今年2月,美國(guó)Desktop metal公司推出適合辦公室的金屬增材制造系統(tǒng)(Studio System 2),該設(shè)備適用于小批量、預(yù)生產(chǎn)和最終應(yīng)用。Studio System 2加工流程基于公司的材料擠出技術(shù)(Material Extrusion,MEX),也稱為結(jié)合金屬沉積(BMD)。
在加工過(guò)程中,Studio System 2無(wú)需使用溶劑,避免了早期系統(tǒng)所需的脫脂流程。全新的材料配方允許零件直接從打印設(shè)備轉(zhuǎn)移到熔爐中。正如Desktop metal公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Ric Fulop所說(shuō):“隨著增材制造在全球范圍內(nèi)推廣,Desktop metal公司的這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)能更好地與傳統(tǒng)制造工藝相競(jìng)爭(zhēng)?!?/p>
■Studio System 2緊湊的設(shè)計(jì)適合辦公室打印
8月4日,Desktop metal公司對(duì)Studio System 2金屬增材制造系統(tǒng)使用鈦合金Ti6Al4V進(jìn)行了認(rèn)證,并計(jì)劃于2021年9月正式向市場(chǎng)供貨Ti6Al4V。如果一切順利,Desktop metal有望成為全球首家將Ti6Al4V材料商業(yè)化用于熔絲制造(FFF)金屬增材制造的公司。
Ti6Al4V具有高抗拉強(qiáng)度、耐腐蝕性和生物相容性的特點(diǎn),是目前應(yīng)用最廣泛的鈦合金材料。同時(shí),Ti6Al4V憑借高強(qiáng)度重量比成為航空航天、汽車、石油和天然氣等行業(yè)高性能生產(chǎn)應(yīng)用的理想材料。此外,Ti6Al4V的生物相容性使其還能在醫(yī)療應(yīng)用中有廣闊的應(yīng)用空間,例如手術(shù)設(shè)備和植入物。
在Studio System 2推出之后,Desktop metal公司就通過(guò)其生產(chǎn)了具備足夠機(jī)械性能的Ti64材料零件。其中的拉伸性能包括730 MPa屈服強(qiáng)度、845 MPa極限拉伸強(qiáng)度和17%伸長(zhǎng)率。這些機(jī)械性能表現(xiàn)超過(guò)了ASTM F2885-17標(biāo)準(zhǔn)為金屬注射成型(MIM)外科植入物應(yīng)用設(shè)定。
使用Ti6Al4V材料金屬打印案例
機(jī)器支架
最近設(shè)計(jì)了一種機(jī)器支架,使用陀螺晶格填充物和鈦代替17-4PH不銹鋼,以減輕重量和材料,同時(shí)保持所需的功能強(qiáng)度和剛度。由于支架的復(fù)雜性,使用傳統(tǒng)制造工藝不可能產(chǎn)生最終的幾何形狀。在Studio System 2上用Ti6Al4V增材制造新設(shè)計(jì),最終將零件重量減少了 59%。
■在 Studio System 2 上制作的電動(dòng)機(jī)支架
望遠(yuǎn)鏡對(duì)焦環(huán)
小型望遠(yuǎn)鏡聚焦環(huán)將鏡頭固定在移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡上,該望遠(yuǎn)鏡具有多個(gè)用于定位和聚焦鏡頭的電機(jī)。增材制造的鈦環(huán)可確保所有部件重量輕,允許使用更小的電機(jī)并減少部件磨損和組裝總成本。
通常,像這種部件都是小批量生產(chǎn),如果使用傳統(tǒng)制造工藝則需要投資昂貴的工具或定制夾具。Studio System 2可以在24小時(shí)內(nèi)制作出6個(gè)對(duì)焦環(huán),實(shí)現(xiàn)了成本節(jié)省和高效生產(chǎn)的雙重目標(biāo)。
無(wú)人機(jī)耦合件
無(wú)人機(jī)聯(lián)軸器用于將兩個(gè)組件固定在無(wú)人機(jī)框架上。無(wú)人機(jī)制造的主要挑戰(zhàn)之一是電池壽命,并取決于無(wú)人機(jī)自身的重量。生產(chǎn)鈦合金聯(lián)軸器可以顯著減輕整體重量,同時(shí)保持無(wú)人機(jī)框架所需的結(jié)構(gòu)完整性。
經(jīng)過(guò)測(cè)試,Studio System 2可以每周小批量生產(chǎn)15-25個(gè)零件,然后再將其投入批量生產(chǎn),在小批量生產(chǎn)中無(wú)需任何工具或機(jī)加工。
■從左到右:在Studio System 2上使用鈦合金增材制造的無(wú)人機(jī)聯(lián)軸器、燃料噴射器噴嘴和望遠(yuǎn)鏡聚焦環(huán)
噴油嘴
燃料噴射器噴嘴對(duì)于航空航天工業(yè)的安全和可靠運(yùn)行至關(guān)重要,其作用是負(fù)責(zé)將燃料噴射到燃燒器中以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)。該部件特有的內(nèi)部通道可提高燃燒器性能,但使用傳統(tǒng)制造工藝難以制造。
鈦是噴油嘴的重要材料,因?yàn)閲娮煨枰惺軜O端高溫和壓力,同時(shí)還要保持輕巧。使用 Studio System 2,工程師可在幾天內(nèi)測(cè)試不同的噴嘴設(shè)計(jì),并在不到24小時(shí)內(nèi)就打印出四個(gè)版本的噴嘴樣件。
Privateer Space是一家專注于監(jiān)測(cè)和清理太空垃圾的新衛(wèi)星公司。在Studio System 2的幫助下,該公司團(tuán)隊(duì)將能夠?qū)崿F(xiàn)為衛(wèi)星設(shè)計(jì)和發(fā)射鋪平道路所需的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠和輕量化的能力。通過(guò)與Desktop metal的合作,Privateer Space也加速了太空創(chuàng)新。
# 延伸閱讀 #
熔絲制造(FFF)
熔絲制造也稱熔融沉積制造(FDM),是熱塑性聚合物最常用的3D打印技術(shù)之一。在FFF工藝中,將熱塑性長(zhǎng)絲送入加熱噴頭中熔化或液化,然后擠出并沉積在構(gòu)建模型基板上。當(dāng)熔融材料沉積時(shí),臺(tái)架在水平x-y平面內(nèi)移動(dòng)噴頭。在完成x-y平面中的沉積后,加熱底板垂直移動(dòng)(z軸)。沉積層固化并與相鄰層粘合/焊接,形成所需的3D幾何形狀。
金屬注射成型(metal Injection Molding)
金屬注射成形是一種從塑料注射成形行業(yè)中引伸來(lái)的新型粉末冶金近凈成形技術(shù)。塑料注射成形技術(shù)可以用低廉的價(jià)格生產(chǎn)各種復(fù)雜形狀的制品,但缺點(diǎn)是制品強(qiáng)度不高,為了改善其性能,在塑料中添加金屬或陶瓷粉末以得到強(qiáng)度較高、耐磨性好的制品。
近年來(lái),這種工藝方法已發(fā)展成最大限度地提高固體粒子含量,在隨后的燒結(jié)過(guò)程中完全除去粘結(jié)劑并使成形坯致密化。這種新的粉末冶金成形方法稱為金屬注射成形。金屬注射成型產(chǎn)品由于形狀復(fù)雜,燒結(jié)收縮大,大部分產(chǎn)品燒結(jié)完成后仍需燒結(jié)后處理,包括整形、熱處理(滲碳、滲氮、碳一氮共滲等),表面處理(精磨、離子氮化、電鍍、噴丸硬化等)等。
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