Fraunhofer IFAM使用自由注射成型(FIM)工艺加快金属注射成型

Fraunhofer IFAM使用自由注射成型(FIM)工藝加快金屬注射成型 研究所採用自由注射成型工藝，實現複雜金屬零件的快速成型 Fraunhofer IFAM是著名的Fraunhofer協會的一個研究所，是金屬注射成型(MIM)領域公認的領導者，為航空航太，能源，海事和其他要求苛刻的行業的公司提供服務。為了支持對新應用的研究，同時降低交貨時間和成本，Fraunhofer最近決定實施由Nexa3D的XiP Desktop 3D印表機和LSPc®技術驅動的自由注射成型(FIM)工藝。該平臺使製造商能夠在投資傳統金屬模具之前快速、經濟高效地對複雜的注射零件進行原型製作。 挑戰 金屬注塑模具的生產成本高，耗時長 在金屬注射成型(MIM)中，金屬粉末與塑膠粘合劑混合，形成原料，然後注射到金屬模具中。原料的磨蝕性對工具的品質提出了很高的要求，而MIM過程的複雜性通常導致需要多次迭代。Fraunhofer希望為公司提供一條快速、經濟有效地測試新概念的途徑，並轉向Nexa3D和自由注射成型(FIM)提供解決方案。 “Nexa3D 自由注射成型為我們提供了完美的工具，以支持創新型公司測試新概念和新材料。”——Sebastian Hein, Fraunhofer IFAM解決方案 優勢： 能夠在10天或更短的時間內提供原型金屬零件 顯著降低了原型加工成本 增加設計自由度 去風險發展，創新3D列印注射模具，使用xMOLD樹脂和自由注射成型 Fraunhofer受到其他公司使用自由注射成型(FIM)的啟發，決定引入XiP桌面3D印表機和xMOLD樹脂。這種緊湊的平臺是在MIM中通常遇到的產品尺寸範圍內列印模具的理想解決方案，xMOLD模具樹脂在高性能材料成型方面有著良好的記錄。 收益—複雜金屬零件的設計週期縮短為2周 通過使用Nexa3D的XiP3D印表機和xMOLD材料採用自由注射成型(FIM)，Fraunhofer IFAM團隊為客戶帶來了許多好處。 快速成型:自由注射成型(FIM)使Fraunhofer IFAM能夠快速成型MIM零件，用於客戶演示和驗證測試。FIM零件的材料性能已被證明與傳統鋼模具生產的材料性能密切匹配，確保了準確的性能評估。 節省時間和成本:自由注射成型(FIM)允許Fraunhofer IFAM大幅減少試驗模具生產所需的時間和成本。XiP印表機的速度非常快，可以在當天進行列印和注入，同時與傳統的試驗工具相比，可以節省超過75%的成本和時間。 降低開發和創新的風險:Fraunhofer IFAM已經證明，FIM與巴斯夫的黃金標準Catamold原料相容，使客戶能夠使用特性良好的材料進行開發和創新。 客戶影響-演示複雜設計的原型MIM 金屬注射成型（MIM）一直受到原型選擇稀缺的困擾。傳統的基於AM的方法，無論是基於粉末還是基於粘合劑，都不能用於評估在脫脂和燒結過程中成型部件的流動路徑、模內應力模式或翹曲。因此，當想要驗證零件設計和工藝參數時，注塑機不得不投資於高成本的試驗模具。Fraunhofer IFAM已經完成了第一個專案-圍繞GE噴氣發動機支架建模-展示了Freeform注射成型的簡單性，速度和設計自由度。 Fraunhofer IFAM團隊決定採用一種適合注射成型的支架設計，並使用巴斯夫著名的現成Catamold 17-4PH原料作為材料。採用XiP列印可溶注射模具，採用Arburg 320注塑機完成成型。 該專案確認了自由注射成型(FIM)的幾個重要方面: 模具設計時間從幾天縮短到幾個小時，因為模具不需要合併分割線，頂銷或滑動功能。 測試模具的製造可以在幾天內完成，而不是幾周。 自由注塑成型可以使用標準的注射成型機和原料進行，並提供與傳統金屬注射成型相媲美的材料品質。     源文摘自：Nexa3D

