进入2018年,随着3D打印在材料方面取得诸多突破,增材制造技术逐渐在全球大放异彩,并已成为当下最具潜力的生产制造手段。然而,在全球制造业体量扩张、需求迅猛的背景下,生产效率、质量管控、灵活性以及实现这些目标所需的成本仍是不少厂商忧心的问题。针对制造业的痛点与发展需求,3D打印相关厂商如何帮助制造厂商挖掘设计的更多可能性,提升生产的可预判性,让制造商无需高额的资金和人力成本即可实现轻松生产? TCT Asia 2018展会一系列新技术的盘点或许能带你我一起畅想3D打印的无限前景。
材料开发是重中之重
在某种程度上,材料的发展决定着3D打印能否有更广泛的应用。目前,3D打印材料主要有工程塑料、光敏树脂、橡胶类材料、金属材料和陶瓷材料等,除此之外,人造骨粉、细胞生物原料等也在3D打印领域得到了应用。一般而言,3D打印材料的形态有粉末状、丝状、层片状、液体状等,这是针对3D打印设备和工艺专门开发的。
随着3D打印产业的发展,传统的泛用塑料尼龙产品已经逐渐无法满足市场需求,同时惠普的进入也加速了3D打印工程塑料的进一步发展。在TCT展会上,巴斯夫、三菱化学、杜邦、科思创、普莱克斯、帝斯曼、阿科玛、路博润、科莱恩等耳熟能详的名字纷纷亮相,带来多种3D打印材料及服务,有些展台甚至出现了观众爆棚的情况。
传统化工行业的实力企业,在3D打印的聚合物耗材研发和生产上本身具有很大的优势。比如,化工巨头巴斯夫全面展示了工程塑料线材、金属线材、尼龙粉末、光敏树脂耗材等3D打印材料,为3D打印应用打开了新天地。
杜邦重点展示了Hytrel 3D4000FL/Hytrel 3D4100。据了解,Hytrel 3D打印材料有两种不同的硬度规格(Hytrel 3D4000FL邵氏D硬度40和Hytrel 3D4100邵氏D硬度60),具有高柔韧性,高耐热性和耐化学腐蚀性的同时兼具高强度和持久性,供客户灵活制造所需部件。使用Hytrel®规格材料打印出的部件,其全方面机械性能均可与注塑产品相媲美。
凭借其在颜料、添加剂和色母粒聚合物定制方面数十年的丰富经验,科莱恩通过2019 ColorForward® 色彩趋势指南中的特殊红色(Protect the Core)展示了其全系列3D打印耗材。其中,科莱恩的一组Exolit®阻燃剂产品组合给我们留下了深刻的印象,它以磷化学应用为基础,为建筑物、电子电气设备、纺织品以及飞机、火车、汽车和船只的设备提供更加环保的保护。科莱恩高层在评价该产品的意义时说道,“它实现了Exolit®阻燃剂与PA 6 的巧妙结合,为广泛的终端应用领域提供出色的3D打印耗材。另外,通过使用ExolitOP 1230,Exolit®阻燃性PA6 3D打印耗材实现并超过了UL94 V-0阻燃等级。”
深圳光华伟业推出了eASA改性树脂线条和ePA-GF玻纤增强尼龙线条。eASA改性树脂是一种由丙烯腈(Acrylonitile)、苯乙烯(Styrene)、丙烯酸橡胶(Acrylate)组成的三元聚合物,属于抗冲改性树脂。eASA与ABS的结构相似,具有作为工程塑料时所拥有的极佳机械物理性能, 由于聚合过程中取代了含双键的丁二烯,因而具有优异的耐侯性能及抗UV性能,同时还有较好的耐高温性能。其推出的ePA-GF玻纤增强尼龙线条是中等填充量的玻纤增强型尼龙,相较纯尼龙耗材,其机械强度、刚性、模量等都有大幅度提升。耐蠕变性、耐疲劳强度与耐热性也有着明显提升,其中热变形温度可达120℃,同时具备极佳的打印性能,出丝流畅不堵头,不易翘边。值得一提的是,ePA-GF线条外表光滑细腻,无玻纤外漏,避免了接触时对人体的伤害。 由于加入了玻纤,ePA-GF打印收缩率较纯尼龙小得多,在打印大型制件时收缩变形比较小。
