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今年进口金属3D打印机选购指南

星之球科技 来源:南极熊3D打印网2020-09-29 我要评论(0 )   

在过去的几年里,金属3D打印受到了很多人的关注,金属增材制造(AM)市场在过去十年里得到了真正的增长。根据SmarTech Analysis的《2020年金属粉末增材制造》报告,在过...

在过去的几年里,金属3D打印受到了很多人的关注,金属增材制造(AM)市场在过去十年里得到了真正的增长。根据SmarTech Analysis的《2020年金属粉末增材制造》报告,在过去五年中,金属3D打印硬件收入增长了近3倍,材料销售增长了近6倍。

在金属增材制造领域,目前主要部署了几种技术,包括:激光粉末床熔融(L-PBF)、电子束粉末床熔融(E-PBF)、定向能量沉积(DED)和间接金属打印(BMP)。

在这些3D打印系统当中,没有谁是最好的,选择哪种技术类型,选择哪个厂商的设备主要取决于你想做什么。

2020年9月27日,南极熊注意到国外媒体发布了一份《2020进口金属3D打印机选购指南》,作者通过自己的知识和对终端用户、经销商和研究人员的采访整理而成,可以用于指导客户如何选用金属3D打印机。当然,这份购买指南中所出现的金属3D打印机均为国外厂商的产品,南极熊将其翻译出来供国内用户参考。

南极熊此前也整理过一些金属3D打印厂商的文章:

《小趋势:18家多激光金属3D打印厂商,剑指高效率/大尺寸/批量制造》

《小汇总:15个熔覆喷涂金属3D打印技术厂商对比》

《大势已来:8个喷射技术金属3D打印厂商汇总对比》

间接金属打印(BMP)

△ExOne打印机被用来制造这种井下定子部件,用于石油和天然气行业

到目前为止,炒作最多的是BMP,这是一种间接金属3D打印技术,包括金属粘结剂喷射和金属挤出两种。在粘结剂喷射中,粘结剂由喷墨打印头沉积在金属粉末床上,形成 "毛坯"金属部件,然后在烘箱中脱脂和烧结后,得到致密的金属部件。

人们还可以通过金属挤出技术打印丝材,然后进行脱脂和烧结。这本质上是增加了烧结步骤的FDM技术,但这些机器与粘结剂喷射的机器类似。BMP的主要优势是它的成本可能比其他金属技术低三分之一。

使用BMP工艺,可以实现良好的表面效果,机器的成本也相对较低。缺点是,单独的烧结步骤难以控制。在不同壁厚、尺寸和几何形状下的零件收缩率会不同,这将使制造完全独特的新零件变得困难。另一方面,尽管有单独的脱脂和烧结步骤,从化学和安全的角度来看是很棘手的,但零件成本应该很低。然而,在很多情况下,对于最高级别的零件性能,BMP将不如PBF合适。

Markforged metal X

△正在Markforged metal X上制作的切削刀具

Markforged的metal X系统价格相对低廉,结构紧凑,软件性能良好,真正拉低了金属打印机的市场入门水平。系统在设计时考虑到了良好的用户界面,使用起来比较方便。Markforged还随打印机一起运送清洗和烧结站。metal X可以打印Inconel 625、17-4 PH不锈钢和铜。

ExOne X1 25Pro

ExOne的X1 25Pro具有400 x 250 x 250 mm的构建体积,并有四种不同的粘结剂和材料选择,如316L、17-4PH、304L、Inconel 718、铜等。多年来,ExOne一直在冶金方面做了大量的工作。公司还在系统的可靠性和可重复性方面投入了研究,这使得X1 25Pro成为具有实际产量的入门级工业解决方案。

激光铺粉金属3D打印

△这款AiO喷嘴板在EOS M-290和EOS M 400机器上制造,过去是由超过125个独立的部件组成,但现在是作为一个单元进行3D打印。成本降低了一半,重量也减轻了。

激光铺粉金属3D打印技术L-PBF可以生产航空航天等行业所需的最高质量、最高密度的高性能零件。机器的价格要贵得多,一般在50万美元以上。初期投资和运行成本很高。还需要后加工设备,如电火花加工或CNC(如同大多数3D打印技术制造的金属零件一样)。