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SLS前来挑战！超高复杂度的3D打印魔方

我们都知道，通常3D打印技术对于模型的复杂程度并不敏感，但越是复杂和精细的模型，对打印设备的成型精度和细节表现力的要求就越高。今天我们用SLS 3D打印技术挑战打印一个高难度的魔方。 这个魔方由27个不同的小块组成，其中包括：核心块1个、对接块6个（表面纹理特征）、边角块8个（镂空/晶格结构特征）、棱边块12个（装配一体打印结构/精细结构特征），这27块分别打印，然后组装在一起。  图01  魔方由27个不同特点的小块组成   这个魔方模型非常考验打印设备的整体打印精度和一致性，因为27块小块在打印后要实现组装，并顺畅旋转，就需要保证打印结果与设计预留间隙一致。除此之外，每种类型的小块都有不同的结构特点，考察不同方面的打印能力。 其中，核心块要求打印后具备良好的机械强度、光滑且耐磨的表面，从而满足旋转顺畅和长期使用的要求；6个对接块对打印强度和表面效果有同样要求的同时，也要求体现出设备对小的凹凸纹理的打印能力。  图02 对接块还要求设备能打印出表面的凹凸纹理   8个边角块则要求设备在打印各种细小镂空和晶格结构时，激光扫描的精细度和控制能力，以及在清粉时，小间隙是否能够清理彻底。  图03   边角块由各种类型的镂空和晶格结构组成   12个棱边块主要可以分为2类：装配结构的一体成型和精细结构的打印，目的是分别体现装配结构和精细结构的打印效果，同时也考察了材料在打印后的机械强度和耐久性。  图04  锁链、弹簧、球头、螺纹、铰链、齿轮6种装配结构一体打印    图05  小船、龙头、薄壁、细柱、螺旋、镂空6种精细结构打印   对于这个比较复杂的魔方，我们决定使用盈普高复用性的Precimid1172Pro BLK灰黑色尼龙12材料打印，这款材料具备优秀的综合性能，打印零件的表面效果好、颜色稳定、耐磨耐用，新粉比例可以低至20%，通用且性价比高。打印设备是盈普P360 SLS激光烧结增材制造系统，层厚选择为0.1mm。  图06   盈普P360和PPS清洁高效生产解决方案    图07   激光烧结打印中   经过试打印和工艺参数调整，我们成功的将27个小块打印出来，并使用PPS实现清洁高效的拆件和清粉。      图08 清粉照片   再经过喷砂处理后，每一个小块的打印效果完美呈现了出来。  图09   核心块与对接块    图10   边角块       图11  棱边块   所有小块都可以顺利组装，并实现良好的旋转效果。  图12   组装后的效果   现在我们可以说SLS 3D打印技术已经完成了这项超复杂的魔方打印挑战，但为了优化整个魔方的外观效果，提升产品价值，我们还对它进行了化学蒸汽平滑处理，抛光后的魔方表面光滑亮泽，颜色更深，并且旋转更加顺畅、防水耐用。最终实现了更棒的制作效果，挑战完美达成！    图13  最终经过化学蒸汽平滑处理后的魔方 源文摘自： 盈普三维

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利用MTI | Oqton的3DXpert提高金属AM生产率

俄勒冈州的金属技术(MTI)拥有超过40年的金属制造经验，并因其广泛的能力和高质量的产品在客户中赢得了良好的声誉。MTI服务于航空航天、国防、核和医疗应用领域的各种客户，依靠专有的深拉成型、锻造、旋压、数控加工和增材制造方法进行大量和少量生产。   客户 金属技术(MTI)   挑战 附加地制造复杂几何形状 除了包括美国国家航空航天局在内的客户名单，真正让MTI脱颖而出的是它能够管理极其复杂的设计，并满足与特种材料(如镍超合金、钽和钛)一起工作的严格要求。   增材制造:一个充满新可能性的世界   作为该公司努力重塑金属零件制造方式的基石，MTI跃进了增材制造领域。很快，该公司的工作得到了太平洋西北防务联盟的认可，该联盟选择金属技术公司作为2016年创新奖的获奖者，因为该公司为美国海军导弹推进系统的难熔金属部件开发了添加制造技术。   