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车间生产如何启用金属3D打印技术?

发布时间:2019-09-25

在2003年之前Able Tool还是一个传统的机械加工工厂。在Paul Hayes接任公司总裁后,开始发生变化,要想让业务蓬勃发展,就必须引进更先进的技术。如今,Able Tool的车间由四轴和五轴加工中心以及大型水平线和线切割机床组成。引入增材制造技术生产定制夹具,机床主轴和刀具探头减少设备的安装时间,并使检查过程能够更有效控制。

大约六年前,Hayes决定将增材制造技术应用到车间的生产上,并完成从3D打印塑料零件到打印金属零件的转变。多材料打印,在各方面应用都是必要的。Hayes先生认为增材制造技术加速设计迭代,帮助公司更好地为客户服务,能尽可能提高效率和降低成本。

Able Tool是一家集铣削、加工、制造和装配于一体的工厂,专门从事各种工业、应用和材料的高混合/小批量生产。工厂设备有大型卧式轧机、立式加工中心和立式车床。车间越来越多地参与到整个机器的装配、集成和测试中,而不仅仅是单个零件的生产。生产周期长,效率不高,先进的生产方式一定是更好的选择。当时的增材制造对Able来说还是较新的技术,但Hayes大约15年前就开始研究这项技术。考虑到当时的生产环境、公司业务以及与相关的价值,公司并没达成一致的意见。

Hayes先生没有就此放弃,他坚持研究这项技术并相信它的潜力。六年前,他先是购买一台MakerBot桌面级塑料3D打印机,较小的投资,风险低。四年后,Able购买一台Prusa 3D打印机,生产出接近最终用途的零部件。不过,Hayes说,前期主要是把它们当作一种低成本的选择,用来证明CNC加工方式周期太长,或者成本太高。

使用金属3D打印

在获得了塑料打印的经验,并看到增材制造技术蓬勃发展后,Hayes决定,是时候迈出下一步,开始3D打印金属零件了。他说:“我们不得不继续前进,至少试着了解如何使用金属3D打印技术生产,并销售给我们的客户。”

多年来Able Tool一直在积累3D打印的经验,直到去年年底,该公司从Markforged购买了一台Metal X金属3D打印机。

尽管决定很突然,Hayes相信,这对公司来说是正确的决定。他表示,与选择需要特殊实验室环境的金属粉末烧结技术不同,Metal X金属3D打印机具有生产简单易操作的特点,成型尺寸300×220×180毫米,能制造出结构复杂零件。而且,可以打印多种金属材料,选择自由。目前,Metal X可以打印17-4 PH不锈钢、H13和A2工具钢,将来MarkForged计划增加D2工具钢、钛、铬镍铁合金、铜和316不锈钢等所有金属材料的打印,这是Able特别感兴趣的。

Metal X金属3D打印机,采用ADAM工艺(原子扩散增材制造技术),这种成型技术与FDM类似,将金属粉末分布到树脂粘合剂中,帮助金属粉末成型,成型后将树脂粘合剂去除,当非金属粘合剂去除掉后,金属形成预期的形状,而后期的烧结工艺,这保证了零件XYZ方向均匀的强度。Able工具小批量生产,从一个到四个零部件不等。公司总经理Trovillo说:“如果一个零件足够小,估计可以在底板上安装多达30个零件,主要取决于零件的尺寸。”我们可以在成型仓范围内打印任何想要的零件。车间较小的零件打印大约需要两到三个小时,而较大零件可能需要几天,具体取决于零件的质量和复杂程度。

购买MetalX3D打印机后,MarkForged不仅提供打印设备、清洗机和烧结炉,还有指导用户如何设置的细节,注意通风,设备间距和烧结气体混合物的要求。MarkForged还提供了Eiger 3D打印软件,Hayes先生说:“这款软件非常容易学习,零件在CAD软件中设计完成后,可以将其STL文件上传到Eiger软件中,Eiger软件利用算法自动补偿零件在烧结过程中的收缩。”Eiger软件使他能够操纵零件,并查看尺寸,打印时间,清洗时间,烧结时间等等。

取得的成果

在Able够购买Metal X的一个星期内,打印机开始承接新业务。一位医疗行业的客户在参观工厂时偶然发现了这台设备,并询问它的性能。该客户提出使用这台设备打印零件金属原型的需求。就目前而言,Able主要使用Metal X打印机生产定制夹具,在车间中使用。据Hayes说,要想使用金属3D打印机成为一种习惯,是一个逐渐上升的过程。

未来,Hayes先生希望利用金属3D打印技术,不仅仅为了扩展更多新业务,而是通过帮助现有客户看到设计改进和提高零部件生产效率的方法,来更好的维护他与客户之间的关系。他认为,增材制造技术将持续不断的发展,未来必定成为机械工厂车间日常运营的一部分。Hayes预计,大多数机器工厂在某种程度上都会配备3D打印机,就像他们拥有三轴VMC一样。“我认为,将增材制造技术集成到车间环境中是‘何时’的问题,而不是‘如果’的问题。”我们需要了解如何使用这些工具来满足客户的需求,这就是我们买这台机器的原因。