但是,一旦你深入研究这项技术,你可以每天制造数千个小型部件。请注意,构建体积填充满零件打印可能需要一周或更长时间。这是我们所拥有的最经得起考验、最符合行业要求的技术,能够制造最精确的零件。它也是应用最广泛、研究最深入的技术。每年用L-BPF制作的牙桥和牙冠数以百万计。

EOS M 290

△Euro-K使用M290和Inconel 718来制作微型燃烧器

EOS M 290是一个行业标准,特别是对于服务商。是最受欢迎的金属系统之一,它是一个可靠的,相对无忧的打印机,被那些以3D打印作为生产系统的人喜欢。它非常可靠,EOS和它的客户已经积累了大量关于这个系统、材料、设置和性能的信息。

SLM Solutions SLM 500

尽管新的SLM 800及可连接多达5台打印机的Hub是目前让人津津乐道的产品,但SLM 500的使用记录更为丰富。500是一款双激光或四激光机器,它的出现标志着我们行业的一个重要里程碑。前期的HL 50系统也是一个震撼,因为在那之前,很多人都认为SLM基本上是死路一条。HL和后来的500型系统在实际生产中得到了应用。

Additive Industries metalFab1

△在Additive Industries的metalFab1上制作的钛合金叶轮

Additive Industries的metalFab1打印机在一个模块化系统内输送零件,所以零件不需要搬运或输送到系统的保护环境之外。这使打印机保持封闭,更安全,也降低了很多成本。他们的创新方法意味着这家年轻的初创公司很快就在商业航空和太空等严格领域赢得了全球客户。这可能不是你的第一套系统,但由于它从根本上是为系列化生产而设计的,因此对于那些寻求量产的人来说,它是一个值得考虑的机器。

GE Additive Concept Laser M2 Series 5

Concept Laser公司的机器在牙科领域以可靠的工作著称。Concept Laser与其内部咨询部门和GE航空合作,对设备进行优化,参数,跟踪,记录数据,并进一步优化,使机器具有高度的可靠性和可重复性。M2有一个可切换的构建模块,这样你可以从外部处理所有保持在机器安全惰性气体室内的零件。以GE的经验来看,这绝对是一款值得关注的航空航天市场的机器。

EOS M400

△RUAG和CITIM设计的用于ESA哨兵卫星的铝制卫星天线支架,减少了40%的零件重量

EOS的M400系统是一个大型的高生产率系统,它与M290配合使用。在M290上测试、开发、制造零件,然后移植到M400上生产。举例来说,这意味着一些大学的合作伙伴可以制作很酷的新材料,这些研究成果可以快速地在M290上实施。然后,一旦验证通过之后,就可以在M400上进行高效率的生产。

Velo3D Sapphire

Velo3D的蓝宝石打印机确实让大家感到惊讶。这家初创公司将大量的注意力集中在监控、捕捉、优化和改进熔池中实际发生的零件制造过程中。通过它的软件和监测,它将更好地构建部件,甚至在某些情况下减少对支撑结构的需求。Velo3D还瞄准了制造商,特别是在航空航天领域,部署其机器。Velo3D对我们的市场具有潜在的非常大的颠覆性,并且让其他人更加努力。

电子束铺粉金属3D打印技术E-PBF

△在Amplify Additive运行的GE EBM系统上堆叠髋臼杯

L-PBF的替代方法是EBM或E-PBF。这种方法使用电子束而不是激光烧结细金属粉末层。与通过L-PBF制造的部件一样,这些部件也需要进行大量的后处理,以去除支撑结构,防止部件因温差而撕裂。传统上,E-PBF每件零件的成本更低一些,但可以得到更粗糙的表面纹理。对于骨科来说,需要粗糙的表面质地,这也是为什么E-PBF是制造髋臼杯和其他骨科植入物的一项非常强大的技术。同时,美国宇航局、GE等公司的工作表明,你可以用E-PBF制造梯度零件,用这种技术制造涡轮叶片等物体。

GE Additive Arcam Spectra H

△Avio Aero公司的涡轮叶片

GE Additive公司的Arcam Spectra H系统比以前的E-PBF机器功能强大一倍,体积也大得多。它是为高温合金(如铝化钛(TiAl))和打印大型涡轮叶片和其他航空航天零件而设计的。这台机器基本上是为了打印TiAl(也叫 "伽玛钛")、GenX发动机的低压涡轮叶片而开发的。