Metal Technology工程总监Jason Stitzel解释说:“我们与客户密切合作，了解他们的挑战，确定他们复杂需求的解决方案，然后制造满足他们特殊需求的组件。“我们将增材制造——在这种情况下是直接金属印刷(DMP)——视为一种战略能力，这为我们与客户一起开发具有附加功能的零件提供了独特的机会。”   “最近有一个例子说明了金属零件添加制造的好处，这个例子与一个带有几个复杂内部通道的阀门部件有关。传统上，阀门是由焊接或蒸煮在一起的零件制成的。使用3D打印，MTI与客户团队合作，在一个单件中创建了一个等效的设计。Stitzel说，除了节省与组装相关的时间和劳动力，开发单件打印还使MTI能够提供更高质量的产品，需要更少的维护，并具有更长的使用寿命。   "除了节约成本和复杂的几何形状，增材制造还能利用关键材料实现创新. "我们的许多项目需要镍超合金和钽等材料，我们认为添加剂技术将使我们能够为客户提供更好的解决方案，以应对与这些材料和相关极端温度相关的独特挑战。"   3DXpert提高工作流程效率并优化打印   MTI一直在寻找新的优势，渴望融入3d专家软件——行业首个金属添加制造综合解决方案。 “我们从使用至少三个不同的软件系统来获得最终产品，到使用一个软件系统来完成所有工作，”Stitzel说。“3DXpert为我们提供了制作几何图形和文件所需的所有工具，我们的3D打印机可以理解这些工具并在单个包中用于生产。它消除了从实体模型转换到STL的需要，这是一个固有地引入问题和错误的过程。相反，我们只是将原生CAD模型直接导入3DXpert，如果需要，可以使用CAD工具对其进行修改，并应用支持结构。”   “除了使用单个软件包的效率之外，3DXpert正在申请专利的3D分区功能使MTI的生产率提高了40%。”“我们可以使用3DXpert的分区功能，轻松地为不同区域定义不同的打印策略，”Stitzel解释道我们可以建造一个非常薄的外壳，它有30微米的精细层，给我们一个非常好的表面光洁度；然后，我们可以在60微米或90微米层中构建不需要这种光洁度的其余部分，并获得几乎相同的机械性能。这也许可以用其他软件来实现，但需要付出很多努力。有了3DXpert，它变得又快又简单。3DXpert还允许我们更好地分析和规划零件，因此我们可以使用更少的支持和材料，从而进一步降低成本和时间。"   消除打印文件准备的瓶颈   保持3D打印机的运行对MTI的业务至关重要。“当我们的机器因为没有运行构建文件而闲置时，我们就在赔钱，”Stitzel说。“3DXpert使我们能够更快地做事，这对我们和我们的客户都很重要。” 3DXpert可以减少多达75%的文件处理时间，这在MTI中很快产生了影响。   在我们使用3DXpert之前，通过切片引擎运行复杂的零件需要将近20个小时来处理、切片、运行参数和创建构建文件。有了3DXpert，我们可以在四个小时内完成同样的构建。现在，我们可以在周五收到文件，并在周末开始处理，而不是推迟到下周。在我们以前的工作流程中，这是不可能发生的。   杰森·斯蒂泽尔 MTI工程总监   消除设计修改的痛苦   当您正在制造的零件是关键任务，并且必需的材料很贵时，您希望第一次就把事情做好。“通常，我们可能会在流程的某个阶段注意到一些问题，想要返回并更改设计中的某个细节，以使零件更好，或者帮助我们更快、更便宜地生产。过去，对模型的任何更改都意味着我们必须从头开始。3DXpert对设计和方向修改的容忍度要高得多。我们可能需要调整一些东西，但我们不会失去我们所做的所有工作。这是一个让3DXpert真正脱颖而出的优势，因为现在我们可以回去把零件做得更好，而不会有项目严重延迟或成本超支的风险，”Stitzel说。   挑战   “我们为服务于一个非常独特和苛刻的客户群感到自豪，他们的要求极具挑战性，”Cosmer说。“通过增材制造，我们可以生产出客户梦寐以求的任何几何形状，从而为客户提供他们过去无法获得的解决方案。”

