Desktop Metal金属桌面打印机---DM STUDIO

发表于 2017-12-2 10:00:00 显示全部楼层 1 5746

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Desktop Metal于2015年成立于美国,目前已从Google、宝马、Stratasys和Lowe等公司募集了大量投资。该公司在短短时间内汇集如此大的名气,基于其全新的金属增材制造工艺---桌面级金属3D打印系统DM Studio与DM Production,这使得金属打印变的安全、高效、低成本。

桌面级金属打印机避免了激光和金属粉末相互作用,无需空压机、制氮机,甚至不需要线切割,这使得工作环境变的安全可靠;在成本方面,完整一套的Studio系统的售价为12万美元,在材料使用以及后处理阶段所投入的成本也比激光制造手段低20倍(官网介绍);在打印速度方面,DM系统采用单通道喷射技术,比现有激光金属打印系统快100倍。本文主要介绍这两款设备的突出特点。

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DM Studio系统

DM Studio系统是基于类似FDM的原理,在所需的保护气氛下,以金属丝材为原材料,通过电感等方式熔化丝材,并在静电力/磁场等作用下控制喷嘴流出液滴的表面张力,在压力等作用下将金属液滴沉积在成形平台上;成形过程中可控制平台以及喷射系统的温度,并对形成的缺陷进行监控并予以修复。系统打印尺寸为300x200x200mm,层厚50μm,每小时可打印16立方厘米。具体的工作原理通过该公司公开的专利可获取其工作过程。

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DM Studio 桌面金属打印机

DM Studio打印机包括计算机控制系统182,外壳112(内部有所需的保护气氛,如真空、惰性气体、除氧剂等),机械运动系统,成形平台和金属堆积系统120。当金属液滴在滴下时,机械控制系统按照一定的路径移动从而堆积形成三维金属件。该技术的创新之处在于,采用静电力来控制金属液滴从喷嘴中滴出。

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在打印过程中,金属丝材被送入电感式加热管(或者电阻式加热管),从而熔化成为金属熔液;金属液滴在喷嘴口240处会形成液滴,该液滴的表面张力等参数可以通过磁场(230)、静电场(120,图1)或者二者的组合控制,并在压力等作用下由喷嘴滴到成形平台。

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DESKTOP METAL的感应加热及液滴喷射系统

同FDM技术一样,该技术可支持多种金属棒材,其中一些管道也可以填充表面张力改性剂或者保护气体等,每个丝材可以有独立的储料管道或者也可以按照一定比例混合在一起;下图展示了该堆积系统的多个喷嘴,并且可实现对单个喷嘴喷射液滴的独立控制。

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                                                         棒材供料系统               多喷嘴系统

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DM Studio打印过程

大多数金属3D打印机都需要通过线切割等方式将产品从打印平台上分离,多余的材料和产品粗糙的边缘还要通过打磨才能去掉。而Desktop Metal可以使金属零件在没有任何处理的情况下直接手动与打印平台分离,支撑结构也可以用手去除。

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手动去除支撑

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零件脱离打印平台

DM Studio打印系统配备了一台溶解粘结剂的设备以及烧结炉,在打印过程中金属中混入了蜡和其他一些聚合物,而且配合后面的烧结以及烧结后尺寸的大幅缩小,零件的打印可能仅是疏松成型。

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溶解粘结剂

有机物的溶解主要是为后期烧结做准备,可保证在办公环境下顺利运行,即使有少量的废气,也会通过烧结炉中自带的过滤装置处理(木炭过滤)。溶解了粘结剂的溶液可通过溶解设备内部自带的装置进行蒸馏实现溶解液的循环使用。

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零件进炉烧结

当部件加热到接近熔化的温度时,剩余的粘合剂被除去,并且金属颗粒熔合在一起,导致部件致密化达到96-99.8%。烧结炉内置型材可根据每种零件的构造和材料调整烧结工艺,最高可以达到1400°C的高温,确保均匀加热和冷却,避免产生残余应力。

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烧结过程

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烧结后的高品质零件

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零件制作完成

DM Studio比粉末金属3D打印更安全,不需要额外的设备,材料更换方便,系统支持数百种不同的金属合金,这意味着DM Studio可用于制造多金属梯度材料。

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更换材料

DM金属桌面机具有显著的优势,它使得金属打印设备以及材料的价格大幅下降,而且工作环境宜于办公。但同时其劣势也很明显,以桌面级别设备的真空或者保护气氛,仅能加工少量不活泼金属,并且难以加工高熔点金属;喷嘴一旦发生堵塞,清理会比较困难。

以上便是笔者结合多方资料对DM Studio的汇总和解析,下期将介绍DM的另一款产品DM PRODUCTION

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