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3D金属打印的新进展

2015/12/25    来源:e-works    作者:e-works整理      
关键字:3D金属打印  3D打印  
2015年12月3日-4日,由e-works数字化企业网和浙江省企业信息化促进会主办的“第十一届中国制造业产品创新数字化国际峰会”在杭州成功举办。其中,同济大学教授、博士生导师张曙在会上向与会嘉宾介绍了目前金属3D打印的新进展,令大家 耳目一新。

一、产品创新的新纪元

    3D是产品创新的新途径,3D打印是直接数字制造,将CAD实体模型变成2D,按沿着轮廓加工打印,再一层层加以叠加,把2D又变化3D,故也称之为“叠层制造”。

    3D打印不仅可以打印任意复杂形状个性化的产品,还可以根据受力和工作状况合理的分布材料,充分发挥材料的性能,甚至用不同的材料构建零件,为设计师提供了无限的创新空间。汽车、航空航天、模具等重要零件都是金属,而非塑料制成,因此金属3D往往是零件生产而不是非原型制作,处于增材制造技术的前沿。

    金属3D打印最典型的是选择性激光烧结,主要应用在航空航天、假牙、叶片,它打印的原理是什么呢?(如图示)这是一个传统设计的零件,一个是打印出来的零件,轻量化结构、受力均匀、节约材料。

金属3D打印产品

金属3D打印产品

    什么是3D的最新进展呢?不仅是增材,而是增材不断添加的混合。增材制造的原理是通过材料的不断添加而形成,增材有它的缺陷。切削是从毛坯上切除多余的材料而形成,不管是哪种材料过程而言都是减法。切削和增材添加起来,不仅可以构建复杂的零件,而且切削加工具有高效率、高精度、高表面质量的“三高”优点,两者集成一起,就产生了新的前景,为创新开辟了新的天地。

二、激光烧结3D打印与铣削的集成

    介绍一下激光烧结3D打印和铣削的混合。激光烧结是金属3D最主要的方法之一,它借助激光束将混有粘结剂的金属粉末烧结成零件,但最主要的缺点是表面质量比较差。把金属3D打印和铣削加工结合在一台增材制造机床上,无需电建工就能造出申购、薄壁且结构形状复杂的高精度模具,颠覆了传统模具制造的概念和工艺方法,激光烧结和铣削集成交替进行,发挥各自优势,既保持爹层制造的特点,又克服了薄壁、加工复杂等问题。

    例如,三菱电机公司的子公司MC机床系统公司宣布与日本Matsuura机床公司合作开发出了新型LUMEX Avance-25增材制造机床它最大的特点是可以加工具有深沟槽(L×D>17)、薄壁(L×D>24)的结构,比如说这样的电动拧螺丝的外科模具,就可以在一台机床上做出来,它是怎么做出来的?原理是什么?

新型LUMEX Avance-25增材制造机床

新型LUMEX Avance-25增材制造机床

    第一部分,每打印10层,就是激光烧结10层,有了一定厚度形成金属薄片,然后高速铣削精加工一次,再激光烧结10层,再铣削,不断进行,直到把这个零件做出来。第一层是铺粉,然后烧结,这样不断重复10次,高速铣削把轮廓铣削到精度,然后再烧结10次,再高速铣削,直到把这个东西加工完成。

    因此,它经过了三个过程,第一个是铺粉,第二个是激光烧结,第三个是高速铣削。从这六个优点中选择出三个优点:

    第一个优点,复杂的模具无需拼装。复杂的模具传统制造方法是把模具分解成若干组建,然后拼装起来,费时费事,而且不可避免存在误差。在激光烧结3D打印的铣削技术可以一次性把模具烧结完成。过去模具现在就可以一次打印出来。激光烧结和铣削混合。

    第二个优点,3D冷却管道效率高。注射机将融合的塑料注入注塑模,会产生高温,冷却时间很大,等待第二次注塑的时间很长。传统的模具是把模具做好,把四周打好,然后冷却,这个冷却不好,所以过去是靠打管。现在3D打印就可以打印和模具形状表面一样的冷却管。这有什么好处呢?发热表面和冷却表面等距,明显提高了冷却效果,缩短了冷却时间,提高了注射机的生产效率。看到底能提高多少,传统的办法冷却时间18秒,新的办法冷却时间8秒,缩短了10秒,使整个注射周期缩短33%。所以,3D冷却管道的冷却效果高。

    第三个优点,缩短模具制造周期。传统的制造过程不仅要设计模具,为了电加工要设计电极,模具加工和电加工都要数控编程,然后要切削加工和电加工,最后拼装起来进行调整。新的办法呢?大大压缩了时间,压缩了多少呢?分别用颜色表示。黄色的是上面没有的,是3D。用3D打印代替过去的切削加工和电加工以后,使整个模具的设计周期缩短了50%,生产周期缩短了83%,加工时间缩短了80%,整个生产制造周期缩短了38%。

 

责任编辑:程玥
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