干货：工具和模具制造商的3D打印转型之路（一）

摘要：全球制造领导者超越原型设计，全面采用3D 打印进行批量生产。打印机速度越来越快，可以生产更大的零件并创造可重复的质量。最新进展如何？......

aau讯（编辑 吴昕烜）众所周知，3D打印是指在数字3D设计数据的基础上，通过沉积材料，逐层构建组件的过程。这是一个明显不同于传统减材的生产过程。增材制造不是从实心块中铣削工件，而是从可用作细粉的材料中逐层构建组件。各种金属、塑料和复合材料均可用作打印材料。

据了解，在模具和工具制造中，这种制造方法用于快速原型制作，视觉和功能原型的构建。因此可以显著缩短产品开发和市场投放时间。增材制造也用于快速加工，即使用增材制造生产工具的方法。当该工具用于小批量生产时，这尤其有用。特别是在工具制造方面，3D打印还有许多其他可能的应用。虽然上述应用描述了成品零件或成品（原型）工具的直接生产，但增材制造也可应用于制造组件或零件。这可能包括生产模具嵌件甚至优化制造过程所需的设备。

另一个常见的应用是模具本身的优化。在这种情况下，速度不是决定性因素，而是增材制造提供的附加可能性。通过3D打印，可以将冷却通道添加到使用传统方法（如铣削和钻孔）无法生产的注塑模具中。在工具内使用增材制造的冷却通道，即使是难以接近的区域（例如顶出器和滑块周围的区域）也可以进行保形冷却。注塑周期可以比以前更快地运行。

有效利用增材制造的新技术

美国公司Boston Micro Fabrication (BMF)为需要高分辨率、准确度和精确密度的微制造产品制造高精度3D打印机。在聚合物和复合材料的增材制造中，Micro Arch 3D打印机以2μm 的打印分辨率和+/- 0μm的公差生产高精度零件。3D打印机为高分辨率注塑成型和CNC加工提供了一种快速且经济高效的替代方案，现已在德国、奥地利和瑞士上市。

Micro Arch系列3D打印机是基于PμSL Projection Micro Stereolithography 3D打印技术开发的，该技术可以使用微尺度分辨率的紫外线闪光快速光聚合一层液态聚合物。可定制的光学器件、高质量的运动平台和受控处理技术适用于众多原型设计和小批量微制造应用。该产品线从入门级Micro Arch P150开始，它以低投资成本生产小而精细的零件，分辨率高达25μm。多达三台打印机可实现10μm分辨率，面向需要桌面封装的超高分辨率、准确度和精密度的公司和大学。这包括新的Micro Arch P240，它可以使用各种工程材料打印具有更大构建体积的零件。该打印机专为满足小批量工业生产的需求而设计。

凭借仅2μm的最高分辨率，第三系列中的3D打印机非常适合需要超高分辨率和低公差的应用。 2μm系列可处理多种材料，是生产与成品完全一样的CAD精确原型的最佳选择。

微型3D打印机用于医疗对象的开发和生产，从支架到假体再到手术植入物。添加生物相容性材料为更好和更个性化的患者护理提供了许多机会。

在电子和机电一体化领域，消费者和企业要求越来越小的设备具有更高的性能，而Micro Arch 3D打印机也可以满足这些要求。连接器制造商正在获得新的机会，通过微型3D打印来生产复杂的设计，从而盈利。

在微流体和微机械中，微型3D打印适用于阀门、泵、传感器、麦克风组件和许多其他需要小型和高精度组件的应用。Micro Arch系列3D打印机为产品开发提供了新的选择和几何自由度。

3D Systems宣布推出下一代“高速融合”

3D Systems与Jabil合作开发了新型工业 3D 打印平台高速融合 (HSF)。据了解，熔丝打印机比标准系统快三倍—该公司打算从 2022 年开始证明这一点。

据该公司介绍，他们新的3D打印平台可以通过使用电动运动控制以超出当前技术水平的速度和精度水平运行。温控能力和可用构建体积以及材料组合专为航空航天和汽车应用而设计。包括：

直接打印：航空航天内饰和管道、无人机组件、汽车仪表板和引擎盖，以及其他一般工业应用。

工具和固定装置：制造辅助工具、自动化和机器人工具、升降辅助工具，以及模具和工具。

原型零件：汽车、航空航天、医疗、重型设备和一般工业支持。

"通过推出我们的高速融合长丝打印机，我们将在2020年采用的组织重点的基础上，扩大我们在航空航天和汽车等需要高可靠性产品的增长市场的存在，"3D Systems总裁兼CEO Jeffrey Graves博士说。"我们对这一解决方案的投资，以及与捷普公司的合作，将使我们的客户通过使用增材制造的硬件、软件和材料平台，提高生产力和性能，该平台是为工业环境的严格和要求独特设计的。"

