金属3D打印的基本概念:
金属3D打印技术的核心思想起源19世纪末的美国,但是直到20世纪80年代中期才有了雏形,1986年美国人Charles Hull发明了3D打印机。我国是从1991 年开始研究3D打印技术的,2000年前后,这些工艺开始从实验室研究逐步向工程化、产品化方向发展。当时它的名字叫快速原型技术(RP),即开发样品之前的实物模型。现在也有叫快速成型技术,增材制造。但为便于公众接受,把这种新技术统称为3D打印。 3D打印是快速成型技术的一种,它是一种以数字模型设计为基础,运用粉末状金属或树脂等可粘合材料,通过逐层“增材”打印的方式来构造三维物体的技术。金属3D打印被称作“上个世纪的思想和技术,这个世纪的市场”。
3D打印技术又名快速成型、实体自由成型、增材制造等,是基于离散-堆积原理,在计算机协助下通过层层堆积形成三维实体的有别于传统减材制造的制造方法。
而工程塑料具有很多的性能,通过改性增强强度的工程塑料甚至可以直接替代金属用于各类复杂的构件,因为成本较低且更轻便,使得工程塑料材料在3D打印制造中被广泛应用。
此外,工程塑料还可以避开缺陷向复合化、功能化方向发展,特别是实现多元材料复合,进而赋予塑料特定功能,工程塑料这一可“改造”性强的优点,也更能适应3D打印技术的需求。
有的时候模型可以顺利地打印完成,但是模型表面并不均匀,有很细小的坑洼或者是凸起的颗粒出现,影响模型的视觉效果。
导致坑洼和颗粒的原因一般来说就是挤出材料不均匀,有时多有时少。这时一种情况是3D打印线材的品质不佳,线材本身粗细不均匀引起挤出量不均匀,另一种情况是喷嘴内有异物阻塞,挤出速度不能有效地控制。
3D打印模型出现错层时我们的个工作就是检查料盘看能不能顺利释放料丝,检查料轴看能不能让料盘顺畅转动。遇到料丝缠线不佳无法顺利释放,往往导致整盘料丝无法使用,而这种情况在线材缠料的耗材上又经常出现。目前我们还没找到好的应对办法,只有更换料盘。
另外有一种可能就是3D打印机本身皮带松动,快速移动时出现皮带打滑。这就是3D打印机本身的质量问题了,建议联系厂商来解决。
解决办法很简单,对于线材品质不佳的情况更换材料,好使用3D打印机原厂搭配的耗材。而喷嘴内有异物的情况可更换喷嘴。如果是选用第三方耗材而对厂家的生产品质又不了解,可以要一些样品用千分尺选10个测量点动手一测,就明了了。
极少出现的情况是挤出的步进电机或者齿轮出现异常。判断这种情况,只需要把打印选项中的挤出速度分别调高和调低、做两次3D打印。当低速时表面比较平整、高速时表面明显更多坑洼和颗粒,基本可以认为是步进电机或者进料齿轮的状况,建议联系厂商解决。
在打印悬空结构比较多或者有形状的悬空结构时,常常会遇到悬空的部分不能打印的情况,这个时候往往是支撑出现了一些问题,对悬空部分不能起到很好的支撑作用。
威立三维公司利用3D打印技术制造出了长达2米的完整汽车仪表盘。它长2m,宽5,高70cm,是由20多个打印的零部件无缝拼接而成的,之后还经过了打磨、包胶、电镀、喷漆、攻丝、拼接6种工艺处理,误差值1,工艺,细节考究。强度与精度两全其美。汽车仪表盘的细长类零件,需要分段切割才能在缸体内进行有效烧结成型,为便于后续有效地拼接和紧固,我们采用“鸠尾”的切口形状,这样拼接后能接口在平面方向的强度。拼接时,采用化学药剂进行粘接,然后打磨,以其强度和精度不亚于一体式打印结果。整个制造仅耗时不到1周,与传统工艺相比缩短了80%,节约了66%的人工成本和45%的制造成本。
3D打印的劣势。3D打印目前的误差还比较大,批量生产精度远不如传统开模制造的工艺,这也是3D打印行业待的一个难题。另外,生产效率较低也是缺点,如果用于规模化生产,3D打印的生产节拍要远低于传统流水线。
原型测试即在产品开发阶段,利用3D打印做出原型件,模拟还未量产的实际零部件,并利用它进行测试和改良。目前,许多车企已经在开发阶段使用3D技术进行原型测试了。原型测试本身也分成:概念原型、设计原型、功能原型,三者对设计参数的模拟精度要求依次提高。
到了零部件的设计原型上,就需要3D打印原型的机械性能也与设计相符,对于材料的使用和工艺的要求提高。后的功能原型与设计原型类似,但因为要放到整车上进行测试,对精度要求更高。
和仿真软件类似,3D打印技术在开发中的应用使得车企和零部件供应商不再需要每一版设计,就重新进行一次开模,节省了研发成本。
除了用于开发测试之外,由于在少量生产上的优势,3D打印还被用在制造生产工具上,例如贴标机,很多人可能不知道这个东西,这里解释一下:产线工人在装配架的时候并非用手装配,而是需要把架放在如下图所示的贴标机上,然后推着贴标机将架固定到车身上。