近日，Desktop metal宣布Ti64鈦合金已適用于其桌面金屬3D打印系統(tǒng)，可為客戶提供最簡(jiǎn)單的方法來(lái)打印小批量高性能金屬零件以進(jìn)行預(yù)生產(chǎn)和最終用途應(yīng)用。隨著Ti64在下個(gè)月開始發(fā)貨，Desktop metal將成為第一家將鈦合金商業(yè)化用于擠出式金屬3D打印的公司。

鈦合金桌面金屬3D打印的難點(diǎn)

采用基于擠出的桌面金屬3D打印工藝處理鈦合金一直存在挑戰(zhàn)，這種材料的粉末形式具有極強(qiáng)的反應(yīng)性且難以燒結(jié)。3D打印技術(shù)參考通過(guò)升華三維了解到，鈦合金的打印和燒結(jié)過(guò)程對(duì)氧含量很敏感，如果過(guò)程控制不好，便難以實(shí)現(xiàn)零件致密化以及好的延伸率；設(shè)備穩(wěn)定性、溫度均勻性都是考量指標(biāo)。

Desktop metal指出，由其第二代桌面金屬3D打印系統(tǒng)Studio System2生產(chǎn)的Ti64具有卓越的機(jī)械性能，拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度以及斷后伸長(zhǎng)率分別達(dá)到730Mpa、845MPa和17%。這些數(shù)據(jù)超過(guò)了ASTM F2885-17為金屬注射成型外科植入物應(yīng)用設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。

桌面金屬3D打印的Ti64拉伸曲線

桌面金屬3D打印的Ti64微觀組織

桌面金屬3D打印的Ti64性能與MIM工藝和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

使用桌面金屬3D打印系統(tǒng)來(lái)打印Ti64鈦合金來(lái)開發(fā)應(yīng)用，具有比使用傳統(tǒng)粉末床熔融（SLM/EBM）3D打印設(shè)備更低的使用成本和運(yùn)營(yíng)成本。Desktop metal自推出桌面金屬3D打印機(jī)以來(lái)，已被福特、寶馬、伊頓、谷歌、3M、史丹利、洛克希德馬丁以及世界領(lǐng)先的教育機(jī)構(gòu)，如麻省理工學(xué)院(MIT)、米蘭理工大學(xué)等30多個(gè)國(guó)家的數(shù)百家客戶采用。

鈦合金桌面金屬3D打印的應(yīng)用案例

機(jī)器支架

該支架使用晶格填充和鈦合金打印代替17-4PH不銹鋼，能夠減輕重量并減少材料的使用量，同時(shí)可以保持所需的功能強(qiáng)度和剛度。由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，傳統(tǒng)制造工藝不可能完成生產(chǎn)，使用Ti64在Studio System2上3D打印這種新設(shè)計(jì)將零件重量減輕了59%。

桌面金屬3D打印的Ti64機(jī)器支架

望遠(yuǎn)鏡對(duì)焦環(huán)

小型望遠(yuǎn)鏡聚焦環(huán)將鏡頭固定在移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡上，該望遠(yuǎn)鏡具有多個(gè)用于定位和聚焦鏡頭的電機(jī)。采用Ti64 3D打印的對(duì)焦環(huán)可確保所有組件具有極輕的重量，從而可以使用更小的電機(jī)，減少組件的磨損和組裝的總成本。通常，該部件需要小批量生產(chǎn)，因此需要購(gòu)買昂貴的工具或定制夾具。Studio System 2則在不到24小時(shí)內(nèi)打印了多達(dá)六個(gè)對(duì)焦環(huán)，并可以在幾天內(nèi)完成后續(xù)處理實(shí)現(xiàn)安裝。

無(wú)人機(jī)聯(lián)軸器

無(wú)人機(jī)面臨的主要挑戰(zhàn)之一是電池壽命，這主要取決于無(wú)人機(jī)的重量。用鈦合金制造的聯(lián)軸器可以顯著減輕重量，同時(shí)保持無(wú)人機(jī)框架所需的結(jié)構(gòu)剛度。Studio System 2支持每周實(shí)現(xiàn)15到25個(gè)零件的小批量生產(chǎn)，然后再將其投入批量生產(chǎn)，所有這些過(guò)程都不需要任何工具或機(jī)加工。

桌面金屬3D打印的Ti64零件

噴油嘴

燃料噴射器噴嘴對(duì)于航空航天工業(yè)的安全和可靠運(yùn)行至關(guān)重要，它們負(fù)責(zé)將燃料驅(qū)動(dòng)到燃燒器中進(jìn)行推進(jìn)。該部件包含內(nèi)部通道，可提高燃燒器的性能，但無(wú)法使用傳統(tǒng)工藝制造。鈦合金是該應(yīng)用的重要材料，因?yàn)閲娮煨枰軌虺惺軜O端溫度和壓力，同時(shí)保持輕量化。使用Studio System 2，工程師可以在短短幾天內(nèi)測(cè)試噴嘴的多種設(shè)計(jì)變化，并在不到24小時(shí)內(nèi)打印多達(dá)四個(gè)版本的噴嘴。

第二代桌面金屬3D打印系統(tǒng)及其材料

第二代 Studio System 2 保留了上一代打印機(jī)的所有關(guān)鍵功能，同時(shí)采用了全新材料配方，其中的關(guān)鍵在于，以前的材料中包含了蠟、樹脂以及金屬粉末，采用的是脫脂方法是溶劑脫脂。溶劑脫脂在所屬的行業(yè)中實(shí)際上是上一代工藝，脫脂時(shí)間長(zhǎng)，不僅拉長(zhǎng)了整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)周期，還制約著可生產(chǎn)產(chǎn)品的壁厚或者尺寸，使得基于該工藝的技術(shù)只適合成形尺寸小、壁薄且厚度均勻的零部件。而脫脂工藝的不同，依賴于3D打印線材中的粘結(jié)劑成分。

Desktop metal指出，其優(yōu)化后的材料配方無(wú)需使用溶劑處理，打印完成可直接送入燒結(jié)爐進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)了脫脂燒結(jié)一步完成。因此，這套系統(tǒng)只包含打印機(jī)以及燒結(jié)爐。Desktop metal對(duì)該產(chǎn)品鼓吹的重點(diǎn)一直都是適合辦公室使用的增材制造系統(tǒng)，此類工藝確實(shí)避免了對(duì)粉末和激光的暴露風(fēng)險(xiǎn)。新設(shè)備還升級(jí)了文件處理功能，以實(shí)現(xiàn)零件在燒結(jié)過(guò)程中更均勻的收縮，并提高成功率；同時(shí)有助于提高零件側(cè)面以及支撐面的表面質(zhì)量。

Desktop metal Studio System系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用

棒材在打印頭內(nèi)傳輸示意圖

采用桌面金屬3D打印機(jī)制造的零件，經(jīng)脫脂燒結(jié)后具有與鑄件相似的機(jī)械性能，并達(dá)到或超過(guò)了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Desktop metal的Studio System系統(tǒng)除可打印Ti64鈦合金之外，還支持打印316L及17-4PH不銹鋼、4140低合金鋼、H13工具鋼以及銅合金。

END

Ti64鈦合金基于桌面金屬3D打印仍充滿挑戰(zhàn)。業(yè)內(nèi)知名的早期設(shè)備制造商Markforged、后旗之秀Raise3D等至今未推出該材料，BASF也僅有316L不銹鋼線材；而據(jù)3D打印技術(shù)參考了解，針對(duì)于鈦合金桌面金屬3D打印，國(guó)內(nèi)升華三維已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。