增材打印制造技术 2017-05-09T13:14:11+00:00

增材打印制造到底是什麽?

领先的工业界当局已经宣布了增材制造(AM), 也称为 3D 打印, 是二十一世纪的第一次制造业“革命”。 与从整块材料切削成形的传统制造方法不同, 增材制造工艺是使用计算机上的3D设计几何模型来驱动和控制材料的逐点逐层堆积, 从而把部件(或部件上的一些功能)生产制造出来的。

与传统的材料切削制造方法相比,这种靠材料的逐渐添加来堆积制造的方法可以提供许多优越性, 包括: 增大设计的灵活性, 改进最终产品的功能、缩短产品上市时间、降低制造成本和材料浪费、以及延长产品的使用寿命。

 

LENS的工艺过程视频

增材打印制造技术的应用

增材打印技术正在被广泛地用于各种产品的工业制造。 Optomec 独特的优势是我们把重点放在解决 3D 打印制造业通常面临的、其他竞争技术对手认为棘手的挑战难题上。 我们获得专利保护的激光熔融风喷金属粉末成形(LENS)和气雾喷射(Aerosol Jet)技术可以带来增材制造(3D 打印) 应用于生产快速增长市场产品的各种优越性, 例如:

  • 3D 打印的各种天线
  • 半导体封装
  • 军事及航空航天
  • 物联网
  • 替代能源
  • 触屏显示
  • 科研及技术研发
  • 部件修补
  • 混合式加工制造
  • 功能原型的制作
  • 医疗植入器械
  • 新材料的研发

增材制造的历史简介

Figure 1
图 1

Figure 2
图 2

上世纪八十年代初, 第一次出现的增材制造技术是靠计算机控制的紫外线光束选择性地照射液态感光聚合物来逐点逐层地固化打印出塑料部件的。 后来又出现了其他打印塑料部件的方法,如熔融堆积成形(FDM) 技术。另一种增材制造方法是利用激光熔融金属粉末来打印金属部件。其中最常见的两个目前用于商品生产的系统是 “粉末床熔融烧结”(PBF)和“粉末送入定向能量沉积”(DED)。PBF 系统是使用激光束有选择性地熔融粉末床中的金属粉末, 从而逐层固化堆积出金属部件。当第一层的粉末被选择性地烧结完毕后, 第二层粉末再被装填上来进行有选择性的烧结。 重复这一过程直到整个部件完全成形。在未烧结成形的多余粉末被清除之前,完成的部件是被埋在粉末饼里面不可见的(请参阅图 1) 。

在粉末送入定向能量沉积的 DED 系统中,金属粉末从喷嘴不断地被风喷到大功率激光的焦点处。 由此产生的金属熔融池可以按照运动控制系统的指令而移动, 在自由空间中将金属部件堆积出来。所制作的部件在整个逐层增材制造的过程中都是可见的(见图 2)。这种粉末送入定向能量沉积系统,正如我们Optomec的LENS系统,还可用于添加材料到现有的金属部件上, 从而对其进行修复、添加新的功能或耐磨涂层、也能被融入集成到混合式生产制造的体系中。

混合式加工制造业的出现

2014年以来, 一些3D打印设备供应商推出了混合式的数控机床, 其中增材和切削的加工过程可以共存成为同一台机器上的工具(见图 3)。

将增材和切削这两种加工方法协同集成在一台机器平台上可以为您提供多种金属加工制造业的优势,包括降低构架部署成本, 减少新技术的培训时间和风险, 并提高加工制造的工艺功能和灵活性。

