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小汇总:8个喷射型金属3D打印技术厂商对比

http://www.b2b.hc360.com 中国金属加工网 信息来源:Author发布时间:2019年12月25日浏览:223

全球规模最大的3D打印专业展会FORMNEXT 2019在德国法兰克福隆重举行,全球超800家3D打印上下游的厂商参展。南极熊看到了多家喷射型金属3D打印技术厂商,随着金属3D打印技术的不断发展,喷射型的金属3D打印技术已经成为了主流方向之一,具有喷射材料范围广、无约束自由成形和成本低等优点,是一种极具发展潜力的增材制造技术。


很多喷射金属3D打印机厂商都标榜拥有低成本、高速生产这两大优势,例如:瑞典Digital Metal、惠普、ExOne、GE 、武汉易制科技、Desktop Metal、XJet等。
下面南极熊做个小汇总,国内外采用喷射型金属3D打印技术厂商和其采开发的技术。

1.以色列XJet
技术:纳米颗粒喷射成型技术

代表机型:Carmel 1400

△XJet Carmel 1400 M喷射金属3D打印机
△FORMNEXT 2019南极熊实拍XJet现场视频

XJET 3D打印技术的进化源泉,最开始时候惠普的平面打印技术,接着进化到Objet喷射3D打印技术(材料是石膏粉末+粘合剂+着色剂),现在进化到XJET 3D打印技术(材料是金属微颗粒+粘合剂),技术路线一脉相承但又得到巨大进步。

技术:
1.将大分子金属颗粒粉碎成纳米级颗粒;

2.将纳米金属颗粒注入粘合剂,构成完整的打印墨水;

3.通过特制的喷头将墨水喷出实现打印;


4.成型之后,构建室会将前面起到的粘合剂蒸发,只留下金属部分,成型温度约为300℃:;



特点:
①更高的产品精度
②更灵活的产品尺寸
③材料利用率高,节约成本
④直接获得可应用的产品,不用打磨
⑤无需惰性气体或者真空环境,更加安全
⑥材料选择方便,颗粒度也可调节
⑦支撑更容易去掉
⑧整个打印流程更加简单
但也有缺点,就是打印件对温度的耐受能力较传统金属3D打印更低。

XJet纳米颗粒喷射成型技术打印金属样件



这种新技术的好处之一就是能使用普通的喷墨打印头作为工具,好处之二则是无需借助任何外力即可通过专门的技术融化去除支撑结构 — 与普通的选择性激光烧结(SLS)金属3D打印工艺需要以同样的材料建立支撑相比不但更容易实现,能显著减少浪费,从而降低成本,而且还能给予设计师更大的自由 — 因为它是通过融化去除的,所以理论上可以无限添加。




2.惠普
技术:HP Metal Jet(金属喷射)3D打印技术——voxel-level binder jetting technology(体素级粘合剂喷射技术)
代表机型:Metal Jet 

△HP Metal Jet 金属3D打印机

技术:

HP Metal Jet(金属喷射)3D打印技术原理是,将粉末层层铺在平台上,然后选择性地喷射粘合剂,使金属粉末固化。打印结束后将零件放入炉中烧结。冷却后可以对零件进行机加工和抛光,以满足尺寸和表面光洁度要求。金属打印机的每个打印头能够生成一个108毫米(4.25英寸)的打印带宽,打印带包括两个独立的结构,每个结构拥有5,280个喷嘴。


HP黏结剂是一种水基聚合物液体剂,通过热喷墨打印头喷射,粘结剂在粉末床上通过毛细作用力浸入粉末间隙,实现均匀分布,在高温辐照下将金属颗粒结合在一起,同时溶剂部分挥发。打印完成之后,零件要进炉烧结,粘结剂在此过程中分解,据惠普公开的资料显示,零件的致密度为93%。

