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企业如何选择适合自己的金属3D打印技术

时间:2014-06-18 21:13 来源:未知 作者:中国3d打印网 阅读:

增材制造 (AM) ,或称 3D 打印,以 21 世纪第一次制造革命的姿态出场,其与由毛胚去除多余材料的减式制造法不同,金属 AM 以一层一层的方式建立功能性最终产品或产品特性。此堆积法较减式制造法提供许多优点,包括增加设计弹性、改善最终产品的效能、减少上市时间、降低制造成本及延长产品寿命等。这些优势驱动 AM 技术广泛应用于产品的生命周期,由新产品开发,至少量制造,至产品修理。 

使用粉末金属 AM ,新产品可以利用减式制造法难以或无法达致的材料性质及几何形状制得。崭新的材料可以藉由掺合两种或多种粉末以形成新的合金及复合物而制得,以面对特定的设计挑战。粉末的组合甚至可以在建造的过程中逐渐改变,以建立功能分级的材料,来避免腐蚀、疲劳、断裂及应力破裂。

 

另外, AM 技术可用于 3D 打印具有内部孔洞的金属零件,例如,冷却通道。AM 法亦可制造具有极佳机械性质的零件。欧洲航空防卫及航天公司 (EADS) 进行一项高循环疲劳试验计画,以评估利用 Optomec LENS 3D 印表机制得之钛样品的性质。EADS 发现样品的机械性质通常等同于锻造金属并且其疲劳性质符合航太标准。多个机构也对其他 LENS 3D 打印的金属进行测试,包括不锈钢及超合金,例如英高镍 (Inconel)  

传统的减式制造法通常涉及数个分段的步骤,以及相关的资本设备及物流需求,而 AM 则可以单一连续步骤制得所欲组件或产品特性的本体,因此降低整个操作数量及节省循环时间与成本。同时,因为 AM 法是以 3D CAD 模型直接驱动,原型化或制造时不需使用工具处理,所以可进一步降低新设计或设计改版的成本及上市时间。此外, AM 法仅在需要的地方沉置材料,所以可以减少浪费。这对使用较高价值的材料(例如,钛及超合金)尤其重要,因为该领域特别重视材料的有效使用。 

航天业以BTF(Buy-To-Fly) 比率定义材料效率,其为原毛胚重量对完工零件重量的比率。使用传统的减式制造法,飞机引擎制造商表示简单零件有高至 85% 的材料浪费,而复杂零件的材料浪费更高达95% ,因此,飞机引擎制造商特别想要使用节省材料的AM 法来制造这些高价值的组件。有些公司甚至将AM 法与减式制造法结合成混合制造法,以充分利用各方法的优势,例如,建造不锈钢电子外壳所需要的时间,由传统全铸造件的 52 周降低至 AM 法的 周。 

AM亦用于延长产品寿命及修复受损的现役零部件,例如,位于美国阿拉巴马州的Anniston陆军补给站使用AM技术修理Abrams M1坦克的引擎组件,M1坦克引擎(例如,Honeywell AGT1500)在沙漠环境中工作,因此会经历极端的磨损,而需要较短的维修周期。因为高温焊接过程所引起的变形效应,使得AGT1500引擎组件难以传统方法修理,如果使用AM法修理,高度集中的雷射光可将能量及粉末化金属准确送至待修区域,因此可以降低热影响区域(Heat Affected ZoneHAZ),而能修理这些引擎组件。 

涡轮机引擎组件的修理通常是针对遭受磨耗损害的翼形区域(例如,尖端)或未施加有效疲劳负载的区域(例如压缩机叶片的某些前缘区域)实施。因为组件设计的趋势移往整合叶片转子(Integrally-Bladed-RotorsIBRs)或桨盘(BlisksBlade/disk),以降低重量及改善引擎效能,这些组件的修理变成重大议题。在传统的桨盘中,如果转台(Stage)的一个叶片损坏或磨损,其可以合理的价格更换。

 

材料

使用LEN吹粉系统的价格(美金/kg

使用传统粉末床系统的价格(美金/kg

Ti-6-4

220-380

2倍以上

不锈钢

16-25

8倍以上

英高镍(Inconel)

90

2倍以上

(责任编辑:admin)

weixin
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