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金属3D打印解决方案助力汽车OEM降本增效

近日，全球顶级汽车OEM供应商WKW.automotive与巴斯夫Forward AM成功合作，采用了巴斯夫Forward AM 3D金属打印线材Ultrafuse® 17-4 PH，并结合3D打印技术MFFF（金属熔丝制造技术）生产出了高精度、高强度、高质量的用于原型验证的零部件，为汽车制造商提供了创新应用和解决方案。   作为全球顶级汽车OEM供应商，WKW不断面临新的挑战，以提供装饰性和功能性原型以及批量生产的铝合金部件。成本、交货时间和精度对供应商和OEM都至关重要。   最终，巴斯夫Ultrafuse® 17-4 PH和Ultrafuse® Support Layer 3D打印材料助力WKW成功的以快速、低成本的方式生产出了具备高精度、高强度、高质量的OEM原型验证的零部件，为汽车行业带来了3D打印的专业知识和新技术。 Ultrafuse® 17-4 PH材料的硬度、强度和刚度使其成为打印金属部件的理想选择，不仅满足了高机械性能的要求，还提供了更快的产品开发和推广效率，可以快速的实施产品原型验证并推入市场。另外，Ultrafuse® 17-4 PH提供了更高的几何设计自由度，使用户能够制造出更复杂的金属零件，大幅降低成本。Ultrafuse® Support Layer支撑线材与其完美适配，可以在打印完成后经过脱脂烧结达到完美的部件效果，是十分适合打造金属产品的3D打印金属线材。 在汽车行业中，一种能够提供高品质、高性能和低成本的原型制造方法至关重要。如果您也正在寻找一种创新的方法来加速汽车原型的制造并降低成本，那么采用3D打印技术并结合巴斯夫Forward AM3D打印金属线材Ultrafuse® 17-4 PH 绝对是您的首选。通过与Forward AM的合作，您将可以获得最新的3D打印技术和材料，以加快产品开发和推广的速度，并使您的业务更具竞争力。   源文摘自：巴斯夫Forward AM