△FORMNEXT 2019南极熊现场实拍美国惠普HP视频



惠普Metal Jet优势:
高效率

  • 成型尺寸430 x 320 x 200 mm。

  • 短短几天内就可以完成设计迭代,加速产品开发。

  • 无需脱脂,无需复杂的后处理。而在金属注射成型(MIM)中,需要长达20个小时的脱脂过程。

  • HP Metal Jet解决方案,缩短流程,提高制造效率。


低成本

  • 金属3D打印机的价格低于399,000美元(约2,740,000人民币,该价格为2020年HP打印机上市的预估价格)。

  • HP平台是开放式的,与低成本材料、烧结后处理方案都有着很好的兼容性。

  • 很高的可重复使用率,减少材料浪费。


高品质

  • 实现复杂零件的打印,精度高达1200 x 1200 dpi 。(什么是dpi呢?指的是把一英寸分为1200等份,每一份的精度)层厚可达到50至100微米。

  • HP自主研发的专用粘合剂,保证金属零件的机械强度。

  • 烧结后的密度> 93%,与MIM相似。

  • 严格的工业制造技术,实现稳定、一致的打印质量。已经达到甚至超越了ASTM行业标准(美国材料与试验协会)。


△HP Metal Jet 打印样件




3.瑞典DigitalMetal
技术:粘合剂喷射金属3D打印技术
代表机型:DMP2500

△DMP2500粘合剂喷射金属3D打印机


技术:
粘结剂喷射用于3D打印复杂零件与工业级材料。它是一种增材制造过程,其中液体结合剂被存放加入金属粉末微粒。然后将层状材料粘合成金属物体。通过粉末和粘结剂的分层打印。这不是一种新技术,基于粘合剂的3D打印技术是在麻省理工学院开发的,已经20年,现在,因为专利已经过期,所以得到迅猛的发展。

△FORMNEXT 2019南极熊现场实拍瑞典Digital Metal视频


Digital Metal的材料在高温和高压下具有很高的强度和耐腐蚀性,特别适用于航空航天和汽车行业的高端应用。然而,由于固有的高凝固速率和热梯度,常用的超合金无法进行3D打印。

Digital Meta的粘合剂喷射工艺解决了这些问题,能够在普通环境温度下进行3D打印,而无需加热。此外,在单独的烧结步骤期间,超合金在不熔化的情况下致密化,并且在从烧结温度冷却期间需要的温差不大。



DMP2500:
这款机器使用金属粉末,能进行连续生产,是制造定制零件的理想选择,打印速度高达100立方厘米/小时,打印层厚为42微米。它有一个较大的构建体积,为2500立方厘米,单次可以打印多达50000个的零件。更好的是,这些打印件不需要支撑结构。这款机器也非常高效,因为它可以重新使用在烧结前清理下来的粉末。这导致了高产量和低废品率,意味着停机时间将保持在*水平。此外,由于部件内部结构发生了相对较小(但在以前是无法实现的)的变化,总体的产品效率提高了30%。



4.GE
技术:GE喷射粘合剂金属3D打印技术
代表机型:H2金属3D打印机

 
△H1 3D打印机原型

技术:
粘合剂喷射技术使用粘合剂材料将金属粉末颗粒粘合成特定的形状和结构。该工艺与激光烧结工艺明显不同,激光烧结工艺使用激光束熔化金属粉末和熔合层,直到形成一个形状。粘合剂喷射技术就其本身而言将特定的(和专有的)粘合剂材料沉积到平整的金属粉末的打印床上,这使得金属颗粒在施加胶水的任何地方粘在一起。一层一层重复,直到所需的结构(由三维模型确定)完成。

GE声称,其粘合剂喷射3D打印机比激光系统打印“速度至少快10倍”。而且,它也能够生产更大的零件。该技术唯一的缺点(与激光3D打印相比)是,打印的部件需要更多的后处理。也就是说,由于金属颗粒被简单地粘合在一起,所以打印物体仍然相对较为脆弱,必须在工业级烘箱中固化以使金属颗粒适当地融合在一起。

△打印样件

粘结剂喷射技术于金属打印的意义
1)成型材料多样化:SLM与EBM,尤其是激光与粉末相互作用过程,涉及到粉末吸收率的问题,很多高反射金属粉末难以熔化成型;也有很多特殊成分的粉末无法实现光洁成型,导致打印失败(如一种合金,主要成分的熔点低于另一种成分的沸点)。粘结剂喷射技术的成型特点,较好的避免了这种现象的发生。
2)后处理更加方便:在支撑添加方面,粘结剂喷射技术也有较大的优势,由于采用粉末自支撑,后处理大大简化。而且不必为了减少支撑而迁就摆放方式,尽可能按照减少时间的方向打印提高效率。
3) 打印结构更加复杂:有些空腔、封闭网格结构采用SLM需要添加复杂的支撑,而粘结剂喷射技术可较好的规避该问题。
4)清粉方式更加友好:粘结剂喷射技术粉末的清理不必像SLM那样完全清理和筛分,仅需要回收装置定点吸粉即可。
5)成型幅面更大:由于不存在大幅面失真问题,粘结剂喷射技术可实现大幅面成型,exone的一款金属喷墨打印机达到了800x500x400mm的成型尺寸。
6)维护更加方便:SLM采用激光成型,须定期对激光光路进行维护,需要售后人员上门服务;同样,EBM也存在保养维护的问题。而粘结剂喷射技术要简单的多,只需要对喷头进行清洗,简单方便。



5.美国Desktop Metal
技术:Desktop Metal结合金属沉积(BMD)技术
代表机型:DM studio System、shop system

 