如果你需要用伽马钛做一些东西,这种材料的重量大约是镍超合金的一半,而且强度一样高。现在,考虑到这些金属间化合物的需求有点小众,目前仅限于飞机发动机、一级方程式赛车和国防。

送粉金属3D打印技术DED

△激光熔覆公司(LCV)通过DED对碳化镍钨进行修复的模具

DED是一系列技术,在能量源前将粉末或丝材送到工件上,通常是在一个露天的室内。3D打印头可以放置在现有的CNC或其他设备内部,可以非常快速地将新材料打印到现有的零件上,或者以相对较低的成本制造新的零件。

这项包覆和焊接相关的技术沉积速度很快,但比较杂乱无章。但是,人们可以用数控机床去除多余的材料。DED用于修复注塑模具,用于阀门、齿轮或模具等。

△这个齿轮是在车轴本身上3D打印的,使用不同的钢材来优化零件的性能

Optomec LENS 860

Optomec的860系统是立式加工中心和DED打印头的混搭。其中一个版本的机器确实有一个受保护的构建室,这可以提高效果,但也有一个封闭的构建室版本。这台设备拥有860x600x610毫米的工作区域。Optomec在利用其技术修复零件和为现有零件添加材料以满足非常苛刻的应用方面具有相当的专业知识。

Sciaky EBAM 300

Sciaky系统已用于制造尺寸达5.79 m x 1.22 m x 1.22 m的零件。Sciaky制造了一些世界上最大的金属打印机,它的双线送料打印头意味着你可以使用低成本的线材原料,也可以在熔池中混合材料。该公司已经能够在零件制造上闭环,凭借深厚的经验和电子束枪,Sciaky的机器能够加工很多不同的材料。

BeAM Machines Modulo 400

△BeAM机器修复磨损的密封圈的特写

BeAM的Modulo是一台集成了DED 打印机和减材加工中心,工作区域为600 x 400 x 400 mm。BeAM具有 "同轴气流",即在同一个喷嘴中运行两种不同的气体流。这应该能改善这种吹粉系统的效果。有趣的是,Modulo被设计为可集装箱式,这意味着它可以位于一个运输容器中。一个易于运输的解决方案将是非常诱人的,可以放在石油和天然气公司和军队的大型现场。这家公司还有一个更大的系统--Magic。

Trumpf TruLaser Cell 7040

Trumpf(通快)是一家家族企业,制造了世界上许多工业激光器,也制造了许多切割工具和机器。他们的激光金属沉积(LMD)机器可以混合粉末并与填料焊接,这意味着不同的材料可以连接在一起。该公司还利用其丰富的加工专业知识,使其机器在涂层和不同材料涂层中的应用成为可能。

Trumpf的增材制造设备也可以集成到传统客户的现有机器中,或者您可以购买一台新设备。在一台机器上,您可以沿着其巨大的制造量进行切割和3D打印操作。您还可以将这台设备集成到现有的生产线上,使其成为迄今为止最能够集成到一系列制造过程中的设备。

DMG Mori Lasertec 65 3D Hybrid

DMG Mori是最大的机床制造商之一。最近,他们在3D打印方面投入了大量的资金,现在有DED和L-PBF机床的生产线。他们的3D Hybrid与铣削和车削配合使用,而3D则与金属切削配合使用。五轴3D Hybrid系统的构建体积为735毫米×650毫米×560毫米,可以与现有的工作流程和设备相结合。五轴粉末喷嘴是同轴的,可以在一个工件上组合不同的金属。系统本身是闭环的,并有过程中的监控。

Formalloy X Series

Formalloy是一家比较小的公司,这家公司的出现与美国一些严格的DED用户,如JPL和NASA有着紧密的联系。它的DED头可以在飞行中混合材料,这可能带来各有趣的表面解决方案。

这家初创公司在定价上也很激进,提供低成本的解决方案,冲破了他们的重量。他们在材料方面也下了很大功夫,尤其是那些奇异的太空材料,比如Waspalloy、Hanes 230、Stellite 6、五种不同等级的铜、GR Cop 84(NASA燃烧室用铜材料),还有磁性材料和碳化钨。我想有人正在用一台机器几乎可以打印出一整枚火箭。