图 3

3D打印电子产品

Figure 4
图 4

增材打印的制造方法, 也称直接写印, 还被开发应用于打印电子和生物材料。 在直接写印的工艺过程中, 液态功能材料如导电墨液或墨浆等通常被打印到三维结构承印基底上, 形成保形的电子功能电路。 常见的直接写印方法包括类似注射器的挤送墨液装置、喷墨打印机和墨液气雾喷射技术。其中我们Optomec提供的气雾喷射技术是将功能墨液首先雾化成含功能材料的微米雾滴。这种微米液滴气雾再被运载气流运送到打印喷头, 在此由引进的环形圈护套气流将其聚集成小到约 10 微米至大到数毫米的准直墨液气雾流束。它以按照计算机3D设计文件的指令而移动的喷嘴射出的高速气雾流束将墨液材料打印到基底, 形成所需的功能电路。 这种3D打印方法已被用在各种3D 塑料、陶瓷和金属部件上打印适形天线、电子和生物传感器和其它电路(请参阅图 4) 。

今天,用于电子产品的增材打印制造技术正在被发展应用到大规模批量生产消费类电子商品上。这里我们为各种增材打印的方法和它们的应用给予一个概括描述(见图 5)。

图 5

增材打印制造的工作原理

增材打印制造是使用计算机数字设计文件的数据来逐点逐层地构建各种形状的物体。 这种打印制造过程通常起始于控制工艺的两种形式的数字文件数据, 一种来自计算机辅助设计(CAD), 另一种从 3D 扫描现有的部件而来。所需增材打印的部件几何形状是由数字化文件的数据来确定的。根据几何形状的数据再用计算机程序软件将部件几何形状分割为打印层片,然后在每个数字层片上设计打印工艺路径、提供打印机喷嘴移动的坐标从而可以精确地打印出部件的三维形状。在打印制造过程中, 3D 打印机按照读取的数字文件的打印工艺路径指令逐点逐层地将功能材料堆积形成所需的部件。对打印好的部件通常还需要进行一些材料固化之类的后处理或表面抛光。

Optomec的与众不同之处

二十多年来, Optomec一直采取着一种循序渐进的方式帮助客户有效地利用增材打印制造技术的优越性来实现其生产业务的最大盈利。对我们Optomec来说, 使用增材打印制造技术的目的就是要为各种部件及其生产过程添加的价值。使用 Optomec的3D打印设备, 您既可以打印制造完整的三维部件, 也能够在传统方法制造的两维或三维部件上增材打印(print-on ™)所需的附加功能。 这种微妙且重要的差异使得 Optomec 增材打印制造技术能够与现有的传统的制造方法共存合作, 提供更多的价值。我们Optomec 还提供开放式的3D 打印系统架构, 以便于融入集成到其它生产工艺的平台中。我们 Optomec 不希望将其客户捆绑在单一的材料供应商上。我们的客户通常可以直接从多个供应商购买材料, 从而降低成本, 建立更安全可靠的产品材料供应链。 Optomec 提供的业界证明了的模块化3D 打印技术可以很容易地集成到各种工厂里的自动化系统、机器人、数控平台等,从而降低其设备安装成本和风险。

可用于3D打印的各种材料

在增材打印制造技术背后的材料科学其实是使得这一工艺过程在制造业产生如此革命性地转变的一个关键因素。我们Optomec提供的增材制造技术能够打印多种功能性材料, 包括结构性和导电的金属、陶瓷、导电粘合剂、电介质、半导体、生物和许多其它用于制造航空航天、医疗和消费类电子产品的材料。 这种独特的3D打印技术还能把功能材料有选择性地仅打印到所需的位置, 以增添结构的所需性能或提高最终产品的功能。其3D打印过程是可以精密控制的,以制作出所需的机械或电气的材料功能特性。它甚至还可以把不同的材料在打印过程中混合起来制造新的合金或组分渐变结构, 改进产品的材料性能。

可用于LENS打印的各种材料

我们的LENS 激光熔融风喷金属粉末成形系统使用大功率光纤激光来进行局部高温熔融各种直接从市面上购买的金属、合金、陶瓷或复合材料粉末, 逐点逐层地将材料堆积而建造所需的材料结构。
请了解更详细的信息>>

可用于Aerosol Jet打印的各种材料

我们的Aerosol Jet气雾喷射系统具有独特的能力将各种电子和生物材料(包括市面上可商购的材料以及自制配方) 直接打印到几乎任何形状的基底上。
请了解更详细的信息 >>
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