△FORMNEXT 2019南极熊现场实拍美国Desktop Metal视频

△shop system3D打印系统

技术:

结合金属沉积(BMD)与目前金属3D打印最常用的激光熔融(SLM)不同(不会用到激光器,使用的材料也并非金属粉末),与熔融沉积(FDM)类似,都是通过挤出液滴再层层堆积的方式构建3D实体的,只不过材料不是塑料,而是金属。以金属丝材为原材料,通过电感等方式熔化丝材,并在静电力/磁场等作用下控制喷嘴出液滴的表面张力,在压力等作用下将金属液滴沉积在成形平台上;成形过程中会控制平台、喷射系统的温度,并对形成的缺陷进行监控并予以修复。

△铺粉器将金属粉末精确的铺在打印区上,碾压系统将粉末压成头发一样纤细的薄层


△16000个喷头以每秒百万滴的速度喷射出粘合剂,将金属粉末粘合在一起,形成高分辨率的薄层


△然后喷洒防烧结剂,帮助去除零件支撑结构,为后处理节省时间
△烤干薄层,如此反复操作


△金属零件就被一层一层的打印出来,打印速度非常快


△最后放到微波熔炉中进行致密化处理,也就是通过高温加热让金属粉末烧结到一起,同时去除掉刚才喷到薄层之间的粘合剂。


技术优势:

  • 金属3D打印机成本一定程度降低;

  • 打印耗材的成本一定程度降低;

  • 对于工作环境的要求会大幅度的降低。


studio特点:
1.安全且简单
因为不使用激光,也避免了粉尘污染,DM studio System对任何环境来说都是安全的。与其他系统不同的是,DM studio System不需要第三方设备、外部通风或特殊设施,只需要电力和互联网连接。

2.可分离的支撑
DM studio System专有的可分离式支撑使得可以通过手动移除支持结构。金属后处理加工的巨大难点被完美解决。。

3.高致密度,高质量的零件
SYS的工艺技术保证了高质量的部件,密度在96%-99%之间(取决于使用的合金材料),零件的性能与锻件类似。




6.武汉易制
技术:3DP粉末粘合金属3D打印技术


技术:
武汉易制3DP 粉末粘合金属3D打印机,采用复合金属粉末材料(包括金属粉末基材、促烧剂、还原剂等),通过高速多射流单道成形技术喷射多组分成形剂于粉床,不需要添加额外支撑,经过脱脂和烧结等后处理方法完成成品金属零件的制造。
△视频:南极熊实拍武汉易制3DP 粉末粘合金属3D打印机

该技术不仅可以大规模生产金属3D打印零部件,同时可以使零件在不同部位具有不同性能。成形剂中的粘结剂组分使粉末粘结成形,调节改性剂组分比例可以改变零件的硬度、耐磨性和耐高温性等。例如,在零件表面增加硬度和耐磨性能。该技术对金属粉末材料的要求不像激光熔化技术那样高,粉末的形状不需要是球形,椭圆形、甚至其它不规则形状都可以,使得材料成本极大降低。显然,该技术能显著降低打印成本,使其成为广泛使用的金属制造技术,既能提供更快的生产速度、质量,同时还能降成本。


特点:
1、无需使用激光烧结系统,可直接喷印复合金属粉末材料,不受粉末材料形状制约;
2、无需添加支撑,可实现大规模生产金属零件打印;
3、大幅度降低零件打印成本和加工周期;
4、具有独特工艺,可以实现在零件表通过调节改性剂组分改变零件硬度、耐磨性及耐高温性能等性能,满足不同需求;
5、适合于航空航天、医疗、模具、铸造、高校、研究院及材料研究等多个领域,与工业制造相衔接。
6、脱脂烧结过程中,会有一定的收缩率,可以在软件中补偿。

“微滴喷射金属3D打印机 ”3DP技术基本原理:铺一层粉末材料→打印头喷出液态的黏合剂把粉末按照指定位置黏合→再铺一层粉末材料→再黏合,如此层层堆叠黏合,直到打印出指定的零件毛坯;传统3D打印技术是从点→线→面→体,而3DP技术是直接从线→面→体的成形过程。以前使用石膏粉末材料,现在进化成使用尼龙、金属等粉末材料,即可制造出具有一定性能的零件。对于金属打印来说,打印出毛坯之后,还需要加热烘干脱黏合剂、以及高温烧结。



7.ExOne
技术:粘合剂喷射金属3D打印技术
代表机型:X1 25PRO、X1 160PRO


△南极熊现场实拍ExOne粘合剂喷射金属3D打印机
在FORMNEXT 2019展会上,ExOne展示出了其粘合剂喷射金属3D打印机X1 25PRO™,X1 25PRO™是一款结合了公司的INNOVENT +精细金属注射成型(MIM)技术和生产量能力的新型3D打印机。新机器的开发以MIM,粉末冶金和制造客户为中心,非常适合批量生产。


