铝快速成型制造

目录

铝快速成型制造概述

铝快速成型制造也称为 3D 打印铝,是指使用 3D 打印技术逐层制作铝制零件的过程。它可以创建复杂的几何形状和定制铝制零件,而无需使用传统的加工方法。

有关铝快速成型制造的一些关键细节:

  • 用于航空航天、汽车、医疗、消费品等行业的原型、模具和最终使用部件
  • 提供设计自由度,减轻重量,将组件整合到一个部件中
  • 生产出坚固耐用的铝制部件,其材料特性与传统制造工艺相似
  • 使用粉末床熔融、定向能沉积等金属 3D 打印技术
  • 常用的铝合金有 AlSi10Mg、Scalmalloy、Al6061 等。
  • 需要进行热等静压、数控加工等后处理,以实现最终零件质量
铝快速成型制造

铝增材制造设备类型

设备类型说明材料建筑尺寸准确性表面处理费用
粉末床融合利用激光或电子束选择性地熔化金属粉末层铝合金、钛、钢、超级合金中小型高(高达 0.1 毫米)印刷粗糙,加工后效果良好高(>$500K 机器)
定向能量沉积将激光/电子束等能量源聚焦在特定点上,同时添加填充金属粉末来制造零件铝合金、钛、钢、超级合金中型至大型中型(0.5 毫米至 1 毫米)印刷粗糙,机加工后尚可高(>$500K 机器)
粘结剂喷射使用液体粘接剂粘接金属粉末,印刷后对部件进行脱水处理铝合金、钢中型中型(0.5 毫米至 1 毫米)粗糙(需要渗入合金)较低($150K 至 $300K 机器)

铝快速成型技术的应用

行业应用实例益处
航空航天飞机和火箭发动机部件、支架、支撑结构轻量化、定制几何形状
汽车定制支架、热交换器、夹具和固定装置集成组件、快速原型制作
医疗牙托、整形外科植入物、手术器械生物相容性、定制尺寸
消费品无人机框架、体育用品、时尚配饰短期生产,快速设计迭代
工具注塑模具、夹具、固定装置、量具与传统工具相比,速度更快,成本更低

铝快速成型技术规范

参数详细信息
材料铝合金:AlSi10Mg, Al6061, Scalmalloy, 定制合金
零件尺寸最大 500mm x 500mm x 500mm,用于粉末熔床 <br> 1 米 x 1 米 x 1 米,用于定向能量沉积
图层分辨率典型值为 20 微米至 100 微米
表面处理印刷后:Ra 10-25 微米 <br> 机加工:Ra 0.4 - 6.3 微米
机械性能拉伸强度:330-470 兆帕 <br> 屈服强度:215-350 兆帕 <br> 断裂伸长率:3-8%
准确性用于粉末床熔化的 ± 100 微米 <br> 用于粘合剂喷射的 ± 300 微米 <br>± 500 微米,用于定向能量沉积
设计标准ISO/ASTM 52900:快速成型制造设计要求 <br> ISO/ASTM 52921:金属粉末床熔融工艺标准

铝快速成型制造供应商和成本

供应商设备品牌零件平均成本
3D 系统DMP, 图 4每立方厘米 $8-$12
EOSEOS M 系列每立方厘米 $6-$10
通用电气添加剂概念激光 M2、X Line 2000R每立方厘米 $8-$15
Velo3DVelo3D 蓝宝石$20+ 每立方厘米

零件成本取决于制造率、所用材料、几何复杂性、后处理需求和订单数量。一般来说,铝快速成型技术可为小批量生产(通常少于 10,000 件)节省成本。

铝快速成型制造安装要求

参数要求
设施类型配备气候控制和粉末处理站的专用金属 AM 设备
电源200V 至 480V,30 至 150 kW,每台机器 30 至 70A
燃气供应用于粉末床熔化的氩气和氮气 <br> 用于定向能沉积的氩气
排气系统烟尘抽排系统、粉末微粒高效过滤器
软件CAD 和 AM 机器控制软件,如 Materialise Magics、Autodesk Netfabb
后期处理热等静压机、喷砂房、数控机床加工

建议在 15-30°C 之间的清洁温控环境中进行金属添加剂制造。还必须配备适当的粉末储存、处理和废物管理设施。

铝快速成型制造操作与维护

活动频率
校准每日检查激光功率,每季度校准一次
材料管理检查粉末 筛分分析、形态学,每季度一次
设备服务每天至每周清洁光学器件和过滤器 <br> 更换擦拭布、过滤器等消耗品 <br> 按照原始设备制造商的计划进行预防性维护
软件更新定期更新固件和软件
设施维护检查加热、冷却和排气系统 <br> 清洁粉末处理站

设备的日常清洁和所有系统的监控至关重要。必须对员工进行培训,并配备处理金属粉末的个人防护设备。遵循原始设备制造商关于预防性维护和校准的指导原则。

选择铝材快速成型制造合作伙伴

在选择铝制零件的调幅服务供应商时,应考虑以下几点:

