新型3D打印铝合金工艺来了,专为铝而开发,材料非粉末而是片材 

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发布时间: 2022-09-23 12:10
铝合金具有比强度高、耐腐蚀、可回收性强等优点,被认为是汽车轻量化的理想材料。3D打印+铝合金已经被制造商用于开发包括复杂的几何形状、随形冷却通道在内的特殊零件。

但由于经济效益低,这一技术在汽车生产中并未得到广泛应用,铸造和开模仍是主流的生产方式。如何解决3D打印成本过高,真正推动其走向大批量生产,是摆在3D打印企业面前的机遇与挑战。
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一种专为铝设计的3D打印工艺,图片来自:Alloy Enterprises

为了改变这一现状,Alloy Enterprises应运而生,这家3D打印初创公司成立于2020年初,总部位于马萨诸塞州,过去2年共获得了超1000万美元的融资。它开发了一种新的3D打印工艺,旨在提供高产量的全致密铝部件,使制造商能够从原型设计扩展到批量生产。

在Alloy看来,以前没有真正的3D打印工艺专为铝材设计,所以他们以此为方向,开发了一种专为铝设计的选择性扩散粘合工艺,使用专有的片状铝作为原料,而不是粉末。

据该公司称,这一新工艺将能够扩大生产规模、降低成本并提高安全性和易用性。同时,有助于3D打印在汽车和工业等垂直领域获得更广泛的应用,并最终取代铸造等传统工艺。

走向批量生产,材料是关键

选择性扩散粘合是一种基于片材的工艺,属于分层实体制造的一种。在材料上,该公司没有发明一种新的制造方法来生产他们的新型铝原料,而是通过使用与铝箔和汽水罐相同的铝轧制工艺获得。据Alloy Enterprises公司创始人Forsyth表示:“想要在批量生产中获得真正具有竞争力,以粉末为出发点是很困难的。而采取铝轧制工艺不需要重新考虑如何获得高产量和低成本的原料,这一步非常的关键。”
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使用到的铝合金片材,图片来自:Alloy Enterprises

到目前为止,公司已经生产了14吨材料,据说成本是铝粉的1/25。除了成本之外,不使用粉末还省去了烘烤、筛分和脱粉等步骤。轧制铝材没有金属粉末固有的危害,该过程不需要呼吸器或特殊存储等防护设备,并且没有材料爆炸的风险。

2台机器配合,切割与粘合
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选择性扩散粘合工艺(1-3),图片来自:Alloy Enterprises

选择性扩散粘合使用到了2台机器。第一个称为Construct机器,用激光切割零件的轮廓,并将片材堆叠起来,然后在材料的某些区域涂抹抑制剂以形成支撑物。同时机器还能对每一层进行扫描检查,确保产品质量,提高打印成功率。
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选择性扩散粘合工艺(4-5),图片来自:Alloy Enterprises

这些完成后,操作员将零件移至Bond机器。在这台机器中,除了涂有抑制剂的区域外,零件经过扩散粘合工艺将材料片熔合在一起。在扩散粘合过程中,片材堆叠成为一块材料,然后拆除支撑材料,再进行热处理得到最终的零件。

和传统铸件一样,也可以通过CNC进行二次精加工处理,但是3D打印相比于铸造,可以生产复杂的几何形状和随形冷却通道。另外,采用高强度铝合金(如6061)生产,其机械性能优于传统铸造零件,而且所需的时间更短。

下一阶段,成为零件供应商

目前,Alloy Enterprises正在其实验室中运行功能齐全的测试系统。它为客户生产零件,客户对其进行评估、鉴定并向公司提供反馈。同时,该公司还在开发下一代机器,将能够在一年内生产超过7吨的零件,未来计划成为零部件供应商,在其工厂生产零部件。
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生产的工业零部件样品,图片来自:Alloy Enterprises

对于其材料规划,该公司目前仍专注于6061铝合金,但也不排除在未来添加更多材料,以及扩展技术的其他可能方式。

事实上,除了Alloy通过选择性扩散粘合的解决方案外,来自比利时的初创公司ValCUN也给出了一种不一样的方案,熔融金属沉积 (MMD)技术。其原理是通过将预热的熔融金属挤压到工件上,工件通过电流加热而产生等离子射流,等离子体射流加热熔融材料将其沉积,并一层层融合形成零件。

想要实现真正的金属3D打印经济批量化生产,还需要有更多新技术的出现,我们也期待国内企业有类似创新,给未来的3D打印市场带来更多惊喜。
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