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金属3D打印服务将按公斤卖,不锈钢零件可低至300元/公斤

2021-12-31文章来源:易制科技

文/蔡道生,武汉易制科技董事长

  金属3D打印技术流派的发展现状对比

  金属3D打印技术种类,过去主要有基于粉末床成形的金属粉末选取熔化技术、基于焊接原理的直接能量沉积技术、基于粘结剂成形的间接金属3D打印技术、材料直接喷射成形的纳米金属粉末喷射成形(NPJ)等技术种类:

  基于粉末床成形(PBF)的技术主要有激光选取熔化(SLM)和电子束选区熔化(EBM),是目前主流的技术3D打印技术;

  基于焊接原理的技术主要用在大型结构件成形、修复和特殊性能要求的领域,还是把他们归类于焊接领域更合适;

  基于粘结剂成形的间接3D打印技术主要有粘合剂喷射成形(BJ)和熔融沉积(FDM)等,是最近几年才发展起来的;

  而纳米材料直接喷射成形(NPJ)技术由以色列XJet公司发明,前几年非常火热,可能是价格太贵的原因,目前商业化的程度好像很有限。

技术 速度 精度 设计自由度 材料 多组分 致密度 成本 后处理
SLM 非常高 去支撑
EBM 非常高 去支撑
DED 机加工
BJ 非常快 非常高 少量 后烧结
FDM 兼容 后烧结
NPJ 非常高 优秀 非常高 后烧结

(几种金属3D打印技术的对比分析)

  几种金属3D打印技术的对比分析

  从以上对比可以简单总结:

  ● SLM技术成形速度慢、价格高、去支撑后处理麻烦;而EBM虽然速度非常快,但是精度又相对低一些;而NPJ技术无论是设备还是材料都更贵。所以这些技术的应用很难去跟传统制造竞争,多在加工一些传统制造做不了的复杂度高的零件。

  ● 基于FDM原理的金属3D打印在材料和后期烧结方面几乎跟金属注射成型(MIM)完全相同,由于脱脂的限制,也就意味着只能加工小型零件。个人认为这种技术应该由MIM厂家作为一种补充工艺,在大批量加工之前进行打样或小批量加工使用,因为金属FDM可以和MIM工艺共用烧结脱脂炉,MIM厂家不需要另外购置。虽然金属FDM打印技术也才进入商业化不久,但是我相信每个MIM厂家都会配备该装备,只是该技术需要在速度和精度方面进行平衡,不能做到二者兼顾。

  ● 而粘结剂喷射金属3D打印技术具有速度快、成本低的显著特点,是一种可以被普通加工工厂使用的金属零件加工设备,目前算是起步阶段,无论国内外,都处于在与应用匹配的阶段。

  目前金属3D打印零件的价格

  目前金属3D打印零件服务市场几乎都是采用SLM技术,少量采用DED技术,不锈钢零件服务价格普遍在2元/克以上。这是由于材料和设备本身还很贵,加上零件通常需要后期热处理以及去除支撑很麻烦,还有打印速度慢造成加工零件占用设备时间长等原因,造成成本高。

金属3d打印的样品

  传统的金属零件加工影响加工的原因,主要是工艺复杂度和时间长短,比如数控加工,复杂点的零件基本都要上五轴,加工时长决定价格,材料消耗所占比例不大。所以不会以克来计算。

  粘结剂喷射技术,让金属3D打印零件可按公斤卖

  最有前途的是粘结剂喷射3D打印技术。2021年3月底,易制科技作为中国粘结剂喷射金属3D打印技术的龙头,通过南极熊,把自己的积累的经验和技术开放出去,更多人参与进来一起做。

  粘结剂喷射3D打印技术采用阵列式喷头,根据三维CAD模型切片得到的二维图形,在金属粉末中选择性喷射粘结剂来固化成形,多层叠加制作完成整个零件,再通过高温烧结得到高致密度的金属零件;速度快、成本低,且不需要支撑。它有几大优势:

  ● 机器设备相对便宜(通常为同成形尺寸SLM设备的1/5);

  ● 由于材料对粒径和形貌都没有特别严格的要求,所以材料价格也相对较低;

  ● 3D打印速度很快,每一层的打印时间可以低到几秒钟,且成形缸中零件实体部分所占比例对打印速度没什么影响,适合于多个零件组合打印。

(粘结剂喷射3D打印金属零件,可按公斤卖)

  其实现在金属3D打印零件就可以按公斤卖了。

  按公斤卖代表两层意思,一是说明价格已经比较便宜,二是说明材料的重量在很大程度上决定了零件的成本,而零件形状和工艺复杂度对价格不会造成影响。粘结剂金属3D打印可以做到上面两点。

(粘结剂喷射3D打印的金属鞋模具,可按公斤卖)

  对易制科技来说,前期不做制件服务,只是精力不够,我们需要把主要精力用在匹配应用和扩充材料上,我们每天都在做大量的系统性实验,而打印服务需要更细致的管理,我们不想因为做服务而影响研发进度,所以前期我们是不做打印服务。2021年,经过思考和讨论,我们会在适当的时候组建一个专门的制件服务团队来开展业务,初步的定价是不锈钢零件300元/公斤,后期应用起来后可以降到100元/公斤

  新型金属3D打印技术对制造业的影响

  我们一直认为,粘结剂金属3D打印机对标的应该是传统制造业(比如CNC)而不是SLM激光选区熔化金属3D打印技术。在速度和成本方面, SLM与粘结剂金属3D打印技术没有可比性,粘结剂金属3D打印技术是可以在整个金属加工制造业中占有很大比重的技术,是一种可以与传统CNC加工竞争的技术!在加工简单零件和精度方面,CNC加工有优势;而在加工复杂零件方面,粘结剂金属3D打印技术有优势,即快又便宜。

  个人认为,在未来的常规性能零件加工中,高精度和形状简单的零件采用CNC加工,形状复杂的零件加工采用粘结剂金属3D打印,而超大零件采用铸造结合数控来加工。这种情况下,3D打印技术在制造业就会有一席之地,个人工厂也就成为了可能。

  易制科技正在做的主要工作就是扩充材料和匹配各种应用。我们一直坚信,3D打印就是一种新形式的数控机床,应该作为一个核心力量被广泛使用在制造业。我们的目标就是使制造变得越来越容易!

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