△X1 25PRO能够使用粉末冶金标准粉末生产高质量的零件,包括316L,304L和17-4PH不锈钢; Inconel 718和625; M2和H11工具钢; 钴铬合金; 铜; 碳化钨钴; 和其他的金属合金。


△大容量生产级粘合剂喷射金属3D打印机X1 25PRO™


优势

  • 以生产速度制造坚如磐石的金属零件

  • 业界领先的可重复性和生胚零件密度

  • 打印金属,陶瓷,复合材料和其他粉末材料

  • 专利超声分配技术,可改善粉末流动

  • 独特的粉末铺展和压实系统,可提高最终零件的密度

  • 金属打印材料范围广,种类全:316L,17-4PH,304L等


利用X1 25PRO能够使用粉末冶金标准粉末生产高质量的零件,包括316L,304L和17-4PH不锈钢; Inconel 718和625; M2和H11工具钢; 钴铬合金; 铜; 碳化钨钴; 和其他的金属合金。

△粘合剂喷射金属批量生产金属3D打印机件


目前,已经采用INNOVENT +研究和教育平台的ExOne客户现在可以扩展到基于相同粉末和技术的新型中型生产平台。ExOne强调其新系统专注于MIM,粉末冶金和机械工程应用。Lucas补充说:“我们的X1 25PRO™采用了最先进的专利MIM粉末加工机技术,相信这些新生产的机器将成为市场上最灵活,性能最高的粘合剂喷射机。“

8.Xerox施乐——Vader Systems
技术:电磁喷射金属3D打印技术
代表机型:Polaris

2D打印巨头施乐公司通过投资一家做液滴金属3D打印的创业公司Vader Systems。Xerox施乐推出的金属3D打印机Polaris不需要保护气体,液滴尺寸为0.012英寸(300μm)至0.20英寸(500μm),每秒可喷射1000个液滴。打印输出最高1磅(0.4千克)/小时。金属线材材料价格,比SLM/EBM一类的粉末床金属3D打印技术的粉末材料便宜约90%。

△施乐金属3D打印技术官方宣传视频

△Polaris


技术

Vader Systems使用磁流体动力学(Magneto Hydro Dynamics,MHD)和液态金属喷墨打印(Liquid Metal Jet Printing,LMJP)合并成一种独特的技术:Magnet-o-Jet。这是一种利用电磁力分散熔融金属液态的技术,非常独特,具有原创性。它使用金属线材作为原料而不是粉末,并通过磁性控制液态金属滴进行打印。在陶瓷坩埚中加热熔化金属丝成为液态→利用电磁脉冲将液态金属分散成为一个个液滴→通过陶瓷喷嘴喷射出来。磁场使金属滴精确移动到特定位置,然后堆叠成型。生产的零件精度很高,并具有各向同性的材料特性。

   
△金属液滴堆积过程


   
△打印出特定形状的金属零件


   
△复杂的喷头部位


现有市场上的金属焊接一类的线材,成本比较低,并且应用广泛;通过独特的技术去打印这些材料,可以成为一种通用的基础技术。如果把多个液体滴金属打印喷头排列成为阵列,或者一个喷头都可以喷射不同的材料种类,应用前景就会更为广阔。目前,他们支持的材料有几种钢(316、718)以及铝等金属。

△视频:南极熊现场实拍施乐金属3D打印机

Xerox对施乐金属技术的前景感到兴奋,他说,“我们在现在这个市场环境下进入行业,是非常正确的;我们已经布局了大量的专利,可以让我们在这个技术领域保持长期的竞争力。” 


  △Xerox施乐液态金属3D打印样件


Vader液滴金属3D打印技术之所以被看好,是因为它可以使用低成本的像铝一样的普通金属线材,并且不需要单独的烧结后处理步骤。对于所有粘合剂喷射金属3D打印初创企业而言,烧结工艺具有非常大的难度:
①零件收缩率不均匀,无法很好地预测;
②不同打印件烧结使用的加热曲线和工艺,会因为零件的几何形状、壁厚、尺寸而有所不同;
③不同材料,烧结工艺差别也很大。

Vader液滴金属3D打印技术,避开了脱脂、烧结这种复杂的工艺过程,而且还大大降低了成本,所以Xerox决定了将会持续加大投入。由于Xerox是全球喷射技术的领导者之一,擅长把材料喷射打印到精确的位置,所以是这个技术非常合适的推动者。

金属喷射 3D 打印技术具有喷射材料范围广、无约束自由成形和无需昂贵专用设备等优点, 是一种极具发展潜力的增材制造技术。


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