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金属3D打印机,在海外应用不断扩大(上)

发布时间: 2015-01-26 12:37 来源: 日经技术在线 作者: 消息 点击: 我要评论 条评论)

2014年11月25-28日,世界最大规模的模具展会“EuroMold 2014”在德国法兰克福举办。会上,主要3D打印机企业悉数带来展品和技术。为亲眼目睹顶尖水平的实机与应用情况,许多观众专程从日本赶来参观。通过展示,欧洲不仅将金属3D打印机运用于试制,还利用其制造产品的姿态呈现在了人们的眼前。

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EuroMold每年在德国举办,是模具产业的全球第一大展会。近年来,包括3D印刷在内的增材制造(AM:Additive Manufacturing)成为了展会的一项重要主题,EuroMold 2014现场在8、9、11号厅举办。11号厅为增材制造专用。

世界各国主要AM产品和服务企业云集的AM展厅比其他展厅更加拥挤,由此可见AM依然受到着高度关注。特别是本届的日本观众要多于往届(大型制造企业的工作人员)。他们此行的目的,似乎是要亲眼见证在AM领域领先的海外企业的动向。在展会现场,使用金属材料的AM装置(以下称:金属3D打印机)的琳琅满目与应用情况的先进性尤其引人注目。

扩大应用的金属3D打印机

在日本,金属3D打印机的应用虽然以模具为中心,正在部分企业扩大,但应用于部件制作还是以试制为主,几乎没有运用于产品制造的先例。反观欧美,金属3D打印机作为飞机部件、牙科用具、珠宝饰品等产品的制造装置,应用正在不断扩大。与这一趋势相映衬,本届EuroMold也展出了大量的金属3D打印机。

在美国3D Systems公司的展位上,高达3m的“ProX 400”十分醒目(图2)。这是利用激光在平铺的金属粉末上进行扫描,使截面形状熔融、硬化的粉床式金属3D打印机,最大成型尺寸达到500×500×500mm。体积为以往机型250×250×300mm的6倍以上。“金属3D打印机的需求越来越大,这款装置满足了用户希望成型更大产品的呼声。本公司装置的特点是在成型时利用滚筒压实粉末,能够制作出密度大而且形状精致的成型品。我们在保持这一特点的同时,实现了大型化”该公司技术人员称。

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图2:3D Systems公司的金属3D打印机“ProX 400”最大成型尺寸为500×500×500mm,大于以往机型(a)。ProX 400成型的轮胎胎面花纹的模具(b)

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图3:意大利Sisma公司的金属3D打印机“MYSINT100”配备触摸式操作面板(a)。设想用来制造小尺寸的机械部件、牙科用具和珠宝饰品等(b)。

意大利Sisma公司展示了2014年5月发布的粉床式金属3D打印机新产品“MYSINT100”(图3)。设想用来试制、制造小型部件、珠宝饰品和牙科用具。MYSINT100在读取STL格式的3D数据后,可以使用触摸式操作面板,轻而易举地完成从生成切片数据到成型的一连串处理。最大成型尺寸为直径100×高100mm。激光输出功率为150W,在氮气或氩气环境下,可以成型青铜、钴铬合金、不锈钢等材料。激光光斑直径与积层厚度分别为50μm和10μm,成型速度约为1小时5cm3。

大型3D打印机企业、在美国和以色列设有总部的Stratasys公司虽然尚未推出金属3D打印机,但该公司总经理Jonathan Jaglom表示,“目前正在对产品化开展调查和研究。兴趣非常浓厚”,透露了今后提供产品的可能性。(注:Stratasys公司于2014年4月收购提供金属成型服务的美国Solid Concepts公司和美国Harvest Technologies公司,将二者纳入了麾下)

直接输出相位优化形状

欧洲还涌现出了活用金属3D打印机的新尝试。欧洲航空航天企业RUAG Space公司与德国EOS公司、美国Altair Engineering公司合作,利用金属3D打印机,制造出了铝合金质地的人造卫星天线支柱(图4)。为了在确保必要强度的前提下减轻重量,天线的设计使用Altair公司的相位优化工具(即以设置的设计区域内,以强度等为限制条件计算是否需要构件的工具),依照优化数据,使用EOS公司的金属3D打印机“EOS M 400”进行成型。在使用粉床式金属3D打印机制造的金属部件中,属于体积相当大的一类。

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图4:3D打印机制造的人造卫星天线支柱以相位优化工具导出的形状为依据。可以成型切削和铸造等方式难以制造的复杂形状。

一般来说,相位优化工具导出的形状复杂,大都伴随曲线和倒扣面,很难采用机械加工和铸造等传统制造技术。因此需要拆分部件、简化形状,通过进行修正,为使用传统制造技术创造条件。

但是,如果使用可成型形状自由度高的3D打印机,无需进行大幅修正,就可以整个制造出与优化工具的导出结果相近的部件。这次展示的天线支柱的重量比以往产品减轻了40%,为配备预定于2015年内发射的地球观测卫星“Sentinel-1B”,目前正在接受认证测试。航天工业为降低发射成本,对于轻量化的要求特别严格,因此在今后,相同的应用方式有望得到推广。

(责任编辑:admin)
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