Roadrunner 3D打印机是HSF产品系列的第一个成员，它具有以下优势：

最高的沉积速率与任何标准工业级熔丝平台的最佳尺寸精度相结合。

在不牺牲零件质量的情况下实现最低的零件成本。

能够加工高性能、高温材料，如ULTEM和PA CF，以及广泛的通用长丝，如ABS、PETg ESD。

新平台上的应用工程和材料开发已经进行了一年多，并将在2021 年继续进行，Roadrunner系统的发货将于2022年开始。

世界上最大的金属粘合剂喷射3D 打印机

Binder喷射专家ExOne宣布将在2022年下半年提供其X1 160Pro超大型生产金属打印机的可控气氛模型。该公司最大的金属3D打印机将提供惰性气体，从而实现铝和钛的生产。该专利方法将成为完整惰性生产系统的一部分。

惰性气体对于反应性细金属粉末的3D打印至关重要，但它还提供其他好处，例如通过控制湿度减少粉末氧化和增强粉末分配和扩散。此更新将为使用粘合剂喷射3D打印技术大批量生产铝、钛、铜和其他几种材料铺平道路。

多年来，ExOne已成功地在受控气氛中喷射粘合剂反应性粉末，有时也称为惰性或化学惰性。2020年，该公司获得了在受控气氛下进行粘合剂喷射3D打印的专利。

X1 160Pro可与氮气或氩气一起使用，并将与配备惰性气体功能的配件和辅助设备配对。其中包括固化炉、粉末调节系统、除粉站和用于在工艺阶段之间移动造型箱的运输装置，以确保在整个工艺过程中完全控制气氛。

制造商将继续提供X1 160Pro的原始型号，这是一种流线型型号，适用于不需要惰性气体系统来处理不锈钢等金属粉末的客户。ExOne的客户目前使用X1 25Pro金属粘合剂喷射系统进行生产，目前没有惰性功能，其中一位客户现在使用六个系统进行批量生产。ExOne粘合剂喷射3D打印技术能够加工23种金属、陶瓷和复合材料，包括铝和钛等十几种单合金金属。

Trumpf推出全新系列的Tru Print 3000 3D打印系统

Trumpf利用两台500瓦激光器、改进的惰性气体流量概念和熔池监控，进一步开发了其Tru Print 3000激光熔化系统。

据Trumpf称，新的Tru Print 3000可以配备第二台激光器，这几乎使其生产率翻了一番。两个500瓦的激光器并行扫描机器的整个构建室。无论零件的数量和几何形状如何，这都能使生产更快、更高效。使用自动多激光对准选项，系统可以在构建阶段自动监测多激光扫描场并相互校准。每个激光扫描一个轮廓，该过程不会导致任何类型的焊缝。

流量概念也已修订。据Trumpf称，保护气体现在从后到前特别均匀地流过系统-这提高了打印部件的质量。此外，还可以在组件仍在系统内时从组件中去除多余的粉末。由于打印粉末随后在惰性气体下进行再处理，因此不会有污染物进入粉末回收系统。这对于医疗技术等敏感行业来说是一项重要优势。

此外，新型Tru Print 3000配备了所谓的熔池监控。这种熔池监控旨在确保即使在3D打印期间也能确保组件的质量。为此，特殊传感器会不断检查熔池。软件将这些值与存储的参考工件的数据进行比较，并以图形方式显示偏差。

中型机器通过基于粉末床的激光熔化使用所有可焊接材料（钢、镍基合金、钛、铝）生产直径高达300毫米、高度高达400毫米的部件。

电子束金属3D打印机确保高重现性

据了解，在今年3月下旬，日本机器制造商Jeol推出了他们的电子束金属AM机器：JAM-5200EBM。该公司利用强大的电子显微镜和用于半导体制造的电子束光刻系统技术，开发了一种高功率、高密度和高速度的电子束金属3D打印机。

Jeol的新型电子束金属3D打印机JAM-5200EBM在零件的批量生产中实现了高质量和可重复性。该机器满足了航空航天、工业电力和医疗设备等需要高质量水平的行业的要求。它具有长达1500小时或更长时间的长寿命阴极。据制造商称，这可以大大减少阴极更换的停机时间并提高生产率。此外，不需要氦气可以保持制造质量，直到阴极的使用寿命结束。

