秒可喷射1000个液滴。打印输出最高1磅(0.4千克)/小时。金属线材材料价格,比SLM/EBM一类的粉末床金属3D打印技术的粉末材料便宜约90%



△在Formnext2019德国法兰克福展会上吗,南极熊现场拍摄了施乐公司的展会


△施乐金属3D打印技术官方宣传视频

施乐收购的Vader Systems公司的创办者Zack Vader来自美国纽约,另一个创始人是Zack的父亲Scott。他们使用磁流体动力学(Magneto Hydro Dynamics,MHD)和液态金属喷墨打印(Liquid Metal Jet Printing,LMJP)合并成一种独特的技术:Magnet-o-Jet。这是一种利用电磁力分散熔融金属液态的技术,非常独特,具有原创性。

 
△复杂的喷头部位

它使用金属线材作为原料而不是粉末,并通过磁性控制液态金属滴进行打印。在陶瓷坩埚中加热熔化金属丝成为液态→利用电磁脉冲将液态金属分散成为一个个液滴→通过陶瓷喷嘴喷射出来。磁场使金属滴精确移动到特定位置,然后堆叠成型。生产的零件精度很高,并具有各向同性的材料特性。

△金属液滴堆积过程
 
△打印出特定形状的金属零件


现有市场上的金属焊接一类的线材,成本比较低,并且应用广泛;通过独特的技术去打印这些材料,可以成为一种通用的基础技术。如果把多个液滴金属打印喷头排列成为阵列,或者一个喷头都可以喷射不同的材料种类,应用前景就会更为广阔。目前,他们支持的材料有几种钢(316、718)以及铝等金属。


Xerox公司3D打印业务的领导者Kevin Lewis对施乐金属技术的前景感到兴奋,他说,“我们在现在这个市场环境下进入行业,是非常正确的;我们已经布局了大量的专利,可以让我们在这个技术领域保持长期的竞争力。”
△Xerox施乐液态金属3D打印样件

Vader液滴金属3D打印技术之所以被看好,是因为它可以使用低成本的像铝一样的普通金属线材,并且不需要单独的烧结后处理步骤。对于所有粘合剂喷射金属3D打印初创企业而言,烧结工艺具有非常大的难度:

①零件收缩率不均匀,无法很好地预测;
②不同打印件烧结使用的加热曲线和工艺,会因为零件的几何形状、壁厚、尺寸而有所不同;
③不同材料,烧结工艺差别也很大。


△Xerox施乐金属3D打印机系统界面

Vader液滴金属3D打印技术,避开了脱脂、烧结这种复杂的工艺过程,而且还大大降低了成本,所以Xerox决定了将会持续加大投入。由于Xerox是全球喷射技术的领导者之一,擅长把材料喷射打印到精确的位置,所以是这个技术非常合适的推动者。


并且,施乐已经开始使用AI人工智能软件,其中“ AI技术”与“基于物理的建模”相结合将帮助改善打印效果并使制造的设计更容易。由于其独特的技术,施乐无法使用“现成的切片软件”,在用铝作为原材料的情况下,实现30 x 30 x 30cm的打印尺寸。他们正在开发自己可以配套的切片技术软件。


△人工智能的3D打印切片软件

目前,施乐和RIT Rochester 进行合作,研发铜线材的金属液滴3D打印工艺,提高打印质量、加快打印速度、增加喷头数量、支持更多的材料种类,目标是2020年开始发货。另外,施乐还在多个专业材料领域寻求商业化的应用机会;航空航天和汽车领域的公司,已经对“轻量化设计制造铝合金零件”的应用非常感兴趣。

你认为,不需要脱脂→烧结 这两个步骤的喷射金属3D打印技术,会有什么样的未来呢?欢迎留言交流!

为了让中国了解国外情况,南极熊特别整理了《开眼界了》的3D打印特别视频系列报道(还在不断更新):

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