今年進口金屬3D列印機選購指南

在過去的幾年里,金屬3D列印受到了很多人的關注,金屬增材制造(AM)市場在過去十年里得到了真正的增長。根據SmarTech Analysis的《2020年金屬粉末增材制造》報告,在過去五年中,金屬3D列印硬件收入增長了近3倍,材料銷售增長了近6倍。

在金屬增材制造領域,目前主要部署了幾種技術,包括:激光粉末床熔融(L-PBF)、電子束粉末床熔融(E-PBF)、定向能量沉積(DED)和間接金屬列印(BMP)。

在這些3D列印系統當中,沒有誰是最好的,選擇哪種技術類型,選擇哪個廠商的設備主要取決于你想做什么。

2020年9月27日,南極熊注意到國外媒體發布了一份《2020進口金屬3D列印機選購指南》,作者通過自己的知識和對終端用戶、經銷商和研究人員的采訪整理而成,可以用于指導客戶如何選用金屬3D列印機。當然,這份購買指南中所出現的金屬3D列印機均為國外廠商的產品,南極熊將其翻譯出來供國內用戶參考。


南極熊此前也整理過一些金屬3D列印廠商的文章:

《小趨勢:18家多激光金屬3D列印廠商,劍指高效率/大尺寸/批量制造》

《小匯總:15個熔覆噴涂金屬3D列印技術廠商對比》

《大勢已來:8個噴射技術金屬3D列印廠商匯總對比》

間接金屬列印(BMP)

△ExOne列印機被用來制造這種井下定子部件,用于石油和天然氣行業


到目前為止,炒作最多的是BMP,這是一種間接金屬3D列印技術,包括金屬粘結劑噴射和金屬擠出兩種。在粘結劑噴射中,粘結劑由噴墨列印頭沉積在金屬粉末床上,形成 “毛坯”金屬部件,然后在烘箱中脫脂和燒結后,得到致密的金屬部件。

人們還可以通過金屬擠出技術列印絲材,然后進行脫脂和燒結。這本質上是增加了燒結步驟的FDM技術,但這些機器與粘結劑噴射的機器類似。BMP的主要優勢是它的成本可能比其他金屬技術低三分之一。

使用BMP工藝,可以實現良好的表面效果,機器的成本也相對較低。缺點是,單獨的燒結步驟難以控制。在不同壁厚、尺寸和幾何形狀下的零件收縮率會不同,這將使制造完全獨特的新零件變得困難。另一方面,盡管有單獨的脫脂和燒結步驟,從化學和安全的角度來看是很棘手的,但零件成本應該很低。然而,在很多情況下,對于最高級別的零件性能,BMP將不如PBF合適。

Markforged Metal X 

△正在Markforged Metal X上制作的切削刀具


Markforged的Metal X系統價格相對低廉,結構緊湊,軟體性能良好,真正拉低了金屬列印機的市場入門水平。系統在設計時考慮到了良好的用戶界面,使用起來比較方便。Markforged還隨列印機一起運送清洗和燒結站。Metal X可以列印Inconel 625、17-4 PH不銹鋼和銅。

ExOne X1 25Pro 


ExOne的X1 25Pro具有400 x 250 x 250 mm的構建體積,并有四種不同的粘結劑和材料選擇,如316L、17-4PH、304L、Inconel 718、銅等。多年來,ExOne一直在冶金方面做了大量的工作。公司還在系統的可靠性和可重復性方面投入了研究,這使得X1 25Pro成為具有實際產量的入門級工業解決方案。

激光鋪粉金屬3D列印

△這款AiO噴嘴板在EOS M-290和EOS M 400機器上制造,過去是由超過125個獨立的部件組成,但現在是作為一個單元進行3D列印。成本降低了一半,重量也減輕了。


激光鋪粉金屬3D列印技術L-PBF可以生產航空航天等行業所需的最高質量、最高密度的高性能零件。機器的價格要貴得多,一般在50萬美元以上。初期投資和運行成本很高。還需要后加工設備,如電火花加工或CNC(如同大多數3D列印技術制造的金屬零件一樣)。

但是,一旦你深入研究這項技術,你可以每天制造數千個小型部件。請注意,構建體積填充滿零件列印可能需要一周或更長時間。這是我們所擁有的最經得起考驗、最符合行業要求的技術,能夠制造最精確的零件。它也是應用最廣泛、研究最深入的技術。每年用L-BPF制作的牙橋和牙冠數以百萬計。