该公司的粉末防飞散系统“e-Shield”可避免粉末飞散。由于无氦环境，不仅可以在干净的空间以低成本制造零件，而且阴极表面也不易损坏，使电子束保持稳定。因此，制造质量可以保持到阴极的使用寿命结束。此外，自动电子束调整功能可确保制造过程中的高质量和高再现性。制造过程和系统的状态可以通过远程监控系统持续检查。

增强的软件功能可确保更好的3D打印质量

随着3D Sprint 3.0的发布，英国工程技术集团 (ETG) 提供的3D Systems增材制造技术现已得到增强。

该公司表示，用于在3D System的塑料3D打印机上准备和优化CAD和多边形数据以及管理增材制造过程的独家新软件技术与以前的版本相比有了显著的增强。

3D Sprint 3.0 软件于去年12月推向市场，包括为用户带来新价值的关键新功能和增强功能，特别关注支持从快速原型设计到批量生产转变的功能。该软件解决方案因其作为单一软件应用程序执行的能力而备受赞誉，该应用程序将用户从CAD带到以更高的效率进行打印和优化的数据管理，从而通过单一、易于使用的界面简化打印零件的时间。

3D Sprint 3.0软件具有多项通用增强功能，包括能够导入行业标准3MF格式文件、在构建平台上空间和对齐零件的新工具以及删除子零件和将零件重置为其原始尺寸和位置。进一步的改进包括更详细和数据丰富的报告以及以随机颜色分离零件以便于识别的能力。

借助ETG提供的 3D Systems Multijet Printing (MJP) 系列，3D Sprint 3.0软件为最终用户提供了按高度自动放置零件以提高质量和打印速度的能力，同时还提供了包含更多成型托盘上的零件。3D Systems MJP系列还受益于新的缩放和偏移向导，它可以校准打印机并交付比以往任何时候都更精确的零件。

ETG产品组合中还有Figure 4系列3D打印机，对于该产品线，新的3D Sprint 3.0软件能够添加支柱以加强支撑并引入改进的可打印性检查。对于3D Systems Stereolithography (SLA)系列中的Projet 6000 和Projet 7000系列3D打印机，客户现在可以从新的支撑结构选项中受益，以提高打印成功率、零件质量，并实现更轻松的后处理，同时使用更少材料。此外，新的软件平台提供了更多的构建样式灵活性，它使用户能够将构建样式从一个零件区域复制到另一个零件区域。

Evonik首款用于增材制造的光聚合物材料达到市场成熟度

两种即用型材料标志着Evonik推出了适用于常见光敏聚合物3D打印工艺（如 SLA 或 DLP）的树脂新产品线。该公司在中国上海举行的 TCT 亚洲展上首次亮相这些新产品。

凭借新产品线，该公司正在进入与市场相关的光聚合物技术领域，巩固其作为所有主要聚合物3D打印技术的材料专家的长期市场地位。Evonik光聚合物产品系列中的第一种高性能材料可制成既耐冲击又坚韧的3D组件。这些特性的结合使 Infinam TI 3100 L 成为使用光聚合物3D打印工艺（如 SLA 和 DLP）制造工业组件的新标准。在打印组件上测得的冲击强度值为30 J/m 3，同时具有120%的高断裂伸长率。因此，新材料可以出色地承受强烈的冲击或永久的机械影响，例如挤压或冲击。可能的应用范围从工业部件和汽车零件扩展到消费品领域的个别应用，除了自由设计的形状外，在物体使用中还需要强大的机械负载。

该公司表示，品牌名称为Infinam ST 6100 L的第二种配方为高强度合成树脂设定了新标准。它的拉伸强度为89 MPa，弯曲应力为145 MPa，HDT为120 °C，填补了超高强度光聚合物的材料空白。这些特殊性能使Infinam ST 6100 L成为需要耐高温和高机械强度的应用的首选材料。

新的光聚合物系列是即用型的高性能配方，可以在市场上出售的各种常见SLA和DLP机器上进行加工。

Evonik将其在3D打印领域的能力与增材制造的创新增长领域相结合。这里的战略重点是沿着关键技术链开发和生产“即用型”高性能材料。在此背景下，Evonik最近在新品牌Infinam下开发了其即用型3D打印材料产品系列。