生产系统金属3D打印机设置与传统的大规模生产方
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2019-08-08 19:59

  前副总统戈尔告诉参加3月台式金属(DM)会议的观众,接受新技术通常需要比预期更长的时间。在新技术获得牵引力之前,通常必须抛弃旧的做事方式。

  戈尔以3D打印为例。“在接受3D打印之前,必须进行许多改变,”他说。“基础设施。思考。可以释放3D打印潜力的零件设计。“需要时间。”

  还需要花费一些时间来开发,测试,调整,重新测试,再次调整以及鉴定新的3D打印机 - 特别是打破DM生产系统的新领域。该公司声称其新机器是“世界上最快的金属打印机...这是第一个也是唯一一个可以与传统制造工艺竞争的大规模生产金属3D打印系统。“

  据报道,该打印机的制造速度比其他粘合剂喷射系统快四倍,比基于激光的款式快100倍,便宜20倍。

  第一台设备于今年第一季度安装在DM的早期合作伙伴之一,这是一家未命名的财富500强企业。它预计到2019年底将提供“少数”额外系统,并在2020年增加交付量。

  这家拥有四年历史的马萨诸塞州伯灵顿制造商于2017年推出了一款名为Studio System的小型,小批量金属3D打印机。当年晚些时候,该公司开始设计和测试生产系统的各种迭代。

  自推出以来,该行业和投资者对该系统的兴奋不断升级。该公司迄今已获得4.38亿美元的资金,其目前的市场估值估计为15亿美元。

  DM首席技术官兼联合创始人Jonah Myerberg将从设计到推出的过程描述为“与先驱者(早期合作伙伴)合作的产品,以了解他们真正想要的东西 - 对他们来说重要的东西 - 然后改进打印机以满足他们的需求“。

  产品副总裁Larry Lyons补充道,“我们在与我们合作的公司类型方面一直非常挑剔。我们选择我们认为可以从中学到很多东西的合作伙伴,除了让他们加快生产速度。“

  据报道,生产系统金属3D打印机的制造速度比其他粘合剂喷射系统快四倍,比基于激光的样式快100倍。

  DM致力于与客户合作的一部分是,它可以达到订购生产系统就像订购CNC铣床或注塑机的程度。如果发生这种情况,里昂说,这将是实现公司总体目标之一的一大步:“改变制造业市场。”

  变形金属3D打印机需要像CNC铣床一样简单和可预测。“我们需要达到高水平的可靠性和易于访问和安装才能真正打破这个庞大的市场,”里昂斯说。他补充说,高度专业化的打印机操作起来非常耗时,需要密集参与,这使得它们无法破坏全球12万亿美元的制造业市场。

  1.打印。位于750×330×250毫米构造外壳上方的是两个全宽打印杆。它们配有总共32,768个压电喷墨喷嘴,以每秒30亿滴的速度分散金属粉末。

  每次通过持续约2秒,在此期间喷嘴沉积50微米厚的粉末层。平均建造速度为每小时12,000立方厘米,相当于每小时印刷60千克金属部件。

  2.去除溶剂。将包含印刷部件的构建盒放入腔室中,在该腔室中除去溶剂并使粘合剂材料固化 - 加强部件的步骤。

  4.烧结。将部件在炉中加热至接近熔化的温度,这除去任何残留的粘合剂并使金属颗粒熔合在一起并致密化。

  生产系统的两个关键技术是:粘合剂喷射,由DM联合创始人Emanuel“Ely”Sachs和他在麻省理工学院的同事开发,以及喷墨系统科学家Paul Hoisington发明的单程​​喷墨。

  桌面金属CTO Jonah Myerberg表示,业界一直在“耐心地等待金属3D打印机降低成本和复杂性,就像塑料3D打印机在过去20到25年一样。”

  使用单通道喷射(SPJ),当DM称其粉末输送过程时,双向打印头加速到最高速度,保持一段时间的速度,减速,然后反转方向。

  对原始设计做出的一个改变是延长床,使每个通道持续稍长。“这样做可以使这个过程稳定下来,而不会让事情变得复杂,”Myerberg说。

  使用快速移动的打印头在相对大的区域上保持一致的层厚度证明是具有挑战性的。Myerberg说,找到了一种解决方案 - 一种能够保持约2m层厚的公差。

  他补充道,“如果你看一下印刷盒,你会发现粉末不是完全平整的。但这没关系,只要任何轻微的波纹一遍又一遍地重复。“

  Myerberg将SPJ与2D打印大型平面进行了比较。“这与用于制作广告牌的喷墨印刷机使用的技术相同,”他说,“除了我们使用2D打印在一个装满粉末的大盒子上创建这个非常高分辨率的图像。”

  另一种加速生产的设计特点是将部件凝固功能定位在打印机下游的熔炉中。“这使得打印机可以专注于开发用粘合剂材料固定在一起的金属粉末部件,”Lyons解释道。“通过分离印刷和加热,我们能够获得更快,更快的系统。这就是速度快100倍的地方。“

  生产系统不是昂贵且需要合格的昂贵的构造粉末,而是使用MIM(金属注射成型)材料制造零件。它们相对便宜,随时可用,而且有多种选择可供选择。

  广泛接受3D打印的一个重要障碍是准备零件或产品以供使用所需的后处理。对于金属打印机,零件焊接到其构建板上,这通常必须在加工中心或线切割机床上小心地移除。这增加了时间和成本,并使大规模生产的好处无效。

  “我们不想提供能够让你获得四分之三[大规模生产零件]的解决方案,然后让你找出你需要达到100%的其他设备,”里昂斯说。

  为了减轻后处理的痛苦,DM开发了“可分离的支持界面层”技术。传统的激光粉末床打印机在每个构建周期限于单一材料。另一方面,生产系统允许使用多种材料。这允许使用者在烧结过程中印刷不与部件粘合或结合的支撑结构,使得它们易于用手移除。

  Lyons指出,界面技术并没有完全消除后处理。“如果你需要低于20微米的表面光洁度,你需要对部件进行抛光 - 就像使用铸造或其他一些高容量方法一样。”

  根据Myerberg的说法,成本与基于激光的金属系统相当.Studio System +打印机的售价为60,000美元,完整的系统硬件售价为160,000美元。生产系统是模块化的,可配置的,定价基于客户要求。该打印机的售价为750,000美元。

  他补充说,业界一直在“耐心等待金属3D打印机降低成本和复杂性,就像塑料3D打印机在过去20到25年间一样。现在它已经发生了,有很多令人兴奋的事情。“