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艾默生借助3DXpert大幅提高添加剂制造效率

3D专家一体化增材制造软件有助于艾默生利用现有的金属打印机将效率、生产率和可重复性提升到新的水平。 当艾默生在2013年推出金属增材制造(AM)，可用的软件工具分布在多个软件包中，最终导致该公司需要10个不同的程序来从设计到打印就绪文件。随着该公司金属AM部门的发展，它开始寻找更好的AM软件解决方案，以减少程序之间的数据转换，并尽可能保持最高的数据完整性。艾默生选择Oqton的3DXpert软件来支持其金属打印机。3DXpert是一款用于工业增材制造的一体化集成软件，是Oqton同类最佳的基于云、支持人工智能的制造操作系统的一部分，用于灵活的设计和生产环境。通过使用3DXpert，艾默生降低了其金属添加剂制造工作流程中的低效率，导致零件产量翻倍。   3DXpert极大地简化了我们的流程和工作流程。我们消除了大量的进出软件操作，这有助于我们实现保持顶级数据完整性和消除工作流程冗余的目标。除此之外，我们从3DXpert团队获得的支持简直是一流的。 汤姆·加布里埃尔 R&D经理，增材制造， 艾默生自动化解决方案 挑战 借助简化的AM软件提高3D数据完整性   艾默生添加剂集团是一个全球性的生产项目。艾默生增材制造经理Tom Gabriel表示，美国的产品开发团队在发布生产印刷文件之前，必须充分验证工艺和设计。 艾默生打印控制阀的关键服务部件，质量和可重复性至关重要。在以前的多软件工作流中，完成文件准备的所有步骤都需要进行不必要但又不可避免的格式转换，以便在操作之间移动文件。3DXpert通过允许用户导入原生CAD数据并提供一整套设计和准备工具来解决这一问题。这既保证了最高的数据质量，又使日常操作更快更容易。   解决方案   01、导入原生CAD数据   对艾默生而言，利用原生CAD几何图形的能力满足了公司提高数据完整性的主要兴趣之一。不再需要将任何内容翻译成。STL或者。步骤，这通常会导致从CAD到打印机的几何图形不同。通过削减这些流程，艾默生还消除了将文件从一个平台转移到另一个平台所需的几何修复工作。Gabriel说，除了不再将文件翻译成不同的程序所节省的人力和时间之外，3DXpert执行操作的速度远远快于艾默生以前的解决方案:“从概念到零件准备印刷，我们已经减少了大约50%的停机时间，所以我们的速度是以前的两倍，”Gabriel说。   总的来说，3DXpert的全包工具套件已经取代了艾默生的其他八个软件包，提供了一个单一的平台来创建支撑结构、定位零件、添加晶格结构、运行构建模拟、输出失真补偿模型以及修改印刷参数。3DXpert独特的3D分区功能还允许用户为不同的区域分配不同的构建技术，以满足性能规格。借助3DXpert中提供的工具，艾默生还将3DXpert元数据集成到其当前的产品生命周期管理软件中，确保数据完整性、版本和生产发布控制。Gabriel说，除了3DXpert工具集的广度之外，3DXpert的功能也更深:“3d xpert中的工具比我们以前拥有的要好得多。在工具中推动自动化的能力有助于我们消除重复的流程，”他说。   02、为批量生产设计的切片和贴标   3DXpert为艾默生节省了大量零件切片时间，同时确保了一致的结果。在3DXpert之前，向生产零件添加序列号的工作流程要求艾默生在生产中分割作业并手动添加序列号。这意味着在每项工作之前重新切割每一个零件，即使该零件以前已经生产过。这对效率和可重复性都是有问题的。加布里埃尔解释说:“如果你将同一份工作切割两次，你不会得到相同的结果。”。这种差异是由于零件在给定扫描和矢量布局下的定位方式造成的。   鉴于艾默生生产的零件的复杂性，分割这些工作以前非常耗时。艾默生的粉床聚变设计专家杰森·罗伊特说:“有几次我们把文件切成薄片，要花一天半的时间。“使用3DXpert，同样的操作只需几分钟。”   通过3DXpert中的智能标签功能，艾默生可以将单个零件切片并保存在零件库中，并带有标签占位符以进行序列化。“这大大简化了我们的生产计划，因为现在我们可以拉进已经切片的文件，只需更新标签，”加布里埃尔说。标签然后被单独切片，这转化为每个作业周期的时间节约和艾默生工作流程效率的巨大新来源。因为所有部分都预先切片并保存在库中，艾默生现在每次打印都得到相同的结果。   03、专家服务和支持   Gabriel说，除了产品本身，3DXpert团队的支持和客户服务也是艾默生积极体验的重要组成部分。“3DXpert团队可能是我合作过的最容易、最受尊敬的软件开发团队之一，”他说。"他们所做的开发和他们做出改进的意愿是惊人的."   作为一个例子，Gabriel强调了艾默生面临的高度复杂几何图形的挑战:“3DXpert团队不仅了解我们的需求，而且他们能够提供简化几何图形创建的解决方案，使我们能够轻松处理这些复杂的几何图形。他们提供的解决方案快速、准确且易于操作。我怎么强调3DXpert的支持都不为过，以确保艾默生在我们所做的事情上取得成功。”   04、跨金属印刷平台的兼容性   艾默生以前需要两种不同的构建准备软件程序来将作业文件输出到每种机器类型，因为它们使用多种打印平台。由于3DXpert跨金属硬件品牌的兼容性，这一步也被取消，允许艾默生在3DXpert内的打印机之间过渡，并保持数据完整性到最后。   3d专家 任何需要改进金属添加制造工作流程的人都可以使用，无论机器供应商是谁。 联系Oqton 了解更多信息。   结果呢   提高数据完整性和新的工作流程效率   单一AM工作流软件跨金属印刷平台工作 流程效率降低50%以两倍的速度生产零件 将软件包从10个减少到2个提高维护管理的便利性 一致的打印结果通过通用的一次性零件切片实现   源文来自：opton

