2015/5/11 9:40:11 查看:

金属材料的3D打印因金属的熔点比较高,使其金属的固液相变、表面扩散以及热传导等多种物理过程都非常困难。那你知道世界各地的金属3D打印公司有哪些吗?知道他们的制造技术怎样吗?


一般而言,激光快速成型需要用高功率的激光照射试件表面,融化金属粉末,形成液态的熔池,然后移动激光束,熔化前方的粉末而让后方的金属液冷却凝固。周边需要有送粉装置、惰性气体保护、喷头控制等来配套。

金属材料的3D打印制造技术之所以难度大,是因为金属的熔点比较高,涉及到了金属的固液相变、表面扩散以及热传导等多种物理过程。需要考虑的问题还包括,生成的晶体组织是否良好、整个试件是否均匀、内部杂质和孔隙的大小等等。另外,快速的加热和冷却还将引起试件内较大的残余应力。为了解决这些问题,一般需要在多种制造参数配合,例如激光的功率和能量分布、激光聚焦点的移动速度和路径、加料速度、保护气压、外部温度等等。

在所有金属合金中,钛合金尤其受到重视。因为钛合金密度低、强度高、耐腐蚀、熔点高,所以是理想的航天航空材料。但是由于钛合金硬而且脆,所以不宜用切割和铸造的方式来成型。反而是由于它导热率低,在加热时热量不会发散引起局部变形,比较适合利用激光快速成型技术。最后,钛合金材料价格高,利用3D打印技术能够在减轻飞行器重量的同时节省原材料的成本。


让我们来看一下目前在世界上占有一席之地的这些金属增材制造设备:

1、德国的EOS
EOS是金属增材制造领域的领导者,通过使用高能量的激光束再由3D模型数据控制来局部熔化金属基体同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠以生成致密的几何形状的实体零件。这种零件制造工艺又叫作直接金属激光烧结技术Direct metal Laser-Sintering(DMLS)。通过选用不同的烧结材料和调节工艺参数,可以生成性能差异变化很大的零件,从具有多孔性的透气钢,到耐腐蚀的不锈钢再到组织致密的模具钢(强度优于铸造或锻造)。这种离散法制造技术甚至实现直接制造出非常复杂的零件,避免了用铣削和放电加工,为设计提供了更宽的自由度。

2、德国的Concept Laser
德国Concept Laser公司在激光融化技术领域处于领先地位,该公司拥有LaserCUSING®技术专利。Concept Laser 主打的X系列1000R工业级3D打印平台,在构建尺寸在在激光熔融金属加工领域中是最大的。X系列3D打印平台用于汽车和航空航天大尺寸部件的快速制造(相对而言)。

3、美国的Sciaky
Sciaky于2009年开发了一种新型的电子束直接生产技术(Electron Beam Direct Manufacturing, EBDM ),可使用的金属材料包括钛、钽、不锈钢和因科镍合金等。普通的电子束成型技术跟选择性激光烧结技术(SLS)类似,只是用高能电子束代替了激光来烧结铺在工作台的金属粉末,从而使物体成型。而Sciaky公司的技术独到之处则在于:它将打印材料直接送进打印头,用电子束在直接在机头熔融并打印材料。所以Sciaky公司的EBDM技术可以说是一滴一滴的打印金属物品的,其物品制作的精度和质量都非常高,更关键在于它基本不产生任何废料,节省了大量的原材料——考虑到金属的价格,这对降低成本有非常大的作用。

4、英国的雷尼绍(Renishaw)
雷尼绍的激光熔融快速成型技术是使用高能光纤激光直接根据3D CAD生产高密度金属零件的创新型制造工艺。零件由各种微细金属粉末在严格控制的空气环境中经过完全熔化后制成,熔化制造时金属层厚度从20~100μm不等。

5、美国的3D Systems

3D Systems作为世界上市值最大的3D打印公司,使用的是用激光烧结金属粉末层的技术,可用的材料包括不锈钢、钛、钴铬合金及工具钢等。在40余种的产品型号中,直接金属制造的打印机产品仍属少数。3DSystems在2013年7月份以1500万美元收购了法国的PhenixSystems(EPA:ALPHX)81%的股份。这家公司2000年成立,所提供的3款3D打印设备的技术路线也是通过激光来烧结层层铺叠的金属粉末,金属粉末利用自己公司的专利技术生产,包括不锈钢、非铁合金和贵金属等,同时也可以使用SINT-TECH公司提供的马氏体钢和铬钴合金粉末。除了机械零部件外,所制造的设备还可应用于生产无镍钴铬的假牙。

6、瑞典的Arcam

Arcam是一家瑞典企业,于1997年成立,在NASDAQOMX斯德哥尔摩上市(STO:ARCM),该公司采用的是电子束快速成型技术而非激光快速成型。与激光相比,电子束的能量更大,因此融化金属粉末的速度更快;对于表面反光的零件,电子束更有优势;另外,电子束的能量转换效率高,更节省能源。总体而言,制造出的零件质量更高。但是,电子束的缺点在于需要在真空环境中使用,比起激光所需要的惰性气体保护,要求更为复杂;电子束枪的使用没有激光器方便。主要针对的是航天工业和外科整形市场,同时提供多种型号的钛合金粉末和钴铬合金粉末。在外科整形市场上,ArcamAB公司自2007年以来,在全球已提供了3万件以上的植入物。

7、美国的Exone
Exone(NASDAQ:XONE)成立于2005年,提供两种增材制造系统,分别用来打印砂模和金属零件,技术分别起源于德国一家叫做Generis和MIT。砂型的尺寸最大能够做到1800×1000×700mm,而金属的尺寸能够做到780×400×400mm。其所采用的是最早被称作“3D打印”的技术,即用喷头在砂型或者金属粉末中打印粘接剂,扫描成型。对于金属材料,将打印出的模型去掉多余部分,然后在炉中加热去除粘接剂,同时融化金属粉末使之粘结,必要时进行二次加热去除材料中的空隙。除了沙子和金属外,还可以制作玻璃制品。

8、美国stratasys并购SigmaLabs


作为3D打印公司的龙头Stratasys,目前并未有能够制造金属的产品,但是他们表示将通过并购等方式进入到此领域。而SigmaLabs是一家由LosAlamos国家实验室的科学家成立的公司,在OTC市场上交易,提供3D打印技术的软件平台,目前正在与GE合作开发金属零部件的打印技术。