EOS M 290

△Euro-K使用M290和Inconel 718來制作微型燃燒器


EOS M 290是一個行業標準,特別是對于服務商。是最受歡迎的金屬系統之一,它是一個可靠的,相對無憂的列印機,被那些以3D列印作為生產系統的人喜歡。它非常可靠,EOS和它的客戶已經積累了大量關于這個系統、材料、設置和性能的資訊。

SLM Solutions SLM 500


盡管新的SLM 800及可連接多達5臺列印機的Hub是目前讓人津津樂道的產品,但SLM 500的使用記錄更為豐富。500是一款雙激光或四激光機器,它的出現標志著我們行業的一個重要里程碑。前期的HL 50系統也是一個震撼,因為在那之前,很多人都認為SLM基本上是死路一條。HL和后來的500型系統在實際生產中得到了應用。

Additive Industries MetalFab1

△在Additive Industries的MetalFab1上制作的鈦合金葉輪


Additive Industries的MetalFab1列印機在一個模塊化系統內輸送零件,所以零件不需要搬運或輸送到系統的保護環境之外。這使列印機保持封閉,更安全,也降低了很多成本。他們的創新方法意味著這家年輕的初創公司很快就在商業航空和太空等嚴格領域贏得了全球客戶。這可能不是你的第一套系統,但由于它從根本上是為系列化生產而設計的,因此對于那些尋求量產的人來說,它是一個值得考慮的機器。

GE Additive Concept Laser M2 Series 5

Concept Laser公司的機器在牙科領域以可靠的工作著稱。Concept Laser與其內部咨詢部門和GE航空合作,對設備進行優化,參數,跟蹤,記錄數據,并進一步優化,使機器具有高度的可靠性和可重復性。M2有一個可切換的構建模塊,這樣你可以從外部處理所有保持在機器安全惰性氣體室內的零件。以GE的經驗來看,這絕對是一款值得關注的航空航天市場的機器。

EOS M400

△RUAG和CITIM設計的用于ESA哨兵衛星的鋁制衛星天線支架,減少了40%的零件重量


EOS的M400系統是一個大型的高生產率系統,它與M290配合使用。在M290上測試、開發、制造零件,然后移植到M400上生產。舉例來說,這意味著一些大學部的合作伙伴可以制作很酷的新材料,這些研究成果可以快速地在M290上實施。然后,一旦驗證通過之后,就可以在M400上進行高效率的生產。

Velo3D Sapphire 

Velo3D的藍寶石列印機確實讓大家感到驚訝。這家初創公司將大量的注意力集中在監控、捕捉、優化和改進熔池中實際發生的零件制造過程中。通過它的軟體和監測,它將更好地構建部件,甚至在某些情況下減少對支撐結構的需求。Velo3D還瞄準了制造商,特別是在航空航天領域,部署其機器。Velo3D對我們的市場具有潛在的非常大的顛覆性,并且讓其他人更加努力。


電子束鋪粉金屬3D列印技術E-PBF

 

△在Amplify Additive運行的GE EBM系統上堆疊髖臼杯


L-PBF的替代方法是EBM或E-PBF。這種方法使用電子束而不是激光燒結細金屬粉末層。與通過L-PBF制造的部件一樣,這些部件也需要進行大量的后處理,以去除支撐結構,防止部件因溫差而撕裂。傳統上,E-PBF每件零件的成本更低一些,但可以得到更粗糙的表面紋理。對于骨科來說,需要粗糙的表面質地,這也是為什么E-PBF是制造髖臼杯和其他骨科植入物的一項非常強大的技術。同時,美國宇航局、GE等公司的工作表明,你可以用E-PBF制造梯度零件,用這種技術制造渦輪葉片等物體。

GE Additive Arcam Spectra H 

△Avio Aero公司的渦輪葉片


GE Additive公司的Arcam Spectra H系統比以前的E-PBF機器功能強大一倍,體積也大得多。它是為高溫合金(如鋁化鈦(TiAl))和列印大型渦輪葉片和其他航空航天零件而設計的。這臺機器基本上是為了列印TiAl(也叫 “伽瑪鈦”)、GenX發動機的低壓渦輪葉片而開發的。

