最新突破：粘結(jié)劑噴射完成攻克鈦、銅、鋁3D打印制造
3月15日，Desktop Metal宣布，采用自家的Production System?粘結(jié)劑噴射金屬3D打印機(jī)成功攻克Ti64鈦合金與C18150銅合金制造。至此，該公司完成攻克粘結(jié)劑噴射金屬3D打印最為難以成形的鈦、鋁、銅合金的制造。
1. 攻克Ti64鈦合金粘結(jié)劑噴射3D打印制造
鈦合金成形工藝的攻克是與TriTech Titanium Parts公司合作完成的，該材料已獲得后者的認(rèn)證。TriTech專注于鈦合金零部件生產(chǎn)，擁有金屬注射成形、精密鑄造以及粘結(jié)劑噴射3D打印三種生產(chǎn)技術(shù)，可提供從小批量到大批量的鈦合金精密零件制造。
TriTech公司在使用粘結(jié)劑噴射3D打印制造零件時，首先采用該工藝打印生坯，然后在真空中燒結(jié)至約98%的密度，根據(jù)應(yīng)用還會涉及到后續(xù)機(jī)加工或表面精加工。
TriTech負(fù)責(zé)人與DM公司的粘結(jié)劑噴射打印機(jī)
航空航天、船舶和汽車領(lǐng)域是TriTech的主要市場，作為一家經(jīng)驗(yàn)豐富的鈦合金零件制造商，該公司尋求使用不同的工藝制造不同需求的零件。對于3D打印技術(shù)而言，其優(yōu)勢在于制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)，但傳統(tǒng)的基于激光或電子束的金屬3D打印技術(shù)不僅效率低而且成本高昂，難以實(shí)現(xiàn)批量化制造。粘結(jié)劑噴射工藝則是兼具成形效率、成本和復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造的改善型解決方案。
采用粘結(jié)劑噴射3D打印工藝制造的Ti64零件
采用粘結(jié)劑噴射3D打印工藝制造的Ti64零件
TriTech公司的負(fù)責(zé)人Robert Swenson表示，“通過粘結(jié)劑噴射3D打印，即使是最復(fù)雜的鈦合金零件生產(chǎn)也可以大大簡化制造流程并能夠以更低的成本實(shí)現(xiàn)。我們非常自豪能夠成為全球第一家使用粘結(jié)劑噴射3D打印鈦合金的團(tuán)隊，同時能夠?yàn)榭蛻籼峁┻@種新的制造技術(shù)?！?/p>
2. 攻克C18150銅合金粘結(jié)劑噴射3D打印制造
Desktop Metal表示，C18150銅合金成形工藝的攻克是與全球前五名汽車制造商合作的系列生產(chǎn)項(xiàng)目的一部分，這家汽車公司一直較為神秘。
山特維克開發(fā)并提供了C18150粉末，在P-1機(jī)型上完成打印并燒結(jié)后可獲得98-99%致密度，能夠滿足汽車制造商的使用需求，因此獲得了DM的認(rèn)證。C18150是一種鉻鋯銅，兼具強(qiáng)度、導(dǎo)電和耐腐蝕性，適用于廣泛的工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用。它還能夠承受高達(dá)500°C的工作溫度，使其成為汽車行業(yè)某些應(yīng)用的理想選擇。
不過，Desktop Metal并不是第一家認(rèn)證銅材料粘結(jié)劑噴射3D打印的制造商。3D打印技術(shù)參考已經(jīng)報道過，2021年Digital Metal宣布推出純銅3D打印材料，成為第一個為粘結(jié)劑噴射3D打印系統(tǒng)提供官方認(rèn)證的純銅材料和工藝的設(shè)備商。
3. 攻克6061鋁合金粘結(jié)劑噴射3D打印制造
2021年，Desktop?Metal與Exone同時宣布突破了鋁合金粘結(jié)劑噴射3D打印制造。Desktop Metal所采用的材料由Uniformity Labs提供，新型粉末可以進(jìn)行高濃度燒結(jié)，這是兩家公司經(jīng)過多年合作開發(fā)的一種低成本原料，可生產(chǎn)出完全致密的可燒結(jié)6061鋁，伸長率超過10％，并具有相比鍛造6061鋁更高的屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度。Exone雖沒有公布其材料來源，但表示是與福特汽車公司合作實(shí)現(xiàn)的。
Desktop Metal創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Ric Fulop 表示，Desktop Metal很榮幸能與經(jīng)驗(yàn)豐富的制造商合作，為粘結(jié)劑噴射帶來新解決方案。隨著新材料的加入，該公司已經(jīng)可以采用粘結(jié)劑噴射工藝成形23種金屬，包括具有挑戰(zhàn)性的銅、鋁以及鈦。
4. 鈦、銅、鋁粘結(jié)劑噴射3D打印制造的難點(diǎn)
鈦、銅和鋁一樣，是易氧化金屬。根據(jù)3D打印技術(shù)參考此前的介紹，鈦合金的打印和燒結(jié)過程對氧含量很敏感，如果過程控制不好，便難以實(shí)現(xiàn)零件致密化以及好的延伸率，設(shè)備穩(wěn)定性、溫度均勻性都是考量指標(biāo)。這些因素造成采用粘結(jié)劑噴射來打印鈦合金變得困難。
2020和2021年，Desktop Metal分別推出了基于其Studio桌面3D打印系統(tǒng)的純銅和Ti64材料，這是針對以燒結(jié)為基礎(chǔ)的銅和鈦3D打印工藝的一項(xiàng)突破。
同樣在2021年，Desktop Metal和Exone同時宣布突破鋁合金粘結(jié)劑噴射3D打印，這一進(jìn)步則具有更重要的意義，易氧化的鈦、銅在采用粘結(jié)劑噴射打印生坯時無疑將會延用類似的氣氛保護(hù)方法。
Desktop Metal與TriTech的合作則于2022年開始，基于后者本身所擁有的豐富鈦合金注射成形經(jīng)驗(yàn)，將其過渡到3D打印，則將為真正的制造帶來最后的突破。至于銅合金方面，目前則沒有更多的介紹。
5. 評論
在3D打印技術(shù)參考看來，鈦合金、鋁合金以及銅合金能夠采用粘結(jié)劑噴射實(shí)現(xiàn)3D打印制造，無疑將帶來革命性的影響，它將勢必加速金屬3D打印高效、低成本和批量化制造的進(jìn)程，并能拓展更多的行業(yè)應(yīng)用。
但需要指出的是，無論材料是否容易成形，該技術(shù)本身還需要關(guān)注整個制造流程效率的問題。已經(jīng)有許多分析文章指出，該技術(shù)所制造的早期生坯零件存在強(qiáng)度和粉末清理問題，大量的手工操作將為批量制造帶來諸多不利，輕則影響制造效率，重則影響制造質(zhì)量，自動化水平并不比當(dāng)前基于激光的金屬3D打印高。
同時值得注意的是，鋁合金粘結(jié)劑噴射3D打印工藝已經(jīng)突破了兩年，但截至目前，仍未有相關(guān)應(yīng)用的報道。
注：本文內(nèi)容由3D打印技術(shù)參考整理編輯，轉(zhuǎn)載請點(diǎn)擊轉(zhuǎn)載須知。
