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挖掘小型零件批量生产能力,粘结剂喷射技术在汽车零件制造中的应用

粘结剂喷射技术允许零件脱离基板在粉层中实现成型,可实现金属零件的批量生产,这对于提高金属增材制造的效率,降低金属增材制造成本具有重要意义,也为金属3D打印技术在更广阔的工业领域的应用创造了条件。瑞典粘结剂喷射3D打印设备制造商Digital Metal 将其技术定位于复杂小型零件的批量生产,至今已通过其粘结剂喷射技术为汽车制造商生产了部分复杂小型零件。

小而复杂的汽车零件

Digital Metal 是金属粉末材料生产上 Höganäs集团公司旗下的企业,Digital Metal推出了粘结剂喷射技术的金属增材制造设备:DM P2500。

DM P2500,使用粘结剂喷射工艺制造零件,粘结剂为环氧树脂,由喷嘴根据部件的几何形状精确地喷射粘合剂,层层粘结材料,该过程一直持续到零件完成。整个打印过程以受控的方式进行。最后,在烧结炉中将粘结剂烧掉以获得纯粹的金属零件。

在生产中,粘结剂喷射系统是精确和可重复的,DM P2500能够以35微米的分辨率制造非常小的精确零件。根据Digital Metal,烧结过程后一般具有Ra 6.0微米的平均表面粗糙度,对于许多最终用途的部件和特征来说足够细。由于表面粗糙度很细,所以可以将很多零件一次性3D打印完成,而不是将其组装成多个部件,后处理过程包括喷砂和抛光,这些可以在必要时进一步提高表面光洁度。Digital Metal迄今已有三种材料包括316L和17-4PH不锈钢,以及Ti6Al4V钛合金。

带性能增强设计的跑车零件

Digital Metal 为瑞典跑车制造商 Koenigsegg 制造了一款跑车挡风玻璃清洗喷嘴。

Koenigsegg 跑车是静心手工制作的,每一个细节都会围绕着提升车辆性能这一个目标。 因此即使是挡风玻璃清洗喷嘴这么一个看似微不足道的零件,Koenigsegg 对其功能和外观也有着极高要求。

这款使用粘结剂喷射3D打印制造造的零件,在设计时极具巧思,喷嘴内部采用了性能增强功能的设计,零件外部市面中带有公司的logo。通过3D打印技术来生产汽车零件,并非是跑车这种奢侈品才能够享有的“特权”。普通汽车中应用的3D打印零件也将越来越多,例如美国通用汽车已经研发金属3D打印座椅支架,并计划在一年内将这些轻量化支架安装在汽车中。

3D打印技术在制造轻量化零部件、功能集成化部件方面的优势,值得更多汽车制造商去思考与发掘,尤其值得新能源汽车制造商去挖掘其价值。因为新能源汽车并不仅仅是更换一个动力系统,更是对于车辆设计的重塑,对于零部件性能的重塑,而3D打印技术在产品设计优化升级方面与新能源汽车具有相结合的土壤。

粘结剂喷射技术为金属3D打印进入到汽车等更广阔的工业生产领域创造了更多可能性。相比粉末床金属3D打印技术,粘结剂喷射技术的材料成本低,由于采用粉末自支撑的方式,降低了打印后处理的难度,并且在设计空腔、封闭网格等金属零件中的结构时由于无需考虑添加支撑,设计难度以及打印准备的难度也相对降低。

此外,粘结剂喷射系统易于扩展为大幅面3D打印系统,目前exone公司已推出成型尺寸为800x500x400mm的粘结剂喷射设备,GE 也在研发大幅面的粘结剂喷射3D打印设备。由于在打印时,零件无需在一块打印基板上进行成型,因此单次打印可生产的零件数量显著提升。这些特点使粘结剂喷射技术更适合用于批量生产。

不过,粘结剂喷射技术并不是一枝独秀的金属3D打印技术,它在很多方面并不能替代粉末床金属3D打印技术。例如:该技术在打印精度和材料性能方面还不能与粉末床技术媲美。


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