金属3D打印的基本概念:
金属3D打印技术的核心思想起源19世纪末的美国,但是直到20世纪80年代中期才有了雏形,1986年美国人Charles Hull发明了3D打印机。我国是从1991 年开始研究3D打印技术的,2000年前后,这些工艺开始从实验室研究逐步向工程化、产品化方向发展。当时它的名字叫快速原型技术(RP),即开发样品之前的实物模型。现在也有叫快速成型技术,增材制造。但为便于公众接受,把这种新技术统称为3D打印。 3D打印是快速成型技术的一种,它是一种以数字模型设计为基础,运用粉末状金属或树脂等可粘合材料,通过逐层“增材”打印的方式来构造三维物体的技术。金属3D打印被称作“上个世纪的思想和技术,这个世纪的市场”。
金属3D打印材料是金属3D打印技术发展的重要物质基础,在某种程度上,材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。目前,金属3D打印材料主要包括工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等,除此之外,彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料以及砂糖等食品材料也在金属3D打印领域得到了应用。
金属3D打印所用的这些原材料是针对金属3D打印设备和工艺而研发的,与普通的塑料、石膏、树脂等有所区别,其形态一般有粉末状、丝状、层片状、液体状等。通常,根据打印设备的类型及操作条件的不同,所使用的粉末状金属3D打印材料的粒径为1~100μm不等,而为了使粉末保持良好的流动性,一般要求粉末要具有高球形度。
有的时候模型可以顺利地打印完成,但是模型表面并不均匀,有很细小的坑洼或者是凸起的颗粒出现,影响模型的视觉效果。
导致坑洼和颗粒的原因一般来说就是挤出材料不均匀,有时多有时少。这时一种情况是3D打印线材的品质不佳,线材本身粗细不均匀引起挤出量不均匀,另一种情况是喷嘴内有异物阻塞,挤出速度不能有效地控制。
3D打印模型出现错层时我们的个工作就是检查料盘看能不能顺利释放料丝,检查料轴看能不能让料盘顺畅转动。遇到料丝缠线不佳无法顺利释放,往往导致整盘料丝无法使用,而这种情况在线材缠料的耗材上又经常出现。目前我们还没找到好的应对办法,只有更换料盘。
另外有一种可能就是3D打印机本身皮带松动,快速移动时出现皮带打滑。这就是3D打印机本身的质量问题了,建议联系厂商来解决。
解决办法很简单,对于线材品质不佳的情况更换材料,好使用3D打印机原厂搭配的耗材。而喷嘴内有异物的情况可更换喷嘴。如果是选用第三方耗材而对厂家的生产品质又不了解,可以要一些样品用千分尺选10个测量点动手一测,就明了了。
极少出现的情况是挤出的步进电机或者齿轮出现异常。判断这种情况,只需要把打印选项中的挤出速度分别调高和调低、做两次3D打印。当低速时表面比较平整、高速时表面明显更多坑洼和颗粒,基本可以认为是步进电机或者进料齿轮的状况,建议联系厂商解决。
在打印悬空结构比较多或者有形状的悬空结构时,常常会遇到悬空的部分不能打印的情况,这个时候往往是支撑出现了一些问题,对悬空部分不能起到很好的支撑作用。
威立三维公司利用3D打印技术制造出了长达2米的完整汽车仪表盘。它长2m,宽5,高70cm,是由20多个打印的零部件无缝拼接而成的,之后还经过了打磨、包胶、电镀、喷漆、攻丝、拼接6种工艺处理,误差值1,工艺,细节考究。强度与精度两全其美。汽车仪表盘的细长类零件,需要分段切割才能在缸体内进行有效烧结成型,为便于后续有效地拼接和紧固,我们采用“鸠尾”的切口形状,这样拼接后能接口在平面方向的强度。拼接时,采用化学药剂进行粘接,然后打磨,以其强度和精度不亚于一体式打印结果。整个制造仅耗时不到1周,与传统工艺相比缩短了80%,节约了66%的人工成本和45%的制造成本。
塑料3D打印的注塑模具有点像我们院子里的的塑料棚,它比金属棚便宜,塑料棚搭建速度很快且在低载荷下表现良好。但是在高载荷下仍要用到金属材质。3D打印模具有自己的一席之地,有些企业在3D打印模具的应用上比较成功。支持者称3D打印模具比传统模具加工方式快达90%、便宜达70%。在某些情况下这可能是真实的,但是明白金属模具相比3D打印塑料模具的优势/劣势非常重要。
3d打印模具优点直接的优势是节约材料,不消除边角材料,提高材料利用率,放弃生产线,降低成本;
第二,它可以实现和复杂度,除了显示形状曲线上的设计。
第三,不再需要传统的、夹具和机床或任何模具,可以直接从计算机图形数据生成任何形状的零件;
第四,它可以自动、快速、直接、准确地将计算机中的设计转化为模型,甚至直接制造零件或模具,从而有效地缩短了产品开发周期;
第五,3D打印可以在几个小时内成形。它允许设计师和实现从计划到实体的飞跃;
第六,它可以打印组装后的产品,降低了组装成本。它甚至可以挑战大规模生产。
第七,相比传统模具3d打印模具的生产周期更短,可以根据打印出来的模具进行快速生产。
3D打印汽车
汽车大部份零件采用3D打印技术制造,如全部采用3D打印技术制造,目前来说还太可能。橙红色车身,三个轮子、双座位,扁长圆的外形显得小巧可爱,很有未来感,底盘为不锈钢制成,包括玻璃嵌板在内的所有外部组件都是通过我公司的大型3D打印设备生产。它是一辆三轮、双座混合动力车,具有时尚前卫的流线型外观,使用电池和汽油作为动力,百公里耗油1.17升,单缸发动机制动功率只有8马力,车速可达每小时100公里至110公里。整个汽车的重量为1200磅,成本大概在5万美元左右。