Is 3D-metaalextrusie de toekomst van additieve manufacturing?

3D additieve metaalextrusie-fabricatie begint zich op de markt te vestigen. Met een uitnodigendere prijs dan andere 3D-technologieën, heeft het het potentieel om dingen op te schudden. We profileren verschillende grote spelers in de ruimte – en hun claims to fame.

Met al het nieuws over 3D-metalprinten recentelijk, zijn de kansen goed dat u tenminste geïnteresseerd bent, als niet actief de beschikbare opties onderzoekt. Fabrikanten gebruiken technologieën zoals direct metal laser sintering en electron beam melting om van alles te printen, van straalmotorbrandstofdoppen tot medische prostheses, waarom zou uw winkel de technologie niet willen benutten voor prototypes, tooling en low-volume productieonderdelen?

Voor één ding, de printers die gebruikt worden om deze onderdelen te produceren, en duizenden vergelijkbare metaalcomponenten, kunnen kostbaar zijn. U kunt rekenen op $500.000 en meer voor een laser-gebaseerde poederbedmachine, plus de software, training en aanverwante apparatuur om het te ondersteunen. Het metaalpoeder dat nodig is om daadwerkelijk iets te bouwen, is vaak proprietair, net als de lasers die gebruikt worden om het te sinteren tot bruikbare producten.

De nieuwe 3D-metaalextrusie-kids op de blok

Moed op. Een nieuw ras 3D-metalprinters is onlangs de markt binnengedrongen. Deze machines zijn veel minder kostbaar, relatief eenvoudig te gebruiken en produceren volledig dichte metaalonderdelen die geschikt zijn voor eindgebruikstoepassingen. Verschillende distincte technologieën bestaan met ruwweg een twaalftal apparatuurfabrikanten die hun eigen unieke alternatieven voor traditionele poederbedsystemen aanbieden. Hier zijn een paar voorbeelden.

Is 3D additieve manufacturing haalbaar ondanks de hype? Lees "The Case for 3D Printing in Manufacturing" om meer te leren.

3D-metaalextrusie profielen: Markforged, Desktop Metal, Digital Metal

De Metal X-printer van Markforged gebruikt een proprietair atomic diffusion additive manufacturing, of "ADAM"-technologie, om onderdelen te printen uit 17-4 PH of 303 roestvrij staal met aluminium, Inconel, titanium en andere die gepland zijn.

De technologie werkt door staafvormige cilinders van poedermetaal, eerder gemengd met een plastic binder, door een mondstuk te extruderen om deellaagjes van 50 μm (0,002 in.) dik te creëren. Wanneer voltooid, wordt het "groene" deel door een wasstation gestuurd om een deel van het bindermateriaal te verwijderen en vervolgens in een oven geplaatst die de resterende binder verbrandt en de metaaldeeltjes samen smelt. Met een prijs die om de $100.000 schommelt voor een compleet systeem, zijn de productiekosten naar verluidt tot 10 keer minder dan alternatieve metaal-additieve technologieën en tot 100 keer minder dan bewerken.

3D-metaalextrusie profiel: Desktop Metal, Digital Metal

Desktop Metal biedt twee 3D-metalprinters aan, het Studio System en het Production System. Het Studio System is een "kantoorvriendelijke" printer die een extrusieproces gebruikt niet ongelijke de door Markforged gebruikte. Het gepatenteerde bound metal deposition-proces print 17-4 PH, 316L, Inconel en andere poeders vergelijkbaar met die gebruikt in de decennialange metaalinjectiegieting maar gebonden in een polymermengsel. Laagdiktes van 50 μm (0,002 in.) en bouwsnelheden van 16 cm³/uur (1 in³/uur) zijn mogelijk. Hier weer worden deelen gewassen in een debind-station voordat ze in een oven gesinterd worden bij temperaturen tot 1400 graden C (of 2552 F). Desktop Metal claimt ook 10 keer goedkoper te zijn dan laser-gebaseerde 3D-metalprinters.

Met bouwsnelheden tot 8200 cm³/uur (500 in³/uur), wordt het Production System van Desktop Metal gezegd 100 keer sneller te zijn dan laser-gebaseerde metalprinters en is duidelijk ontworpen voor massaproductie. Met 32.000 jets en een bidirectionele poederstrooier, deposeert de single pass jetting-technologie miljoenen druppels per seconde van binder-vloeistof op elke laag poeder. Het heeft ook anti-sinterende agenten om ondersteuningsstructuren later makkelijker te maken te verwijderen. De "bruine" delen worden vervolgens in een oven gesmolten net onder het smeltpunt van het metaal om een volledig dicht product te produceren.

Hoewel niet commercieel beschikbaar tot 2019, naderen de ruwweg $400.000 kosten van het Production System de laser-gebaseerde poederbedprinters, maar ze worden gezegd een kosten-per-deel te bieden die vergelijkbaar is met die van metalgietwerk – tenminste tot 100.000 stukken.

Wilt u dieper in op 3D additief? Bekijk "The Unique Challenges and Solutions in Metal 3D Printing."

3D-metaalextrusie profiel: Digital Metal

De DM P2500 van Digital Metal is nog een 3D-metalprinter die binder-jetting-technologie gebruikt. Als onderdeel van Zweeds Höganäs Group, een toonaangevende leverancier van metalpoeders, zegt Digital Metal dat hun machines meer dan 200.000 hoge-kwaliteit 3D-geprinte componenten hebben geproduceerd voor de luchtvaart, auto, medische en andere industrieën. Laagdiktes tot 42 µm (0,0016 in.) zijn mogelijk, evenals feature-resolutie tot 35 μm (0,0014 in.). Bouwsnelheden liggen dicht bij die van Desktop Metal's Studio System op 100 cm³/uur (6 in³/uur), hoewel de DM P2500 gezegd wordt extreem fijn detail en "medische graad" oppervlakteafwerkingen te bereiken.

Er zijn genoeg andere systemen en technologieën beschikbaar. AM-machinebouwer ExOne biedt bijvoorbeeld een verscheidenheid aan binder-jetting-machines en materialen variërend van brons tot wolfram. Vader Systems gebruikt een elektromagnetisch veld om delen te bouwen uit vloeibaar metaal. Pollen AM's pellet additieve manufacturing gebruikt MIM feedstock dat tot 5 keer goedkoper is dan bestaande poeder-gebaseerde systemen.

Hoewel laser-gebaseerde 3D-metalprinters hun plek hebben, bieden deze alternatieven een aantal voordelen: Omdat er geen thermische spanning is zoals bij laser-gebaseerde systemen, kunnen de ondersteuningsstructuren die nodig zijn om delen tijdens het bouwen op hun plaats te houden, worden vereenvoudigd of zelfs geëlimineerd. Dit stelt de hele bouwkamer in staat gevuld te worden, wat betekent dat honderden of zelfs duizenden kleine onderdelen in een enkele, onbevoegde operatie verwerkt kunnen worden.

De ondersteuningsstructuren die wel gebruikt worden, zijn doorgaans makkelijker te verwijderen, wat de noodzaak voor secundaire bewerking of handmatige afwerkingsoperaties kan elimineren. Aangezien de metalen dezelfde zijn als die gebruikt met MIM, zijn luchtvaart- en medische goedkeuringen veel makkelijker te verkrijgen. Er is geen behoefte aan argon of stikstofgassen zoals bij laser-gebaseerde systemen, noch zijn er zorgen over een laserstraal die een ontbranding veroorzaakt in een aluminium- of titaniumstof-gevulde atmosfeer.

Heeft u zich ooit gewaagd in additieve manufacturing en 3D-printen? Wat was uw ervaring?