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惠普金属3D打印在施耐德电气展示“数字制造”的优势

能源和工业自动化领域的全球领导者施耐德电气成为最新一家赞扬惠普新型金属3D打印机所释放的制造机遇的公司。 在去年的IMTS展会上，惠普推出了一款全新的3D打印设备Metal Jet S100，这是一种能够经济地生产大量最终用途部件的粘合剂喷射系统。当时，由于惠普宣称此款设备能够兼容与来自全球各个知名粉末供应商的符合各个行业标准金属注射成型 (MIM) 材料，因此备受关注。业内认为这将为金属3D打印的工业化之路扫除障碍。 施耐德电气的金属3D打印断路器滤波器。 （图片来源：施耐德电气） Metal Jet S100的早期客户之一施耐德电气对这款机器赞不绝口。特别是，该制造商发现惠普Metal Jet 技术非常适合大批量生产具有更可持续的新几何形状的电源滤波器。  施耐德电气北美电源产品与系统高级副总裁Michael Lotfy解释说：“我们很高兴能与惠普合作，利用惠普Metal Jet，我们的团队交付了一个经过验证的零件，展示了数字制造和3D打印的优势，我们期待发现更多满足客户不断变化的需求的应用。” 惠普的金属3D打印之旅   虽然Metal Jet已经证明是成功的，但惠普在聚合物3D打印领域的技术似乎更为人所熟知。自公司于2014年推出其Multi Jet Fusion (MJF) 技术以来，已打印了超过1.7亿个零件，应用范围从医疗到航空航天领域。 最近，MJF已被丰田和SOLIZE部署在汽车零部件的3D打印中，作为降低相关成本和交货时间的一种手段。惠普的产品在包装等领域也持续受到关注，此前它曾与欧莱雅等公司合作，探索其在化妆品包装领域的3D打印潜力。  然而，惠普并不满足于在聚合物领域的发展，长期以来其一直与制造巨头Parmatech、GKN Powder Metallurgy和Legor Group一起开发金属3D打印产品。 生产车间的一组金属3D打印机 （图片来源：惠普） S100：惠普首款金属3D打印机   惠普Metal Jet S100使用多个打印杆实现高生产率和喷嘴冗余。惠普热喷墨打印头是一个复杂的集成系统，可控制喷墨方式和位置。据说这种设置允许机器准确地应用粘合剂并生产具有出色清晰度的坚固部件。每个打印头产生一个108mm（4.25 英寸）的打印带，带有两列5280个喷嘴，每列的间距为1200/英寸。  该机器还具有两个独立的惠普Metal Jet粘合剂供应端口和两个内置压力调节器。实际上，惠普Metal Jet打印机能够处理1200 x 1200dpi的网格，层通常在35-140μm之间。惠普Metal Jet的高体素分辨率随后会生成零件内外边缘和表面的精细细节和精确定义，因为四倍的喷嘴冗余可以抑制缺陷。  据说由此产生的零件具有高水平的表面光洁度和精度，而该技术对粘合剂的最小依赖使得更厚和更大质量的零件生产成为可能。与其他粘合剂喷射工艺一样，惠普Metal Jet也不需要任何耗时的支撑去除。 因此，该公司将Metal Jet S100作为生产大量优质金属零件的一种方式进行营销，这些零件的最终用途包括汽车、医疗、工业和消费品等一系列行业。例如，使用与机器一起推出的两种专有材料之一SS 316L，惠普表示可以3D打印组件，例如具有以前不可能的几何形状的流体歧管，从而优化汽车制造中的热传递。  使用惠普Metal Jet生产的金属3D打印部件。 （图片来源：惠普）

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用3D打印聚合物代替金属

用聚合物代替金属不仅是可能的，而且变得越来越普遍。当前一代的高性能聚合物和复合材料具有与铝相似的机械性能，但重量仅为铝的一小部分。此外，使用AON M2+等高温3D打印机从这些聚合物增材制造零件的能力，通过降低传统制造方法的复杂货时间和成本限制，推动了进一步的采用。 在本文中，我们解释了金属和聚合物之间的结构差异如何影响其体积特性，并讨论了已经在一些最苛刻的应用中用于替代金属的两种聚合物。 用于航空航天的ULTEM™ 9085 Y型管道在AON M2+上3D打印，可在不牺牲零件强度或耐热性的情况下大幅减轻重量   金属和聚合物的区别是什么？ 在我们讨论哪种聚合物适合替代金属之前，我们需要设定正确的期望。一些公司可能会夸大高性能聚合物的能力，而没有考虑到金属和聚合物的根本不同。区别如下：   聚合物 3D打印聚合物是热塑性塑料，由彼此化学分离的聚合物链组成（链之间没有分子键）。这些链条在物理上缠绕在一起，为整个材料提供了机械完整性。链还可以组织并折叠成晶体结构，由于更大的分子间相互作用力，晶体结构更难拉开。这就是为什么与无定形聚合物相比，半结晶聚合物在强度和刚度方面更好。 具有结晶和非晶区域的半结晶聚合物微观结构图   五金   如果你把一种普通的金属放在显微镜下，你会看到一个类似于下图A的结构。金属由小晶粒组成，其中每个晶粒由一个晶格组成（图B）。这些晶体由一系列金属原子组成，这些金属原子通过牢固的金属键连接。原子的结合和组织成晶体是金属天然坚固和坚硬的原因。通常，这些晶粒的大小和方向彼此不同，这两者都会影响金属的体积特性 金属微观结构图，显示晶粒由在晶界相遇的单个晶体结构组成。   总之，半结晶聚合物部分由晶体制成，而金属包含许多取向不同的晶体（颗粒）。由于热塑性聚合物链是化学分离的，因此吸引力比金属中晶体之间的金属键弱。因此，金属更耐弹性变形（更硬），通常更耐温。这就是为什么金属一直是机械和热应用的默认选择的原因。但随着我们设计出更先进的热塑性塑料，有效强度开始与金属相匹配，在某些情况下甚至超过金属。   两种合适的金属替代材料：PEEK和ULTEM™   PEEK和ULTEM™ 9085是两种最受欢迎的聚合物，已被考虑用于替代金属。下图将这些材料与铝6061进行了比较，铝6061是一种用于飞机结构，汽车零件，海洋结构和消费品制造的合金。CF PEEK含有10%的碳纤维，可提高基线PEEK的强度和刚度。在这些行业中，金属替代可以显着减轻重量，同时保持所需的机械和热性能。此外，与普通在役金属相比，这些高温热塑性塑料具有优异的耐化学性和耐腐蚀性。 比强度用于评估材料的拉伸强度与其密度的比较。热塑性塑料的较高比强度允许重量更轻的部件，同时保持与金属相同的强度特性。 连续使用温度基于给定的行业标准和制造商技术表的每种材料的允许工作温度。 我们可以看到PEEK和ULTEM™减轻了50-60%的重量，同时保持了高强度和高耐热性。替代金属意味着运输业可以节省更多燃料、降低碳排放或提高有效载荷能力。此外，这些材料具有高耐化学性、高抗冲击性，符合 UL94-V0 可燃性等级，并符合 FAR 25.853 火焰、烟雾和毒性 （FST） 要求，这是航空航天和海军应用的要求。 如何3D打印PEEK和ULTEM™ 简单地3D打印高性能材料并不能保证零件具有报告的机械，热和化学性能。为了匹配这些特性，所选的3D打印机需要一个精确控制的高温构建室（最低132°C），500°C挤出机和可配置的打印表面。在低于 132°C 的温度下打印会显著降低零件强度和耐化学性，并且需要进一步退火，其中翘曲是不可避免的。AON M2+是一款大型高温工业3D打印机，经过优化，使PEEK和ULTEM™ 9085等高性能材料3D打印变得简单易用。   源文来源网络