应用

DED

DED可用于硬面化、修理和制造飞机翼子板等部件。受限于细节,这种技术传统上可以制造5m x 2m x 2m或更大的零件。令人振奋的应用包括混合材料,以及在由相同或不同金属制成的旧零件上打印新材料。

△修理各种形式的涡轮叶片是DED的主要工作,这一应用是由Optomec和其他公司首创的

这项技术最适合于需要修理大型高价值部件的市场。如石油天然气、造船业以及军工装备等领域。大型、高成本的车辆部件,如航天器和高端车辆的底盘,可以用DED生产或维修。例如,人们希望可以为乘用车制造整个底盘。或者说,DED将被部署在越来越多的维修应用中,使各种工业设备的磨损表面重新焕发活力。

对于小型和细节部件,DED就没有那么厉害了。通常情况下,露天建造室限制了精度。这个市场的玩家包括Optomec、Sciaky、Trumpf、DMG Mori和BeAM。工业应用的扩大以及CNC行业的新玩家都是可以期待的。

E-PBF

△Trinity PLUS 2是科林集团采用Arcam(GE)EBM制造的高孔隙髋臼杯,多孔性和表面粗糙度曾经是一个限制,但对于这种应用,它们可以成为一个理想的特性

仅仅在几年前,E-PBF主要与L-PBF进行比较,并会输给L-PBF。现在,这项技术在研究和商业应用中也获得了更多的关注。E-PBF非常适合骨科,已经能够降低骨科植入物的成本,并生产出数以万计的植入物。与L-PBF相比,它的成本可能更低,也可用于许多相同的应用。

对于商业航天、航空和军事应用,E-PBF确实是一项非常相关的技术。许多人都在重新考虑这项技术,因为他们正在转向制造业,在制造业中,其较低的零件和粉末成本确实开始变得重要。通用电气通过其Arcam部门,在专利覆盖率和已安装的机器方面几乎完全主导了EBM。但现在Freemelt、JEOL和Wayland Additive等公司正在提供替代方案。

L-PBF

△由DTI设计的CeramicSpeed变速器部件在SLM Solutions SLM 500上用Ti打印

L-PBF是最成熟、部署最广泛的金属3D打印技术。德国公司EOS是这里的市场领导者,其次是GE和SLM Solutions。DMG Mori、Trumpf、Farsoon和其他不少公司最近都进入了这个市场。Additive Industries公司的高产系统真正撼动了市场,它在机器上处理了大量的后处理工作。Velo3D最近通过使用增加在线监测和过程控制来减少支持结构,掀起了波澜。

L-PBF在汽车领域取得了进展,也被用于骨科领域。在太空以及航空领域,该技术现在也得到了广泛的部署。一个很大的利好很可能是近来发展迅速的商业航天实施。现在这项技术正在向更多合格的零件和材料以及更多的制造应用发展。

BMP

粘结剂喷射主要是由ExOne公司开创的,这家美国公司正在全球部署大型工业粘结剂喷射系统。然而,炒得沸沸扬扬的是围绕着更紧凑的工业BMP系统,它可以在全球的工作车间和制造场所找到一席之地。Desktop metal公司刚刚发布了其中的一款,GE和惠普公司也正在研发。

如果这些系统成功,它们可以极大地扩大金属打印市场。从今天的几千台安装量来看,我们可以在不久的将来看到数以万计的安装量。然而,我对BMP持谨慎态度。

工艺问题意味着,大体上,这些系统可能适合于成千上万的合格零件。但是,相对于现有的技术,这些部件在哪些特定的部件和系列中才是有意义的呢?而人们又将如何接受设计并进行所需的工作以使其可打印?他们是否有足够的人力来运行这些系统,以及接受培训来制作零件并使其可打印?这一切都还为时尚早,所以我对有限的应用和拥有必要技术的公司持谨慎乐观态度。从长远来看,如果有合适的软件和加工设备,我是乐观的。

如果你从事航天、骨科、航空、歧管、汽车、机械制造、建筑、农业、石油和天然气、核电、发电、散热片、任何类型的阀门或喷嘴,一般来说,你必须深入了解这些技术。它们正在对你的行业产生真实而深刻的影响。在其他行业,影响就不那么明显了。实施金属打印是一件困难的事情,但它可能会对你的业务产生很大的影响。


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