3D 打印技术在金属成形领域的应用与趋势

3D 打印技术是新型精密成形技术,也是第三次工业革命的核心技术,在金属成形领域发挥着重要作用。3D 打印由于加工速度快、材料利用率高、成形件形状不受限制的优势,应用领域相对广泛。国家统计局在2020-08-14发布了《国家统计局工业司副司长江源解读7月份工业生产数据》一文，其中提到，3D打印设备在2020年7月份增长351.9%，继续了高速增长态势。

3D 打印技术频繁出现在人们生活中,与 传统工艺加工相比,是一种全新的制作理念,其特点 是:加工速度快,制造形状任意化及制作周期短,材料 利用率高;能够实现数字化,智能化,并行化;产品精度较高,具有良好的力学性能,使得 3D 打印在金属成形领域中的作用非常突出。其基本原理是离散与堆积,实现形式为“增材制造”。与传统制造业不同,其应用领域广泛,制造过程将数字化信息技术与制造技术融合,根据任意零件三维模型成形复杂形状的零件,无需专用模具,这意味着 3D 打印技术在金属成形过程中发挥着不可替代的作用。随着 3D 打印技术的工艺研发的深入,材料种类的增加,过程因素变得可控,使得 3D 打印技术在金属成形领域中的应用前景非常乐观。文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111269.html

文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111269.html

3D 打印成形设备文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111269.html

自 1984 年 Charles Hull 制作出第一台 3D 打印机以来,3D 打印设备发展迅速。1986 年美国 3D System 公司推出第一款工业化的“3D 打印设备,投入市场后,各公司纷纷自发研制高精度的 3D 打印设备。 近年来,各大公司均在 3D 打印设备精度上寻找突破口,目前成形零件尺寸不断增大,所用材料种类不断增多,但设备精度依然关系着各大公司的前景。如何令设备在相同的工艺参数下,生产精度更高的产品,是其占据市场的决定性因素。文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111269.html

文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111269.html

3D 打印技术在金属成形领域中的应用现状文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111269.html

3D 打印技术是军民两用技术,经历了多年的潜伏期,现已进入高速发展阶段,未来的发展趋势不容小觑。在汽车行业的应用贯穿汽车整个生命周期，包括研发、生产以及使用环节。随着3D打印技术不断发展、车企对3D打印认知度提高以及汽车行业自身发展需求，3D打印技术在汽车行业的应用将向市场空间更大的生产和使用环节扩展，在最终零部件生产、汽车维修、汽车改装等方面的应用将逐渐提高。据德国 EOS 公司统计,最新的一架 F35 飞机中有 1600 个部件是使用 SLS 工艺快速制造出来的。空客的母公司欧洲宇航防务集团(EADS) 已在研究使用 SLS 制造飞机,与传统制造方法相比, 降低 65% 的各部件重量。在无人机领域,设计出来 无法制造的难题得以突破,从三维图纸到产品,得以 在 24 小时出厂且降低成本,形成年产 5000 架不同型号无人机的产能。3D 打印在航空航天领域上的应用前景较为乐观,虽在产品质量和可靠性上与锻造件相比还有差距,但加工产品在尺寸精度、力学性能上有所提高。未来的产品发展方向,将从变形、开裂等问题入手,研 究如何改变组织提高性能,在减轻部件重量、节省材 料、保证材料性能的前提下,由非承力件、次承力件走向主承力件。文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111269.html

文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111269.html

模具领域文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111269.html

快速模具制造是将 3D 打印运用到模具制造上的新方法,目前该方法已在工业生产中运用,并具有良 好的使用前景。主要有两大类:一类是通过选择激光烧结/ 熔融(SLS / SLM) 等技术直接成形模具,一类是快速成形原型,通过金属喷涂等手段成形铸模的方法。美国麻省理工学院使用胶体 SiO2 溶液粘结剂, 利用 3D 打印成形非金属材料Al2O3 ,经过高温烧结后制得陶瓷零件,其弯曲强度高 达 12. 3 ~ 18.7 MPa,可用作低熔点铸造成形的陶瓷模具。华中科技大学采用 SLS 技术制造出带有 CCC 碳钢合金电池盒注塑模,其寿命达到 5000 / 副, 拉伸强度约为 550 MPa。 通过脱脂、高温烧结和低温浸渍改性的环氧树脂的工艺方法能够提高致密度和强度。 德国 EOS 公司采用粉末烧结技术制作模具内部复杂的流道系统及模具外壳和异性流道系统一体成形件。发现在异性热流道形状设计方面可提高冷却效率, 突破传统模具加工的限制,提升注塑产品的生产效率 和成形质量。现阶段大多数对模具快速制造的研究集中在铸造模具、注塑模具等软金属的冲压模具上,受机械力学性能的限制,针对锻模和挤压模具的快速成形研究相对较少。因此,如何提高模具的力学性能、模具寿命,使其满足高强度模具的要求是该领域的研发热点。文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autochongya2024111269.html

结语

随着 3D 打印的快速发展,应用领域的增多,可以 看出要想真正的将 3D 打印普及,降低成本、开发新型材料、提高精度是真正的关键所在。同时,影响 3D 打 印产品质量因素需继续深入研究,制作满足力学性能要求的产品。综合3D 打印研究现状可以看出,其会向着工艺设备专业化、普及化、小型化,材料选择空间多样化, 成形零件的快速化与精密化并行,过程及产品节约化、绿色化,共享云端下载打印的方向发展。