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金属增材制造及其优点，以及金属3D打印应用。

什么是金属增材制造(或金属3D打印)？ 最初被视为概念建模和快速原型制作的过程，金属添加制造(或金属3D打印)在过去五年左右的时间里经历了一段显著扩张的时期。 从原型制作和加工到医疗、牙科、航空航天、汽车、建筑、家具和珠宝等工业领域的最终零件制造，它现在已经应用于我们生活的许多领域，越来越多的创新应用正在开发中。 金属增材制造被认为是颠覆性技术之一，因为它彻底改变了我们的设计和制造方式。从小批量生产的消费品到大规模生产——从艺术家和设计师到个人、中小企业和大公司，每个人都在使用金属增材制造来生产各种产品——金属增材制造将继续存在。   金属增材制造是用来做什么的？ 金属添加制造被广泛应用。例如，在产品开发阶段的模型和原型生产中，或者在医疗、消费品、消费电子、汽车和航空工业中用于试验系列生产以及大规模生产的最终零件中。 不仅如此，对于铸造或注射成型来说，批量生产的工具成本可能太高。零件的几何形状也可能过于复杂，使它们无法用传统工艺制造，如模制、铣削、磨削、铸造、数控加工等。   金属3D打印的诞生 当立体平版印刷术(SLA)-当时是一种新的塑料制造工艺-在20世纪80年代商业化时，它成为了添加制造中的第一个专利。有了SLA，制造商能够更快地生产3D模型和零件。怎么会？用激光固化对紫外线敏感的液态聚合物——这是增材制造过程中的新技术前沿，为制造商、工程师和设计师创造了前所未有的新机会，让他们能够更高效地制造原型、最终零件和产品。 新的基于聚合物的3D打印技术在20世纪90年代初开始商业化，此后不久，金属添加制造获得了专利，并像其他添加制造工艺一样免费提供。和其他技术一样，这是一种能够更快、更有效地制造金属原型、产品和工具的技术。 激光粉末床熔融(LPBF)是第一个为早期金属3D打印机提供动力的工艺，通过烧结特定的金属粉末来生产金属零件。然而，这些金属粉末材料的机械性能和特性通常更类似于复合材料，而不是金属合金，这是因为低熔点金属材料与高电阻金属如不锈钢相结合。   引入更多金属3D打印工艺 在引入激光粉末床熔融(最初是直接金属激光烧结(DMLS)技术)后不久，几家公司开始推出新的工艺和系统——例如选择性激光熔化(SLM)、激光工程净成形(LENS)和受控金属堆积(CMB)技术——以分一杯羹。 在21世纪初，一种被称为直接金属沉积(DMD)的新工艺被引入，最初也被称为直接能量沉积(DED)或激光熔覆。直接金属沉积最初用于添加一定量的金属来修复损坏的零件。然而，随着3D打印扩展到最终使用的3D打印部件的生产，DMD(现在经常与激光金属沉积或LMD互换使用)也可以创建整个部件或物体。   金属3D打印:突飞猛进 然而，快进到2018年，我们已经取得了长足的进步。这见证了惠普的金属喷射技术，这是一种突破性的新流程，利用并扩展了惠普与惠普多喷射融合(MJF)合作开发的工作流程和技术，通过新的功能代理、流程和打印硬件将塑料3D打印到金属添加制造中。 20世纪后期，制造业经历了一场彻底的变革。这要归功于商用增材制造的引入——这一过程继续席卷整个行业。金属添加制造及其各种用途正在引领生产制造。 在采用开放式材料平台和更快印刷速度的金属添加制造机器的推动下，金属添加制造市场继续显示出巨大的增长潜力。 随着更高效、更创新的金属增材制造技术和工艺的进步和出现，了解应用的全部潜力和多样性以及如何应用这些新优势来解决业务挑战、创造新的业务模式和永远改变制造业面貌非常重要。 金属增材制造(MAM)——有什么优势？ 金属增材制造(MAM)提供的好处不仅仅是增强零件的外部几何形状及其强度和功能。它还具有独特的能力，允许设计师和制造商将新功能直接集成到零件中，这尤其为技术零件开辟了新的性能能力，例如在模具生产中:集成保形温度控制，或直接在模具表面下运行的真空通道。3D打印金属部件通常具有令人印象深刻的物理属性，可用的材料范围包括难以加工的金属，如超级合金。   金属增材制造如何缩短交付周期？ 当然，金属3D打印的其他优势包括产品生命周期的加速，以及从设计阶段到最终零件生产的更快过渡。怎么会？通常，除了需要移除可能在3D打印过程中使用的支撑结构之外，不需要在3D打印后处理零件的额外步骤。事实上，对于一些金属添加制造工艺，如惠普金属喷射技术，3D打印过程中不需要支撑结构，进一步简化了流程。   任何特定的形状或几何要求(例如，孔、螺纹、纹理或连接元素)都可以“设计到”零件中，并直接进行3D打印，因此在生产后不需要使用CNC机器进行铣削或特定的形状调整。取消这些步骤后，生产最终零件的总交付时间可以缩短数周。 此外，对于注射成型，生产工具或模具以生产最终部件的步骤可能需要几周甚至几个月的时间，并且可能是昂贵的。然而，通过金属3D打印，这一步骤可以完全消除，从时间和成本角度来看，效率都达到了新的水平。   自由设计，打造轻巧而坚固的3D打印金属零件 通过添加而非减少的制造工艺，材料浪费也得以减少，因为实际上仅使用了逐层形成零件所需的材料。金属3D打印提供了传统制造工艺无法经济高效地实现的设计自由度。这种设计自由度允许更复杂的几何形状具有更有效的、拓扑优化的零件设计，这些零件设计是轻质的，或者在使用更少材料的同时将复杂的组件合并成一个单一零件。通过在高应力区域添加材料并从低应力区域移除材料来优化承载，可以使用拓扑优化软件创建轻而坚固的零件和产品。这些优势有助于制造工艺为航空航天或汽车应用以及多个行业提供许多新的选择和效率。   金属添加制造工艺——如何使用？ 鉴于制造业尚未达到大规模生产数百万个相同的简单零件所需的生产力水平，制造业尚未准备好用金属添加制造完全取代注射成型等传统制造方法。然而，随着系统和技术的进步，例如惠普金属喷射技术公司金属3D打印的发展——在不久的将来，我们将开始更多地看到使用金属添加制造来生产更大数量的产品。说到高效的大规模定制——或多个单独零件或物品的大规模生产——我们已经做到了。例如，对于像牙齿修复这样需要高度个性化生产流程的应用，使用金属添加制造技术来经济高效地加快生产时间是可行的。   工业中的金属3D打印 例如，航空航天领域的应用展示了金属增材制造在需求不断增长的行业中所带来的机遇，比如针对性能进行了重新设计和优化(重量更轻、耐用性更强)的燃料喷嘴。 但不止于此。金属3D打印允许设计师和工程师简化现有的制造工作流程，并通过显著增强提供新的生产机会，从而实现价值创造(创新和差异化)和价值捕获(时间和成本的优化和效率)。 各行各业的公司，如大众汽车(汽车)、Cobra Golf(消费品)和Parmatech(制造)都在利用金属添加制造的优势。 比如说-大众转向惠普金属喷射技术寻找加速汽车零部件生产的方法。 大众汽车技术规划和开发负责人Martin Goede博士表示:“通过缩短零件生产的周期时间，我们可以非常快速地实现更大规模的量产。…惠普的新Metal Jet平台是行业的一次巨大飞跃，我们期待着提高为我们的客户提供更多价值和创新的标准。” 源文来源：HP