如果你需要用伽馬鈦做一些東西,這種材料的重量大約是鎳超合金的一半,而且強度一樣高。現在,考慮到這些金屬間化合物的需求有點小眾,目前僅限于飛機發動機、一級方程式賽車和國防。


送粉金屬3D列印技術DED

 

△激光熔覆公司(LCV)通過DED對碳化鎳鎢進行修復的模具


DED是一系列技術,在能量源前將粉末或絲材送到工件上,通常是在一個露天的室內。3D列印頭可以放置在現有的CNC或其他設備內部,可以非常快速地將新材料列印到現有的零件上,或者以相對較低的成本制造新的零件。

這項包覆和焊接相關的技術沉積速度很快,但比較雜亂無章。但是,人們可以用數控機床去除多余的材料。DED用于修復注塑模具,用于閥門、齒輪或模具等。

△這個齒輪是在車軸本身上3D列印的,使用不同的鋼材來優化零件的性能


Optomec LENS 860


Optomec的860系統是立式加工中心和DED列印頭的混搭。其中一個版本的機器確實有一個受保護的構建室,這可以提高效果,但也有一個封閉的構建室版本。這臺設備擁有860x600x610毫米的工作區域。Optomec在利用其技術修復零件和為現有零件添加材料以滿足非常苛刻的應用方面具有相當的專業知識。

Sciaky EBAM 300


Sciaky系統已用于制造尺寸達5.79 m x 1.22 m x 1.22 m的零件。Sciaky制造了一些世界上最大的金屬列印機,它的雙線送料列印頭意味著你可以使用低成本的線材原料,也可以在熔池中混合材料。該公司已經能夠在零件制造上閉環,憑借深厚的經驗和電子束槍,Sciaky的機器能夠加工很多不同的材料。

BeAM Machines Modulo 400

△BeAM機器修復磨損的密封圈的特寫


BeAM的Modulo是一臺集成了DED 列印機和減材加工中心,工作區域為600 x 400 x 400 mm。BeAM具有 “同軸氣流”,即在同一個噴嘴中運行兩種不同的氣體流。這應該能改善這種吹粉系統的效果。有趣的是,Modulo被設計為可集裝箱式,這意味著它可以位于一個運輸容器中。一個易于運輸的解決方案將是非常誘人的,可以放在石油和天然氣公司和軍隊的大型現場。這家公司還有一個更大的系統–Magic。

Trumpf TruLaser Cell 7040

Trumpf(通快)是一家家族企業,制造了世界上許多工業激光器,也制造了許多切割工具和機器。他們的激光金屬沉積(LMD)機器可以混合粉末并與填料焊接,這意味著不同的材料可以連接在一起。該公司還利用其豐富的加工專業知識,使其機器在涂層和不同材料涂層中的應用成為可能。


Trumpf的增材制造設備也可以集成到傳統客戶的現有機器中,或者您可以購買一臺新設備。在一臺機器上,您可以沿著其巨大的制造量進行切割和3D列印操作。您還可以將這臺設備集成到現有的生產線上,使其成為迄今為止最能夠集成到一系列制造過程中的設備。

DMG Mori Lasertec 65 3D Hybrid


DMG Mori是最大的機床制造商之一。最近,他們在3D列印方面投入了大量的資金,現在有DED和L-PBF機床的生產線。他們的3D Hybrid與銑削和車削配合使用,而3D則與金屬切削配合使用。五軸3D Hybrid系統的構建體積為735毫米×650毫米×560毫米,可以與現有的工作流程和設備相結合。五軸粉末噴嘴是同軸的,可以在一個工件上組合不同的金屬。系統本身是閉環的,并有過程中的監控。

Formalloy X Series


Formalloy是一家比較小的公司,這家公司的出現與美國一些嚴格的DED用戶,如JPL和NASA有著緊密的聯系。它的DED頭可以在飛行中混合材料,這可能帶來各有趣的表面解決方案。 

這家初創公司在定價上也很激進,提供低成本的解決方案,沖破了他們的重量。他們在材料方面也下了很大功夫,尤其是那些奇異的太空材料,比如Waspalloy、Hanes 230、Stellite 6、五種不同等級的銅、GR Cop 84(NASA燃燒室用銅材料),還有磁性材料和碳化鎢。我想有人正在用一臺機器幾乎可以列印出一整枚火箭。