软胶类3D打印材料的开发也有了实际的进展。路博润是弹性材料TPU的发明者和全球最大生产商,其在展会上展示了用于3D打印的新型Estane®热塑性聚氨酯(TPU)技术,包括从软性/柔性到硬性/刚性的各种材料。这一令人期待的新产品组合为塑料加工和应用提供了新的选择,使客户能够迎合最新的市场趋势,为产品添加新的性能优势。路博润3D打印营销经理David Pascual表示,自宣布与惠普结成合作伙伴关系之后,路博润持续扩大在快速发展的3D打印领域的影响力,在TCT展会展示的产品组合面向所有热塑性3D打印技术,包括FDM(熔融沉积成型或熔丝制造)、SLS(选择性激光烧结)以及MJF(多喷射融合 - 惠普专有技术)。
无论是线材还是树脂材料、粉末材料,材料特性与应用的结合更加紧密,决定了打印后的物品的实际价值,而那些通过功能性材料开发应用场景的企业将会获得更大的成长空间。国内材料企业易生(eSUN)除了展示几款新的3D打印材料外,也在寻求应用突破和市场细分。易生推出的两套解决方案吸引了很多专业人士的目光,包括使用无料盘refill耗材、通用卷盘和eBOX料盒以及一款特别为光固化3D打印研发的eResin-PLA树脂及配套的LCD/DLP打印机。以光固化解决方案为例,其中eResin-PLA树脂属于全球首创生物基,安全又环保;打印精度高,且硬度好,耐划伤;疏水性也好,表干,不易吸湿。配套的LCD打印机内置升级新光源;开放式构造与料槽,自动调平;高精度、高速度,同时高性价比。DLP打印机采用DLP数字光处理系统LED光源工业级光机;打印点阵密集,有5万小时寿命保证。
3D打印设备亮点多
3D打印机近几年在国内外都十分火热,谈到3D打印设备,不得不提注塑加工企业的巨头ARBURG(阿博格)。在工业增材制造领域,阿博格同样拥有大量的塑料加工以及机械制造方面的独有技术。阿博格推出的 freeformer采用其塑料无模成型技术 (APF),基于3D-CAD数据,可由认证标准颗粒生产出具有功能性的塑料制品。适合进行单件和各类型小批量产品的工业增材制造,以及大批量产品的个性化生产。
3D打印巨头Stratasys 和3D systems自不必说,他们只要亮相,一定是3D打印展会的焦点。EOS也推出了EOS-P 500——一款用于工业规模级的激光烧结塑料零件的自动化制造平台,专为致力于大规模生产高分子材料零部件并确保零件优异质量的企业所提供。该平台配备了用于烧结粉末的双激光系统及新的铺粉刮刀,制造速度达到目前最快激光烧结机器(EOS P 396)的两倍。P 500在建造平台上添加一层新粉末的速度高达600毫米/秒,并最大化可调整性。不仅如此,物料流量也得到了优化,以更高的重新利用率回收粉末来进行下一次打印工作,进一步提高系统的效率。其可以处理温度高达300°C的材料,从而实现制造PA6、PBT、PET、PPS、PEKK等高分子材料的可能性。EOS P 500配有一个三级过滤装置,包括一个冷却装置、细粉过滤器和活性炭过滤器,以应对材料释放气体和颗粒污染,有助于提高增材制造建造过程的质量。这为制造高性能高分子材料开辟了新的应用领域,用户也将因此从工业3D打印中受益——例如用于移动和汽车行业或制造电子元件。
作为国内3D打印设备行业的领头羊,华曙高科最近推出了“CAMS未来工厂”—— 全球最大高温尼龙3D打印设备FS1001P以及多激光多振镜的大型金属3D打印设备。CAMS系统FS1001P的模块化设计包括装载、建造、保温、清粉四个功能站,可与未来的预处理、后处理模块结合,也可以实现现有工厂生产线之间的无缝对接。 FS1001P是目前全球最大打印幅面的尼龙增材制造解决方案,可以为用户提供前所未有的连续生产能力。1000×500×450mm的超大成型缸,可实现大型产品的一体化成型和小型产品的批量化生产。此外,FS1001P还具备高温烧结能力,可打印FS6028PA(PA6)、PA12、TPU等烧结温度在220℃以下的材料,使产品性能更优异。
