游客您好,您還沒有登錄哦! 免費注冊|登錄
你的位置:首頁  > 編輯推薦新聞
金屬3D打印技術發展現狀及問題
信息來源:世界金屬導報2016-11-01B01      時間:2016-11-02 11:52:36


3D打印技術作為創新性生產技術倍受期待。目前,樹脂成型用3D打印機已經在家電零售店出售,普遍認知度也逐步提高。最近1-2年,全球范圍內對金屬用3D打印機的研發也在迅速推進,隨著產品的尺寸和加工精度的變化,生產方式也逐步多樣化。目前,歐美地區在金屬3D打印機設備、材料兩方面均走在前列,其他國家和地區也在迎頭趕上。本文將對金屬用3D打印機市場的最新形勢進行介紹,探索未來的發展方向。

全球3D打印機制造企業現狀

在鑄造、切削、粉末冶金、噴射成型等各項技術已達到頂峰時,將粉末材料進行燒結、硬化,層疊塑型的3D打印機裝置,作為在金屬加工成型中產生新附加值的新技術而倍受期待。隨著激光的高輸出化和控制、調整技術的發展,新的3D打印機種相繼出現。

據了解,金屬用3D打印機的設備和材料在世界上已達3億美元。盡管與先進的樹脂用打印機相比,僅有1/10左右,但預計2020年將達到12億-21億美元。

整體上,引領3D打印機市場的是美國,而金屬用3D打印機則是德國占有了絕對的市場份額,以最大的EOS公司為首,還有Concept Lasers公司、SLM公司等。日本盡管也有松浦機械制作所、索迪科公司等機械生產企業,但占有的市場份額有限,日本國內企業及研究機構采用的3D打印機基本上都是德國制造。

打印機規格多種多樣。Concept Lasers公司為了減少加工件的殘留應力,采用將加工數據分割為格子狀,隨機照射激光的方式,屬于通用性良好的裝置。SLM公司開發了可搭載多個激光的機種,可應對最長500mm的大型加工件的制造。

美國的3D Syst em公司采

用層疊后用輥滾壓的方法減少微孔,適用于小型精密件加工。瑞典的Arcam公司通過真空下高輸出高溫造型,使得成型零件雜質小且應變極小,主要生產鈦制品,已經被用于醫療、航空領域。進行試制的相關人員表示,最近的趨勢是根據各自不同的加工內容和目的,各公司的設備都越來越具有針對性,逐漸形成不同群體。

2016年9月,美國通用電氣公司(GE)宣布收購業內排名前列的德國SLM公司和瑞典Arcam公司,通過龐大的資本參與,進一步加速3D打印技術的開發。

日本的“復合加工”潮流

在日本,也于2014年以官民聯合的方式,約有30余家企業、研發機構共同設立了國家級項目,把在2019年將高速度、高性能的3D打印機投放市場設為目標。同時,日本民間對3D打印機的開發熱情高漲,機械制造企業及風投企業也紛紛加入其中。

現在日本面臨的問題是如何切入歐美企業占領先機的市場。特別是在歐洲,由于在汽車產業的間接焊接等領域,激光3D打印的實用技術已經非常先進,要趕超其主體技術非常不易。因此,日本企業主要將目光投向歐美關注和投入較少的層疊塑性等后段工序。

金屬用3D打印機的日本國內先驅——松浦機械制作所(福井市)的表面切削復合加工一體化的3D打印機率先投放市場。其他公司也追隨其后,形成了日本企業擅長的結合機械加工和組裝的“復合加工”的賣點。

對于3D打印的價值,業內人士指出,相對于歐美一直在試圖制造出全新的產品,日本則是在探索能夠將已有的加工產品以更低的成本制造出來,可以說是這種重視實用性的想法催生了“復合加工”的趨勢。

日本企業同時還面臨的一個課題就是生產效率問題。DMG森精機制作所已開始銷售將金屬粉末和氬氣同時噴出到激光焦點的高端復合加工打印機。使層疊速度最高提高了10倍,大大提高了生產效率,加工范圍也擴大到直徑600mm、高400mm。該公司提出了“2020年趕上歐美”的目標。

生產噴墨打印機的武藤工業公司開始銷售焊接金屬絲的弧焊立體成型裝置。據稱,該裝置的材料成本為3D打印機的1/10,生產速度為其10倍。這些新的方式,是日本追趕歐美先進技術的關鍵。

