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巨型超高速金属3D打印设备
发表时间:2016-04-13 15:42来源:《装备制造》 字体:[][][] [打印] [关闭]

中国制造升级的催化剂

在3D打印的世界里,金属3D打印技术代表了这一领域的最前沿,而在金属3D打印技术中,最“高精尖”的当属电子束增材制造(EBAM)技术了。

文 亿讯

虽然2015年12月份在上海世博展览馆举办的Inside 3D打印产业全球高峰论坛暨巡展已圆满落幕,但参展商和观众对于由上海亿安公司联手美国EFESTO公司第一次带入中国展示的美国西亚基巨型超高速金属3D打印机所打印的钛合金样品引起的兴趣却意犹未尽。

在3D打印的世界里,金属3D打印技术代表了这一领域的最前沿,而在金属3D打印技术中,最“高精尖”的当属电子束增材制造(EBAM)技术了。

相对于目前占金属3D打印市场主流的选择性粉床激光烧结技术(SLS),亿安公司引进的EBAM金属3D打印技术并不为人们所熟知,事实上,该技术在美国已征服业界,并被许多世界500强如洛克希德马丁等公司所采用。

EBAM金属3D打印技术是目前世界上已知的最具成本效益的金属3D打印技术。EBAM技术使用电子束作为能量源,通过定向能量沉积、逐层增加的方法创建出来的金属部件都近乎纯净,包括高价值的金属钛和钽。EBAM金属3D打印机使用金属线材作为打印材料,并使用功率强大的电子束枪将其熔化成型。

相对于主流的SLS技术,笔者认为以下的优势是EBAM技术拥有最佳成本效益并被广泛应用主要原因:

超快的打印速度 EBAM技术的打印速度一般维持在每小时3至9公斤(金属)之间,但其极限速度可达每小时13.6公斤!这在目前占金属3D打印市场主流的、还在以每小时打印多少克金属为计量单位的SLS技术面前,EBAM像是一个巨人般地存在。

巨大的打印尺寸 展会现场所展示的EBAM工艺打印的长度2米的钛合金螺旋形搅拌器样品吸引了大量观众围观,并对其超大尺寸叹为观止。EBAM 300型设备允许最长打印工件尺寸为5.8米,某些特别定制版的EBAM设备打印尺寸更可达7.2米,接近于一辆小巴车的长度,是目前世界上最大型的金属3D打印设备。反观SLS技术受制于粉床尺寸,目前大部分设备的打印长度极限不超过0.5米。

高真空工作环境 EBAM技术要求打印环境为真空,压强低至 5x10-6 Torr。

通过大功率真空泵,EBAM设备可以15分钟抽真空完毕,大大提高了操作时间。而对于工作环境还是惰性气体的SLS技术,每次打印工件时所节省的惰性气体也是一笔不小的成本效益。

以金属线材为原材料不同于其它金属3D打印技术所使用的粉材,EBAM打印机使用的是直径为1.5至3毫米的线材。其优点是:金属线材的成本大大低于金属粉材。经多年技术沉淀后,在西亚基所独创的闭环控制系统(CLC)的控制之下,线材百分之百进入熔池,最终成型为加工件,这是使用粉材的SLS技术所无法比拟的材料利用率。如果再配上2个多至4个的进线器,该设备还可用于修复受损的零部件、多种合金或不同粗细的同种合金的混合3D打印、梯度功能材料(FGM)的研发等等。

可用于打印大部分金属或合金以及高熔点金属。得益于42kW的大功率电子束发生器,以及电子束90%以上的高能量转换率,使得钨、钼、钽、铌这些高熔点金属也可以被用于金属3D打印。而像工业上广泛使用的钛合金、镍合金、工具钢、铝合金、锆合金以及镍铜合金等金属就更显得容易了。这使得EBAM设备在不久的将来可被用于服务中国的航天航空结构零部件、推进系统零部件、钻探开采工具零部件、发电、医疗以及半导体等行业,深层改变这些行业的制造模式。

诚然,SLS技术也有它不可替代的优点,例如打印完成的工件拥有较精细的表面光洁度、可打印复杂几何图形的工件表面及内腔等。惟物尽其用、混合制造、各取所长,将是未来中国传统工业向智能制造转型的必经之路。

对于刚刚进入中国市场的EBAM金属3D打印系统,未来的推广工作还要走很漫长的路。在中国经济下行的今天,有意愿直接投资数百万美元购买EBAM设备的企业不会太多,正是基于这种考虑,亿安公司将在中国的几个重点区域设立EBAM打印服务中心,为有需要的企业提供高效大型金属3D打印服务。而在投资设立金属3D打印服务中心之前,公司将会广泛联系各行业有可能会应用到此类打印服务的企业,共同开发使用EBAM金属3D打印取代某些大型非标零部件传统设计、制造及维修的技术。

这次展出还包括使用EBAM金属3D打印技术打印的钛合金卫星燃料箱,如果采用传统方法制造,正常情况下需要7到9个月的时间,仅是采购这样大小的钛合金锭就需要3到5个月。而采用EBAM3D打印技术,从开始到完成不会超过2个月,制造成本也只是传统制造方法的25%。

EBAM金属3D打印技术的还不仅仅是以较低的价格和较短的供货时间打印大型非标零部件,更重要的是,它将彻底改变零部件的设计思路,原先由于受限于传统制造方法,工程师在设计时不得不牺牲掉相当部分的合理性来简化零部件复杂程度,使其易于加工;而现在,利用最新的CAD三维设计软件技术无论多复杂的几何图形都不是问题,EBAM金属3D打印将实现一次性净形预成型,而且打印出来的金属完全致密,等效于锻造件的机械性能。 

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责任编辑: 赵丹