无限尺寸的3D金属打印

高美丽
2023-05-26
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3D 打印机(图片来源:Unsplash)

亚利桑那州的Rosotics公司宣布,他们已经准备好彻底改变大型3D金属列印的格局。一种新的“快速感应列印”(Rapid Inductive Printing,RIP)技术,能够列印出巨大尺寸的零件,让该公司在速度、成本、安全性和能源效率等方面具有显著优势。

增材金属制造(Additive Metal Manufacturing)基本原理是,运行一台大型印表机,将熔化的金属分层沉积在基板上,然后融合成固体形状,可以创建传统的削减式制造无法制造的形状。虽然这种技术对于大规模制造来说太慢且过于繁琐,但对于小批量零件和快速原型制造来说,非常快速和有效。

目前,许多金属列印系统都使用激光来加热和熔化金属粉末原料。Rosotics的创始人兼首席执行官Christian LaRosa表示,激光系统存在许多固有问题。首先是粉末状金属原料价格昂贵,而且通常具有危险性,例如,钛粉就具有爆炸性。其次,激光将能量转化为热量的效率不高,大型激光系统可能需要特殊的能源供应系统。第三,操作起来可能具有危险性,即使是能量的反射光束,如果直接射入人眼,也足以导致失明。第四,用这些方法制造的零件通常需要在事后进行热处理,这意味著您只能列印与烤箱一样大的零件,然后在烤箱中烘烤处理。

LaRosa说,他想出了一个解决所有这些问题的替代方案,为便宜、简单和快速列印巨大的金属零件开辟了新的道路,这些零件大到足以用于飞机和火箭的结构。这种名为Mantis的新型金属3D列印头,可以通过感应高效地向金属输送热量,已经通过了测试。

原理是,通过线圈产生电磁场,任何通过该场的铁磁金属都会被涡流感应加热。因此只需要将线圈送入喷嘴,金属粉末通过喷嘴的时候就能被感应加热,这个叫做快速感应列印,或者RIP。激光转化为热量,能源效率可能只有1%到2%;感应加热的效率远远高于这个水平,可以实现超过90%的热效率。由于使用的是金属线,价格非常低廉。用电动机从卷筒中推出金属线,然后在列印头加热。

LaRosa还强调了该技术的可靠性和安全性。“激光列印非常复杂,而且你必须有专门的操作人员来管理。我们的技术就像一个大型热熔胶枪,但是它可以列印金属。不需要戴上护目镜,不需要在封闭空间中操作,”他解释说。

Rosotics的系统还可以列印出大型零件,而无需后续热处理。“这一切都可以在大气中完成,”LaRosa说。“列印的金属零件在冷却时不会出现裂缝或扭曲,因为使用的是一种称为“热回填”的技术。这意味著我们在列印的同时,会对先前列印的区域进行再加热,这样整个列印区域的温度会保持相对一致,从而避免了内部应力和扭曲。”

对于航空航天行业,这可能是颠覆性的变化。Rosotics公司认为,他们的技术可以在地球上或在太空中用于制造大型的、高质量的、复杂的金属零件,从而大大降低了成本和复杂性。如果他们能够成功,航空航天行业生产速度和成本效益会有巨大的提升,这对于探索宇宙是至关重要的。

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