日本產粉末材料

3D打印機用的金屬粉末包括特殊鋼、不銹鋼、鈦、鋁等,日本國內目前使用的這些材料幾乎均為歐美生產。這固然是由于進口打印機設備的制造商推薦進口材料而不得不使用,但據使用日本國內企業生產的某種粉末樣品進行試制的人士透露,與進口材料相比,從成本上來看差異明顯。

使用金屬粉末的3D打印機是在平臺上將粉末材料涂覆成50-100μm的金屬鍍層,邊用激光或電子束照射、熔解,邊逐層累積,如此反復作業。應用最多的激光式打印機所用的粉末尺寸為50μm以下,且為提高流動性需要保證均勻性和球形。盡管日本國內粉末生產企業也可采用氣體霧化技術來進行生產,但存在成本上的問題。

粉末制造企業有關人員表示,3D打印機用粉末的大部分成本來自分選和成材率的損失。以鈦合金為例,激光打印機用鈦合金粉末平均粒徑為20-50μm,更為嚴格的也有要求粒徑在30-45μm的(見左圖)。由于不符合要求的均需剔除,因此只要不是該粒徑專用設備,就無法避免成本增加的問題。生產3D打印機的歐美生產企業,如最大型的德國EOS公司,就有專門的3D專用粉末制造企業。盡管目前日本國內的粉末生產企業銷售量有所增加,但均為小批量試用,如果訂單量達不到目前的10倍就不是經濟可行。盡管歐美3D打印機企業瞄準新市場相繼參與到粉末材料領域,但由于前景并不明朗,大部分日本企業并未下定決心進行該業務的先期投資。

鈦合金

鈦合金粉末可以說是日本國產粉末的一個例外領域。在3D打印領域,鈦合金粉末是有望在航空、醫療領域推進應用的礦種,由于熔點高,既可用激光式也可用電子束式。如果采用電子束,低熔點的金屬會蒸發或汽化,而鈦合金則是用電子束熔化鑄錠,相容性方面不存在問題。最近發售了3D打印機用鈦合金粉末的日本大阪鈦技術公司,從20年前就開始從事球狀鈦粉末的生產。原來該公司主要生產噴射成型(MIM)用的純鈦粉末,目前將該技術用于生產3D打印用粉末的生產,產品規格齊全,包括激光用45μm以下、電子束用45-100μm等鈦合金粉末。該公司具有世界最大的150噸鈦合金粉末年產能,同時還擁有獨有的無坩堝熔解的量產方式,在成本競爭力方面具有優勢。

盡管一般情況下設備提供方對不使用自己推薦的材料而發生的故障不進行任何補償,因此用戶所使用的粉末材料也受到限制,但用戶也在尋求品質相當而成本更低的替代產品。相對于獲得高門檻的設備制造商的認證,直接向用戶推廣更為快捷。在這種現實情況下,粉末制造企業對成本的控制是不可避免的課題。

3D打印技術存在的問題

盡管金屬用3D打印機受到很高期待,但存在較多技術性問題。例如,將成型件用線切割方式從板上割離,完成的工作并非如想象的簡單。有時,在打印金屬制品時需要將起到支撐作用、防止變形的粉末材料同時成型,而在成型結束后就需要將這些多余的支撐材料去除。在國外,一般采用人工作業完成這一步驟,但如果是鈦等難加工材料,則需要大量的勞動。

又如,對于平臺上沒被熔化的粉末材料反復使用的問題,雖然據稱可使用10次左右,但如果想要追加材料,卻無法跟蹤追加時間,關于這一問題,甚至有相關人士斷言,這是3D打印最大的缺陷。此外,在產品質量方面,由于空氣或水分卷入而導致的3D打印機內部空隙或熱應變發生機制等尚有許多不明之處。

但是,也有人樂觀地表示,盡管3D打印技術是一個限制條件苛刻、要求技術精細的領域,但對于善于改進和完善的日本而言,金屬用3D打印技術即將迎來黎明。不過,值得指出的是,材料制造企業對需求的應對程度是擴大市場應用范圍的關鍵。

(孟群)

相關新聞

    本文暫無相關新聞!
關于我們    |     聯系我們    |     會員服務    |    版權聲明
本網站所有內容均屬世界金屬導報社所有,未經《世界金屬導報》書面授權,請勿以任何方式轉載,否則即為侵權。
(中國)北京市東城區燈市口大街74號,100730
京ICP備11022607號-3
香港中特公式规律大全