  • AM 工艺经验 - 看是否有多年的业务经验,特别是铝方面的案例研究
  • 材料和后处理能力 - 铝合金、HIP、热处理、机加工
  • 质量认证 - ISO 9001、ISO/IEC 17025、Nadcap
  • 设计专长--他们能否为 AM 优化零件?
  • 安装的设备 - 现代化、维护良好的机器
  • 后期处理设备--内部有哪些设备?
  • 满足原型设计需求的快速周转
  • 生产的可扩展性--能否满足生产量?
  • 位置和物流--如果就在附近,会有帮助
  • 成本竞争力 - 报价透明,符合项目范围的经济性
  • 客户评价 - 在线搜索或询问推荐人

铝快速成型技术的利与弊

优势缺点
复杂几何形状,合并组件根据建造量限制尺寸
轻量化,减少部件数量后处理增加了准备时间
快速原型、数字库存大量使用时,成本高于传统方法
设计自由,形状优化伸长率低于锻造合金
尽量减少材料浪费水平与垂直的各向异性特性
缩短开发时间表孔隙率问题可能需要热等静压处理
无缝制造,无需夹具金属 AM 的专门培训和设施

铝合金 AM 具有设计灵活、部件整合和周转时间短等优点。但它也需要专业设备和专业知识。要生产出最终使用的零件,必须对工艺有透彻的了解。

铝快速成型制造

常见问题

快速成型制造中使用的铝合金有哪些种类?

常用的铝合金有

  • AlSi10Mg - 优良的强度和表面光洁度。AM 中最常用的铝合金。
  • Al6061 - 具有良好耐腐蚀性的高强度合金。随时可用。
  • Scalmalloy - 空中客车公司开发的具有高强度和延展性的铝合金。
  • 定制合金 - 可设计用于优化某些性能。需要研发。

铝质 AM 零件需要进行哪些后处理?

常见的后期处理步骤包括

  • 从模板上取下
  • 喷丸或喷砂使表面光滑
  • 热等静压以提高密度
  • 热处理以获得最佳机械性能
  • 数控加工--钻孔、攻丝、铣削,确保尺寸精度
  • 表面处理 - 阳极氧化、粉末喷涂,美观大方

铝 AM 的成本与 CNC 加工相比如何?

对于小批量生产(100 个零件以下),AM 通常比 CNC 加工更具成本效益。它不需要模具,交货时间也更快。对于 1000 件以上的大批量生产,由于材料浪费,CNC 加工的成本要比 AM 低。结合 AM 和机械加工的混合方法可为中等产量提供具有成本效益的解决方案。

金属 3D 打印可以制造多大尺寸的铝制部件?

对于 DMLS 和 EBM 等粉末床技术,最大零件尺寸约为 500mm x 500mm x 500mm。大型设备的制造尺寸超过 1m x 1m x 1m。粘合剂喷射和定向能沉积的尺寸限制较少,有些设备可制造米级零件。

铝快速成型技术的表面光洁度如何?

调制解调器的印刷表面粗糙度约为 Ra 10-25 微米。各种精加工操作可显著改善这一状况:

  • 数控加工 - Ra 0.4 至 6.3 微米
  • 抛光 - Ra < 1 微米
  • 阳极氧化 - 表面光滑均匀,耐腐蚀性更强

通过正确的后处理,铝 AM 零件可以获得与传统制造相当的光滑表面。

哪些行业使用铝快速成型技术?

采用铝 AM 的主要行业包括

  • 航空航天 - 飞机部件、支架、发动机部件
  • 汽车 - 热交换器、定制支架、工具
  • 医疗 - 牙科用牙套、植入物、手术器械
  • 消费品 - 无人机部件、运动器材、小玩意儿
  • 工业 - 用于制造和装配的终端夹具、固定装置

铝合金 AM 可在这些细分市场实现轻质、优化的设计。

内部铝材 AM 需要哪些专业知识?

成功实施内部铝材 AM 需要:

  • AM 工程师优化构建和鉴定流程
  • 设备操作和维护技术员
  • 质量小组验证部件和程序
  • 接受过健康与安全培训的粉末处理技术人员
  • 设施团队提供电力、冷却、供气和排气服务
  • 为 AM 数据管理提供软件和网络支持

建议采用跨职能团队方法,在整个组织内建立 AM 专业知识。

哪些标准适用于铝快速成型制造?

主要标准包括

  • ISO/ASTM 52900 - 标准 AM 术语表
  • ISO/ASTM 52921 - 粉末床熔融工艺设备标准
  • ASTM F3001 - AM 医疗部件标准
  • ASTM F3301--定向能沉积 AM 金属标准
  • ASTM F3302 - AM 金属粘结剂喷射标准

对符合这些标准的部件进行认证,可以证明质量管理和合规性。

结论

铝增材制造技术可在航空航天、汽车、医疗和消费品领域实现轻质、优化的铝制部件。只要掌握正确的工艺知识和专业技术,就能利用基于层的三维打印灵活性生产出最终用途的铝制部件。随着铝增材制造技术的成熟,这种多功能金属材料的成本将不断降低,采用率也将持续上升。

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