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最新消息| 區域金屬3D打印是對傳統SLM技術的發展更是挑戰 | 2022-10-17 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"https://new.qq.com/omn/20220906/20220906A01LK600.html" 3D打印零件成本的決定因素包括打印速度、裝備投資和原料價格等。在這三者中，打印速度的影響最大，尤其是對于最常見的金屬3D打印工藝——激光粉末床熔融技術（L-PBF），提高打印速度可顯著降低成本。當前，L-PBF系統的打印速度可實現10-100cm3h的制造速度，通過增加激光數量，該速率可以提升到300cm3h，而粘結劑噴射技術（BJ）則可以將打印速度提升至900cm3h（還需漫長的固化燒結）。根據材料的種類以及零件的幾何形狀，體積成本可控制在0.5-1.8美元cm3之間。然而要與傳統的批量制造技術競爭，成本必須降低10倍以上，即低于0.1美元cm3。區域金屬3D打印與現有金屬增材制造技術在制造尺寸、細節特征和打印速度方面的比較（僅做參考）事實也確實如此，當前金屬增材制造技術多用于航空航天、汽車、醫療等有限領域，遠遠沒有普及開來。只有降低零件成本才能提高金屬增材制造技術的采用率。為了降低成本，供應商如今采用增加激光數量的方式加快打印速度。然而，更多的激光器無疑會增加裝備成本，構建速度的提升伴隨著系統折舊成本的增加。與此同時，振鏡的數量也會因激光器數量的增加而增加，因此需要精確校準和專門的熱管理才能準確打印，這無疑會增加系統的復雜性，同時提高成本。通過增加構建尺寸，可攤低單次制造成本，但更大的粉床尺寸將使氣流管理更具挑戰性。傳統制造技術與增材制造技術零件制造成本分析Seurat所推出的區域金屬3D打印技術無疑具備革命性的影響。傳統金屬3D打印系統采用100μm直徑左右的連續激光光斑逐點掃描熔化金屬，而Seurat采用全新的脈沖激光控制技術，可將包含200萬個直徑約為10μm光點的光束投射到10mm的正方形區域中，一個脈沖即可實現一片區域的熔化成形。這種技術相比傳統單激光逐點掃描，構建速度提升了1000倍。實際上，3D打印技術參考注意到，Seurat對金屬3D打印技術的提升還不只是體現在“區域打印”上面，它還具備邊鋪粉邊打印的功能，這無疑會進一步提升制造速度。區域打印和傳統單激光、雙激光、四激光及16激光技術相比的成本和構建速度對比關于區域金屬3D打印的光學控制原理，3D打印技術參考已經通過文字和視頻進行過多次介紹。要了解下面的介紹，需要先閱讀擴展鏈接中的分析文章。傳統L-PBF技術的主要工藝參數包括激光功率、掃描速度和光斑尺寸、分層厚度等，區域打印引入了許多描述脈沖激光和打印準確性的新參數，如脈沖能量、圖案尺寸、每個圖案的像素以及頻率等等。區域金屬3D打印引入的新參數區域打印過程中，每個脈沖會熔化一個圖案化的區域，在很短的時間跨度之后，下一個圖案依次熔化成形，引入圖案大小的參數可以描述打印速度。區域打印還將像素參數引入了粉末床熔融過程。藍光投影儀投射出的圖案都有特定的分辨率，通常有超過230萬個像素點用于定義每個圖案的形狀，每個像素點的尺寸為6-10μm，遠遠超過傳統L-PBF技術的分辨率。藍光投影儀還能夠通過對每個像素的灰度調節實現對激光點功率和曝光時間的控制，這些特點使區域3D打印能夠更好的控制熔化過程，如實現高分辨率打印、制造梯度材料、進行無支撐打印以及消除飛濺等。區域金屬3D打印的真實過程對于用戶而言，引進新3D打印技術的驅動力在于是否能夠提高生產力。金屬增材制造技術最突出的具有高生產率的工藝種類分別是能量沉積和粘結劑噴射工藝，這兩種工藝可以實現400-1500cm3h的構建速率。能量沉積通常采用粉末或金屬絲材通過激光、電子束或電弧等實現沉積，但該技術適合制造大尺寸零件，其分辨率存在很大限制；粘結劑噴射工藝需要打印、固化和燒結至少三個步驟，對于打印而言，生坯的脆弱強度也會限制零件的最小特征尺寸，燒結過程中的變形開裂也需要克服。然而，區域金屬3D打印在具備高速和低成本的同時無疑具備實現大批量制造潛力，它同時還可以保持細節水平和設計靈活性。不同技術在構建速率與細節特征方面的對比Seurat指出，區域3D打印將零件的制造速率提高到了現有金屬3D打印技術的極限之上，這是對傳統L-PBF技術的重要發展。它的構建速率甚至高于能量沉積，但同時保持了激光粉末床熔融工藝所特有的高精度和最小特征制造能力，并有可能進一步提高零件的表面質量和制造靈活性。區域打印、BJ、L-PBF以及電弧沉積工藝在最小特征尺寸、生產率方面的對比（以不銹鋼為例）Seurat的目標是通過進一步降低制造成本打入更大的市場。使用其第一代裝備，可以實現約300美元公斤的制造成本，這已經將金屬3D打印的成本降低了40%，突破了現有的單件成本壁壘；到2025，其第二代設備有望將打印速度提升到現有L-PBF工藝的100倍，使平均零件打印成本將為150美元公斤；到推出其所謂的第X代，則會將制造成本降至25美元公斤以下，從而在金屬制造領域開辟更大的市場。其發展目標是到2030年，將制造成本優勢超過傳統壓鑄工藝，促使增材制造成為主流制造技術。當前金屬增材制造和Seurat幾代設備制造成本的對比根據3D打印技術參考的了解，當前國內某領先的金屬3D打印服務商提供的最便宜的金屬3D打印材料316L不銹鋼的價格為1.8-2元克，對比Seurat第一代設備所提供的300美元公斤制造成本以及其所在的區域，價格的優勢是顯而易見的。西門子能源增材制造戰略與風險投資主管表示，區域金屬3D打印技術改變了增材制造的游戲規則，該技術為西門子能源提供了在未來幾年將3D打印零件制造數量提高十倍的潛力。大眾集團數字創新生產負責人表示，區域金屬3D打印技術將為汽車OEM開辟全新的市場機會，并期待該技術在中等批量生產中具有商業可行性。當前，主流的金屬3D打印技術在原料成本、設備投資及打印速率方面的弊端限制了其發展速度，而鑄造、鍛造以及機械加工等傳統技術的成本結構在過去100年得到了優化。區域金屬3D打印帶來的技術進步是巨大的，至少與傳統的打印方式相比，它具有革命性的變化，并具有挑戰傳統制造技術的潛力。同時，它也是對傳統SLM技術的發展，更是挑戰。注：本文內容由3D打印技術參考整理編輯，轉載請點擊轉載須知。 關鍵字標籤：www.derfang.com.tw |
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