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增材制造简介: 应用程序

增材制造行业受到材料增强的推动，使工程师和设计师能够应用该技术，解决当前和未来的问题。虽然原型制作目前仍然是许多行业中添加制造的主要用途，但公司越来越多地发现其他用例，如工具或生产。 例如，Jabil最近报告称，94%的一级汽车供应商将扩大其3D打印能力，而其中52%的供应商将外包给第三方服务机构。汽车行业只是众多行业中的一个例子。下一章将讨论增材制造中最突出的应用，并帮助您确定什么对您最有意义。   增材制造应用     尽管增材制造这本书随着每一项新的合作和技术发展而不断发展，但这些都是最常见和最有用的应用。汽车、航空航天、工业、医疗保健和消费品行业被归类为这个星球上最先进的AM采纳者。下面的应用列表将包括行业相关的例子和人们可以从利用3D打印中预期的切实好处。     产品开发 截至2019年，超过600，000个整形外科植入物利用了金属3D打印。 这个数字预计到2027年将超过400万个植入物。(3D打印媒体网)   由Symbol uninea提供 竞争对手不会坐以待毙，你也不会。每一个生产商品或提供服务的行业都处于持续的竞争中，必须找到让自己与众不同的方法。更快地将产品推向市场通常是一种战略优势。   用户化   研究表明每四个外科医生中就有一个对病人进行特殊的治疗， 手术前的3D打印模型。(高德纳研究公司)   由Materialise提供 AM使工程团队能够通过在CAD中进行简单的调整来创建特定的个性化产品。鞋类(耐克、阿迪达斯等。)、化妆品(欧莱雅)和可穿戴技术(苹果)都采用了这种做法来提高品牌忠诚度和利润率。豪华汽车制造商保时捷，3D打印定制桶形座椅旨在为高性能车辆提供额外的舒适性。然而，最令人印象深刻的打印和定制设计来自医疗器械和医疗保健行业。科学家、医生和研究人员正在利用CT和MRI扫描数据来创建针对患者的模型，以改善结果并减少手术室时间。此外，修复术、矫正术和牙科应用已经成为该行业的主要部分，占全球AM应用的11%​.   复杂或不可能的几何图形   汽车制造商BMW实现了每个夹具成本58%的节约 3D打印制造辅助工具使交付时间增加了92%。(TCT杂志)     传统的制造和减成工艺存在固有的局限性。虽然这些技术在许多行业中仍然很常见，并且仍然高度相关，但是AM已经成为生产具有复杂或不可能的几何形状的零件的理想解决方案。 AM的本质是通过将模型和支撑材料层叠在一起，然后移除支撑结构，留下三维部件，来附加地生产部件。世界最大的轴承制造商之一鲍曼国际公司，​将MJF技术视为解决方案生产定制的带互锁机构的滚轴训练架，以提高承载能力和工作寿命。根据Bowman国际团队的说法，这只有通过3D打印才有可能实现。 “这为原始设备制造商和工厂维护工程师提供了一种分裂轴承，它提供了卓越的性能和更长的产品寿命，同时简化了安装和维护程序——同时还减少了运行过程中的振动和噪音。”-Jacob Turner, Head of Bowman Additive Production   小批量生产和最终使用零件   44%的航空航天和国防组织将3D打印用于维护和维修应用， 而39%的公司将AM集成到了最终用途的生产零件中。(捷普勒)   Bowman 提供 热塑性塑胶和聚合物材料的进步PA11尼龙, TPU或者ULTEM9085使生产工程师能够3D打印零件，模拟生产所需的各向同性强度特性。举个例子，空中客车3D打印内部客舱组件，这些组件与ULTEM9085完全集成在当今的飞机上，这是为数不多的FST认证和市场上可买到的可印刷材料。面向制造的设计(DfAM)为设计者提供了定制设计和创建蜂窝内部结构的额外好处，该蜂窝内部结构不牺牲结构完整性，同时生产重量更轻的部件。 金属3D打印呢？直接金属激光烧结(DMLS)拥有令人印象深刻的各种金属材料，这些材料可印刷并用于大量的生产和最终用途。不锈钢主要用于模具制造行业，各种具有优异机械性能的因科镍合金用于航空航天，甚至用于整形外科植入物的生物兼容性钛部件。根据最近的一项研究，有超过在3D打印的帮助下，预计将生产60万个植入物​.预计到2027年，这一数字将超过400万个植入物，其中包括髋关节和膝关节置换、重建和脊柱植入物。   维护、维修和操作 卡特彼勒于1991年采用3D打印技术制作原型，现在已经将AM技术完全整合 到他们业务的各个方面，尤其是MRO和备件。(3D Print.com)   Aerosport建模与设计公司提供 MRO(维护、维修和操作)零部件行业正在经历一场巨大的转变。到2025年，8%的SKU将从传统制造过渡到按需增材制造。出于降低库存成本和消除冗长交付周期的需要，制造商正在重新定义供应链，变得更加自力更生。 当替换零件过时或需要一套新的工具来生产时，这就成了一项昂贵的工作，并且会使重型设备、飞机或汽车无法运行。这成了瓶颈，并危及该设备赚取收入的能力。按需添加制造是一种被主要原始设备制造商应用的成熟替代方法。​卡特彼勒采用3D打印在1991年为原型的目的，现在已经完全整合了AM的各个方面的业务，特别是MRO和备件。   备件和重量减轻 到2030年，将AM用于汽车生产将成为100亿美元的业务。(SmarTech分析) 如前所述，由于能够创造和生产复杂的设计，重量减轻是增材制造提供的无价优势。此外，事实证明，对于那些希望简化零件和供应链要求的人来说，零件整合同样重要。汽车供应商、航空航天公司和国防组织因外包单一组件所需的多个组件的设计和生产而臭名昭著。工程师们现在可以按需3D打印这些组件，而不是等待几个不同的设施来运送所需的拼图。这是一项行之有效的技术，可减轻重量、加快上市时间并消除昂贵的运输、物流和运输成本。   工具和制造辅助设备   由TTI Norte提供 可以说，增材制造最具影响力和被广泛接受的应用是将其用于制造辅助设备、工具、夹具和固定装置。虽然它没有3D打印可定制的桶形座椅或矫形植入物那么有吸引力，但对于许多原始设备制造商和生产设施来说，它恰好是最经济的选择。汽车制造商宝马，通过3D打印，每个夹具的成本节省了58%,交付时间增加了92%制造辅助设备。宝马决定ABS热塑性塑胶是更好、更轻的替代品，而不是依赖CNC设备的铝部件。当AM技术适用于生产设施时，这些优势以及更多优势都是可能的: 1、改进功能的定制部件 2、零件轻量化，减少工具疲劳 3、增强的人体工程学   源文来源网络

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