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3D新聞

增材院工業級3D打印-EDP設備

星之球科技 來源:3DScienceValley2021-01-25 我要評論(0 )   

在工業制造領域,產品競爭愈演愈烈。如何縮短產品設計和開發周期,是當前加工制造業發展的一大痛點。而3D打印技術可在短時間內直接制造出設計原型,以便開發人員快速優...

在工業制造領域,產品競爭愈演愈烈。如何縮短產品設計和開發周期,是當前加工制造業發展的一大痛點。而3D打印技術可在短時間內直接制造出設計原型,以便開發人員快速優化結構和完善設計。尤其在一些小批量非通用零部件、工裝夾具方面,3D打印技術以其超高的制造效率和極低的生產成本,給傳統加工行業帶來新出路。

桌面級3D打印常常采用FDM設備,即利用熔融沉積成型原理,加熱噴頭沿零件截面輪廓作X-Y平面運動,同時將熔化的材料擠出,在工作臺上迅速冷卻成一層薄片輪廓。如此循環,層層堆積,最終形成三維產品零件。但面對工業級尺寸零部件時,FDM設備的打印效率低下,不能完美地對打印材料續料,且打印件性能較差,層間結合力僅為注塑件的30%—50%,極大地限制了FDM設備在工業領域的應用。

西安增材制造國家研究院盧秉恒院士團隊汽車組著眼于實現低成本、真正工業級熔融沉積(FDM)打印,以商業化顆粒料為打印原材料,以打印制造應用終端產品為目標,使用螺桿轉動作為樹脂熔融和送進的動力來源,達到樹脂材料快速熔融和高效率擠出的目的,最終成功設計和研發了擠出成形工藝(EDP)系列設備。

該系列設備打印效率高、成型尺寸大、層間結合力強,同時擁有從底層開發的控制系統,設備帶打印倉保溫系統等優勢。目前,增材院研發的EDP系列設備如下圖所示:

設備特點

超高的打印效率

EDP-P006最大擠出速度1Kg/hEDP-P01最大擠出速度3.2Kg/hEDP-P02最大擠出速度15Kg/hEDP-P04最大擠出速度25Kg/h綜合而言,EDP系列設備的打印效率約為傳統FDM設備的30-200倍。

螺桿結構打印頭+自動上料

EDP設備采用螺桿結構的打印頭設計,對打印材料進行有效塑化,保證出料穩定、流暢、不堵頭,同時配合自動上料設計,既可提高打印效率,亦可提升打印件層間結合力。

打印件性能佳

使用EDP設備制作的打印件層間結合力強,其性能接近注塑件,滿足工業領域需求。

上圖是不同ABS材料制造方式力學性能對比。其中試樣未加工,表示從EDP打印成板后直接剪裁下來的標準試樣,而試樣加工后,表示按照相關國標要求裁剪后,對試樣的表面進行了精加工,保證試樣表面符合國標要求。通過此圖可以看到,EDP打印試樣的力學性能遠超傳統桌面機FDM設備打印件,基本接近注塑件性能的,特別重要的一點,是EDP打印件的層間結合力得到了極大改善,從而解決了傳統桌面機FDM設備打印產品一個巨大的痛點。

多變的材料適應能力

EDP設備打印材料分為兩類:

一類是傳統商用熱塑性樹脂顆粒料,其優勢在于材料易得且成本低廉,極大地降低了打印制造的成本;

另一類是針對不同領域和產品專門開發的特種材料,如耐高溫打印材料、高強度打印材料、醫療支具專用材料等,以滿足不同領域的打印制造需求。多種類型材料的使用和開發,既滿足了多領域的不同制造需求,也印證了EDP設備優異的多材料適應能力。

設備應用

目前,增材院工業級EDP設備已完成核心關鍵零部件的設計和制造工作,同時配備專屬的控制軟件,可實現在線監控、連續打印及斷電續打功能,在模具制造、大尺寸工業產品制造、文創雕塑產品等領域均有應用。另外,增材院還可提供多種材料體系工藝包的制定,包括ABS、PLA、PC、PP、PMMA及其加玻纖或碳纖材料體系工藝方案,可針對不同領域需求制定完整的產品解決方案。

快速模具制造

下圖為使用EDP設備打印的汽車某部件成型模具。

左上(圖1)為純ABS打印的未經加工后處理的汽車某部件模具胚體,該模具尺寸約2050×800×850mm,重約55Kg,使用EDP-P04設備打印,打印耗時約14h。

右上(圖2)為使用含碳纖維ABS材料打印的模具縮比模型加表面機加處理的制件。該模具使用EDP-P01打印完成,尺寸約600×220×250mm,重量約2.6Kg,耗時約3h。

左下(圖3)為表面處理后的實際模具。

右下(圖4)為打印的模具活塊。

大尺寸零部件的直接打印

這包括產品預研期間的零部件驗證,以及展車的制造等,使用EDP-P01和EDP-P04設備對其所需的汽車外形零部件進行打印,隨后根據需求對打印件進行機加工和表面處理,最終獲得其所需的零部件。下圖為用EDP設備打印的大尺寸零部件。

左圖為某研究院制作的大尺寸打印件,尺寸約855×600×250mm,該件由EDP-P01打印完成,重量約4Kg,耗時約4h。

右圖為某院所打印制造的大尺寸結構產品,且內部含有復雜的裝配結構,尺寸約φ1.5m×2m。

醫療支具快速定制

下圖為使用EDP-P01打印的兩個矯形支具。其中左圖為打印后未作處理的脊柱側彎支具,右圖為另外一套打印后經過處理的脊柱側彎支具。

該矯形支具尺寸約210×180×310mm,重約250g,打印耗時約45min。由于材料特殊,導致該件打印效率相對較低,這也印證了EDP系列設備對打印材料極大的適用性。

只需要經過簡單的處理和加裝相應的配件,該打印支具就可成為一個成品的矯形輔具。因其柔韌性較好,患者可多次穿戴和脫取,且佩戴上身后無明顯配重感。同時也可實現個人定制設計,以便更好地貼合病人身體結構,特別是針對如脊柱側彎和先天性髖關節脫位這類需要階段性調整治療方案的身體畸形,3D技術打印有著不可替代的優勢。

文創雕塑快速制作

傳統外景雕塑制造采用泡沫精雕加玻璃鋼外表面覆蓋的方式,但泡沫精雕制造成本較高,同時面對超大尺寸雕塑件時,泡沫也無法承受較大的外覆蓋玻璃鋼的重量。而EDP設備恰好為大型雕塑的制造提供了新思路。左圖為用EDP設備打印的雕塑牛,打印時長僅為40h。

右圖為使用EDP設備打印的文創家具產品。定制創意家具之所以成本極高,主要由單件單模的制造流程導致。而采用EDP設備可實現創意定制家具的無模化生產,既可快速一體成型,又可突破傳統工藝限制,打造優美曲面造型,滿足消費者個性化需求。

電力防護行業的應用

由于EDP設備擁有極高的打印效率,可滿足電力行業緊急情況的防護產品的制作需求。下圖為EDP設備在電力行業的應用,其中左圖為傳統屏蔽罩,右圖為使用EDP設備快速制造的屏蔽罩產品。


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