大族激光科技产业集团股份有限公司的睿逸DLP1080T系统具备大尺寸、高速及成型过程自动化程度高的特点,可用于手术导板、汽车零部件和快速原型件的加工。该产品能够保证较高的尺寸精度需求并保证成型件较好的表面质量,满足工厂、研发机构、科研院校的加工、样品开发及测试研究。 DLP1080T系统集成了大族在光学及装备上的优势与经验。在成型体积285x160x400毫米的空间内,DLP1080T 更快速、更灵活,同时以更低的成本从CAD数据直接成型树脂零件。
设计优化依旧是下一阶段的重点考虑
专业应用软件方面,国内企业仍然需要依托欧特克、玛瑞斯等软件方案巨头,针对3D打印工艺的设计优化仍然有巨大潜力。据了解,传统行业与增材工艺的转化和对接需要更多跨行业的复合型人才来推动,例如,传统建筑设计和二维的ct数据如何变成适合打印的数据,以及细分行业应用的数字化如何匹配3D打印,仍然是下一个阶段行业从业者必须要考虑的问题。
欧特克(Autodesk)和玛瑞斯(Materialise)两家的软件系统是3D打印行业比较常用的软件,能够实现3D模型纹理、结构优化,分析形变和尺寸公差,表面修复,支撑分析和生成等多种必要的3D打印前准备工作。其甚至可以根据零件用途,自动生成零件内部的网格结构,快速实现传统零件到增材零件的优化。这在实际应用中非常重要,是3D打印前的必备程序。
在TCT展会上,欧特克携增材制造解决方案Netfabb®和一众高科技展品隆重亮相。Netfabb®软件是欧特克专为增材制造打造的专业解决方案,致力于帮助用户实现端到端的工作流。该软件不仅提供高效的构建准备功能,有助于减少准备时间和物料消耗,其中包含的设计优化工具还能根据零件的载荷和约束对零件的硬度和重量进行优化,为实现轻量化设计铺平道路。通过快速仿真工具,Netfabb®还可以轻松预测金属零件的结构应力和变形,自动修复模型缺陷,帮助客户减少错误迭代和实验的成本。对于用户所关心的格式问题,Netfabb®支持从所有主流CAD系统导入模型,将其转换为可编辑的STL文件以快速处理文件。
随着全球3D打印技术应用的持续发展和深入,愈加要求打印设备硬件和软件进一步的集成和整合,以便能为更加细分的市场和用户提供更为专业化及定制化的解决方案和技术支持,这已日趋成为整个行业的发展趋势。2017年,Netfabb®与国内3D打印领航企业华曙高科公司的金属+尼龙全系列增材制造解决方案完美匹配,标志着欧特克将能为国内用户提供从设计优化到成品打印的一站式增材制造解决方案。Netfabb®软件专业的优化和仿真功能很大程度上帮助用户提升了终端产品在批量生产时的品质,打印的产品被广泛应用于义齿、医疗、汽车以及航空航天等领域。事实上,不仅有华曙高科,欧特克还积极与德国3D打印技术公司EOS实现合作,欧特克软件用户在进行数据准备时可直接选取EOS设备,并使用EOS相应材料参数来模拟增材制造过程。
玛瑞斯至今已有超过28年的3D打印经验。玛瑞斯将沉淀下来的经验和知识融入到一系列软件解决方案和3D打印服务中,共同构成了3D打印行业的中坚力量。3月1日下午,玛瑞斯中国分公司——上海玛瑞斯三维打印技术有限公司联合全球增材制造综合解决方案供应商联泰科技在2018 TCT亚洲展签署新一轮合作。据了解,联泰科技已与玛瑞斯合作研发了定制化Magics Link UnionTech数据处理软件,其中一个为UnionTech Build Processor(BP)模块,内嵌的自动生成支撑功能为全球首例。新的合作将在原有合作基础上进一步深化,包括SLA解决方案、DLP解决方案,以及全球经销协议等。双方将通过合作创新,缩短研发周期,把握市场先机,并不断探索新的市场应用,为3D打印发展持续助力。
-本文摘自《国际塑料商情》六月刊
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