應用 


DED

DED可用于硬面化、修理和制造飛機翼子板等部件。受限于細節,這種技術傳統上可以制造5m x 2m x 2m或更大的零件。令人振奮的應用包括混合材料,以及在由相同或不同金屬制成的舊零件上列印新材料。

△修理各種形式的渦輪葉片是DED的主要工作,這一應用是由Optomec和其他公司首創的


這項技術最適合于需要修理大型高價值部件的市場。如石油天然氣、造船業以及軍工裝備等領域。大型、高成本的車輛部件,如航天器和高端車輛的底盤,可以用DED生產或維修。例如,人們希望可以為乘用車制造整個底盤。或者說,DED將被部署在越來越多的維修應用中,使各種工業設備的磨損表面重新煥發活力。

對于小型和細節部件,DED就沒有那么厲害了。通常情況下,露天建造室限制了精度。這個市場的玩家包括Optomec、Sciaky、Trumpf、DMG Mori和BeAM。工業應用的擴大以及CNC行業的新玩家都是可以期待的。

E-PBF

△Trinity PLUS 2是科林集團采用Arcam(GE)EBM制造的高孔隙髖臼杯,多孔性和表面粗糙度曾經是一個限制,但對于這種應用,它們可以成為一個理想的特性


僅僅在幾年前,E-PBF主要與L-PBF進行比較,并會輸給L-PBF。現在,這項技術在研究和商業應用中也獲得了更多的關注。E-PBF非常適合骨科,已經能夠降低骨科植入物的成本,并生產出數以萬計的植入物。與L-PBF相比,它的成本可能更低,也可用于許多相同的應用。

對于商業航天、航空和軍事應用,E-PBF確實是一項非常相關的技術。許多人都在重新考慮這項技術,因為他們正在轉向制造業,在制造業中,其較低的零件和粉末成本確實開始變得重要。通用電氣通過其Arcam部門,在專利覆蓋率和已安裝的機器方面幾乎完全主導了EBM。但現在Freemelt、JEOL和Wayland Additive等公司正在提供替代方案。

L-PBF

△由DTI設計的CeramicSpeed變速器部件在SLM Solutions SLM 500上用Ti列印


L-PBF是最成熟、部署最廣泛的金屬3D列印技術。德國公司EOS是這里的市場領導者,其次是GE和SLM Solutions。DMG Mori、Trumpf、Farsoon和其他不少公司最近都進入了這個市場。Additive Industries公司的高產系統真正撼動了市場,它在機器上處理了大量的后處理工作。Velo3D最近通過使用增加在線監測和過程控制來減少支持結構,掀起了波瀾。

L-PBF在汽車領域取得了進展,也被用于骨科領域。在太空以及航空領域,該技術現在也得到了廣泛的部署。一個很大的利好很可能是近來發展迅速的商業航天實施。現在這項技術正在向更多合格的零件和材料以及更多的制造應用發展。

BMP

粘結劑噴射主要是由ExOne公司開創的,這家美國公司正在全球部署大型工業粘結劑噴射系統。然而,炒得沸沸揚揚的是圍繞著更緊湊的工業BMP系統,它可以在全球的工作車間和制造場所找到一席之地。Desktop Metal公司剛剛發布了其中的一款,GE和惠普公司也正在研發。

如果這些系統成功,它們可以極大地擴大金屬列印市場。從今天的幾千臺安裝量來看,我們可以在不久的將來看到數以萬計的安裝量。然而,我對BMP持謹慎態度。

工藝問題意味著,大體上,這些系統可能適合于成千上萬的合格零件。但是,相對于現有的技術,這些部件在哪些特定的部件和系列中才是有意義的呢?而人們又將如何接受設計并進行所需的工作以使其可列印?他們是否有足夠的人力來運行這些系統,以及接受培訓來制作零件并使其可列印?這一切都還為時尚早,所以我對有限的應用和擁有必要技術的公司持謹慎樂觀態度。從長遠來看,如果有合適的軟體和加工設備,我是樂觀的。

如果你從事航天、骨科、航空、歧管、汽車、機械制造、建筑、農業、石油和天然氣、核電、發電、散熱片、任何類型的閥門或噴嘴,一般來說,你必須深入了解這些技術。它們正在對你的行業產生真實而深刻的影響。在其他行業,影響就不那么明顯了。實施金屬列印是一件困難的事情,但它可能會對你的業務產生很大的影響。

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