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金属增材制造技术面向工业制造和模具领域的应用

选区激光熔融是一种直接使用3D CAD数据作为数字化源头的金属添加式流程,直接通过CAD数据导出行业标准格式STL, 成型高密度金属产品。金属粉末层层堆积, 同时大功率的光纤激光把金属粉末层层熔融在一起形成最终产品。常用金属粉末包括不锈钢、模具钢、钴铬合金、钛合金、镍基合金以及铝合金等。

1.医疗领域

金属打印在医疗领域具有广阔的应用空间,主要用于口腔及植入体的制造,所使用的材料包括钛合金、钴铬合金等。在口腔领域,牙冠的制作是其典型应用,可有效避免沙眼多、缩孔变形、经常返修等问题,几十微米的激光制造光斑可保证较高的精度,在成本降低的同时,制作效率和性能大大提高。此外,在口腔领域金属打印还可制作牙桥、支架以及上下颌骨等产品。

口腔领域的应用主要体现在外用方面,而植入体则是通过手术植入人体内部进行使用,如人体髋关节、颅骨以及其他部位的骨骼等。

骨科产品,多采用钛合金材料,与人体具有优异的生物相容性;表面网状结构可以减轻植入物的重量;定制化设计可以保证产品完全适应病人的个体需求。相比较传统工艺, 表面涂层粘合度更高, 表面结构根据不同临床病人要求更加灵活。

对于植入人体的产品都存在安全性风险,因此保证产品质量,产品须在在ISO13485医疗管理体系下制造,通过ISO 10993体系下的医疗产品生物相容性评估;产品具备3种形式提供,刚加工完原始表面,光顺或抛光状态,以医药和健康产品注册法规机构注册。

2.航空航天领域

在航空航天领域,减重意味着节省更多的燃料、运送更多的物资从而降低成本。拓扑优化主要用来帮助工程师们找到能够满足要求的最佳概念设,优化给定设计空间里的材料分布,同时保证零件的性能不受影响。采用传统的制造手段往往无法对拓扑优化后的零件进行加工,而增材制造的灵活性恰好解决了这一制造难题。拓扑优化和增材制造相结合为传统制造方法无法处理的复杂形状打开了可能性,为航空航天减少零件重量、零件数量、制造成本提供了可能。

拓扑优化航天零部件

阀门部件

3.汽车等工业零部件应用领域

与航空航天领域类似,金属打印的一个突出特点即直接制造,避免了开模带来的高昂成本,在赛车制造领域优势明显。

法拉利赛车高温合金部件

金属增材制造也可制作更加精密的钻头,由于在刀具主体内部具有冷却剂供给通道,传统的加工手段只能在一定范围内对通道进行加工,因此限制了钻头的制造尺寸,通过增材制造手段可以设计并制造出适用于更小钻头的螺旋型通道,可以制作小至8mm的刀片钻头。


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