Protolabs為金屬3D打印技術(shù)帶來尺寸上的提升

自1999年成立以來，Protolabs一直專注于加快注塑成型和數(shù)控加工過程。2014年，Protolabs公司推出了工業(yè)級(jí)的3D打印服務(wù)，面向復(fù)雜的小批量生產(chǎn)的簡(jiǎn)單原型設(shè)計(jì)。截至目前，Protolabs提供3D打印、數(shù)控加工、注塑成型和金屬板制造解決方案。

△圖片由Protolabs提供

據(jù)了解，Protolabs所采用的是兩臺(tái)獨(dú)立的大型3D打印機(jī)，以滿足對(duì)更大的金屬部件不斷增長(zhǎng)的需求。談到增材制造，在打印部件復(fù)雜程度和打印的尺寸之間往往需要權(quán)衡。無論是熔融長(zhǎng)絲制造（FFF）還是碳素?cái)?shù)字光合成（DLS），3D打印部件的幾何形狀可以非常復(fù)雜，但在將這種復(fù)雜性轉(zhuǎn)化為更大的部件方面，所取得的成功有限。更糟糕的是，即使打印的零件在按比例增加尺寸時(shí)能保持其復(fù)雜性，這種零件的大批量生產(chǎn)率也是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

Protolabs，一家聚合物和金屬制造解決方案公司，正在通過整合工業(yè)3D打印機(jī)來解決這一限制，該打印機(jī)不僅可以將幾何復(fù)雜性擴(kuò)展到更大的零件，而且還可以保持穩(wěn)定的生產(chǎn)速度。

鋁——一種經(jīng)濟(jì)的3D打印選擇

2021年早些時(shí)候，Protolabs將GE的X Line 2000R 3D打印機(jī)加入到他們的3D打印機(jī)系列中。X Line 2000R擁有高達(dá)80cm x 40cm x 50cm的大批量打印能力。除了打印部件的大尺寸之外，該打印機(jī)還使用了Inconel 718——一種鎳鉻合金，在-253°C和705°C的溫度范圍內(nèi)非常耐用、耐腐蝕、耐熱和耐寒。鑒于其多功能性，Inconel718在航空航天和汽車行業(yè)以及醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已大量涌現(xiàn)。今年，Protolabs在其120多臺(tái)增材制造設(shè)備中增加了兩臺(tái)X Line 2000R打印機(jī)，包括GE的M2系列5。每個(gè)月，Protolabs打印的零件超過124,000個(gè)。

△正在運(yùn)輸?shù)腉E的X Line2000R打印機(jī)。圖片由Protolabs提供

然而，人們?nèi)匀恍枰�廉價(jià)、輕質(zhì)的金屬打印選擇，同時(shí)仍然保持Inconel 718的性能品質(zhì)--也就是鋁。鋁不僅比Inconel 718輕近四倍，而且一公斤鋁的價(jià)格約為2.5美元，比Inconel 718的每公斤65美元低近25倍。阻礙Protolabs滿足這一需求的原因是，許多要求生產(chǎn)的零件太大，無法通過增材制造來生產(chǎn)。為了滿足這些需求，Protolabs從GE公司獲得了第二臺(tái)XLine 2000R機(jī)器，它將完全專注于生產(chǎn)大型鋁制部件。

Protolabs的全球產(chǎn)品總監(jiān)DavidGiebenhain解釋說："回顧我們的歷史報(bào)價(jià)請(qǐng)求活動(dòng)，我們發(fā)現(xiàn)過去有大量的鋁制請(qǐng)求，由于零件的尺寸太大，我們不得不拒絕。鋁通常是我們產(chǎn)品組合中的關(guān)鍵材料之一。它非常適用于提供金屬3D打印的好處。它是一種非常輕的材料，而且它有非常好的導(dǎo)熱性。鋁也是我們提供的最廉價(jià)的材料。"

連續(xù)的生產(chǎn)周期

X Line 2000R使用直接金屬激光熔化（DMLM）方法進(jìn)行增材制造。無論是鉻鎳鐵合金還是鋁，該工藝涉及使用高功率激光器將所需的形狀熔化到粉末狀的金屬床上。首先，一層金屬被均勻地沉積在構(gòu)建托盤上。粉末是非常細(xì)的，每個(gè)顆粒在15-65微米之間。接下來，兩個(gè)強(qiáng)大的1000瓦激光器在這一層上繪制出零件的橫截面形狀，然后再沉積一層金屬粉末，重復(fù)這一過程�？梢詫�(duì)激光器進(jìn)行編程，使其在粉末層中熔化不同的截面，允許在一次構(gòu)建中打印多個(gè)零件。