近日，Desktop metal宣布Ti64鈦合金已適用于其桌面金屬3D打印系統(tǒng)，可為客戶提供最簡單的方法來打印小批量高性能金屬零件以進行預生產和最終用途應用。隨著Ti64在下個月開始發(fā)貨，Desktop metal將成為第一家將鈦合金商業(yè)化用于擠出式金屬3D打印的公司。

鈦合金桌面金屬3D打印的難點

采用基于擠出的桌面金屬3D打印工藝處理鈦合金一直存在挑戰(zhàn)，這種材料的粉末形式具有極強的反應性且難以燒結。3D打印技術參考通過升華三維了解到，鈦合金的打印和燒結過程對氧含量很敏感，如果過程控制不好，便難以實現(xiàn)零件致密化以及好的延伸率；設備穩(wěn)定性、溫度均勻性都是考量指標。

Desktop metal指出，由其第二代桌面金屬3D打印系統(tǒng)Studio System2生產的Ti64具有卓越的機械性能，拉伸強度、屈服強度以及斷后伸長率分別達到730Mpa、845MPa和17%。這些數(shù)據(jù)超過了ASTM F2885-17為金屬注射成型外科植入物應用設定的標準。

桌面金屬3D打印的Ti64拉伸曲線

桌面金屬3D打印的Ti64微觀組織

桌面金屬3D打印的Ti64性能與MIM工藝和行業(yè)標準對比

使用桌面金屬3D打印系統(tǒng)來打印Ti64鈦合金來開發(fā)應用，具有比使用傳統(tǒng)粉末床熔融（SLM/EBM）3D打印設備更低的使用成本和運營成本。Desktop metal自推出桌面金屬3D打印機以來，已被福特、寶馬、伊頓、谷歌、3M、史丹利、洛克希德馬丁以及世界領先的教育機構，如麻省理工學院(MIT)、米蘭理工大學等30多個國家的數(shù)百家客戶采用。

鈦合金桌面金屬3D打印的應用案例

機器支架

該支架使用晶格填充和鈦合金打印代替17-4PH不銹鋼，能夠減輕重量并減少材料的使用量，同時可以保持所需的功能強度和剛度。由于結構的復雜性，傳統(tǒng)制造工藝不可能完成生產，使用Ti64在Studio System2上3D打印這種新設計將零件重量減輕了59%。

桌面金屬3D打印的Ti64機器支架

望遠鏡對焦環(huán)

小型望遠鏡聚焦環(huán)將鏡頭固定在移動望遠鏡上，該望遠鏡具有多個用于定位和聚焦鏡頭的電機。采用Ti64 3D打印的對焦環(huán)可確保所有組件具有極輕的重量，從而可以使用更小的電機，減少組件的磨損和組裝的總成本。通常，該部件需要小批量生產，因此需要購買昂貴的工具或定制夾具。Studio System 2則在不到24小時內打印了多達六個對焦環(huán)，并可以在幾天內完成后續(xù)處理實現(xiàn)安裝。

無人機聯(lián)軸器

無人機面臨的主要挑戰(zhàn)之一是電池壽命，這主要取決于無人機的重量。用鈦合金制造的聯(lián)軸器可以顯著減輕重量，同時保持無人機框架所需的結構剛度。Studio System 2支持每周實現(xiàn)15到25個零件的小批量生產，然后再將其投入批量生產，所有這些過程都不需要任何工具或機加工。

桌面金屬3D打印的Ti64零件

噴油嘴

燃料噴射器噴嘴對于航空航天工業(yè)的安全和可靠運行至關重要，它們負責將燃料驅動到燃燒器中進行推進。該部件包含內部通道，可提高燃燒器的性能，但無法使用傳統(tǒng)工藝制造。鈦合金是該應用的重要材料，因為噴嘴需要能夠承受極端溫度和壓力，同時保持輕量化。使用Studio System 2，工程師可以在短短幾天內測試噴嘴的多種設計變化，并在不到24小時內打印多達四個版本的噴嘴。

第二代桌面金屬3D打印系統(tǒng)及其材料

第二代 Studio System 2 保留了上一代打印機的所有關鍵功能，同時采用了全新材料配方，其中的關鍵在于，以前的材料中包含了蠟、樹脂以及金屬粉末，采用的是脫脂方法是溶劑脫脂。溶劑脫脂在所屬的行業(yè)中實際上是上一代工藝，脫脂時間長，不僅拉長了整個產品生產周期，還制約著可生產產品的壁厚或者尺寸，使得基于該工藝的技術只適合成形尺寸小、壁薄且厚度均勻的零部件。而脫脂工藝的不同，依賴于3D打印線材中的粘結劑成分。

Desktop metal指出，其優(yōu)化后的材料配方無需使用溶劑處理，打印完成可直接送入燒結爐進行處理，實現(xiàn)了脫脂燒結一步完成。因此，這套系統(tǒng)只包含打印機以及燒結爐。Desktop metal對該產品鼓吹的重點一直都是適合辦公室使用的增材制造系統(tǒng)，此類工藝確實避免了對粉末和激光的暴露風險。新設備還升級了文件處理功能，以實現(xiàn)零件在燒結過程中更均勻的收縮，并提高成功率；同時有助于提高零件側面以及支撐面的表面質量。

Desktop metal Studio System系統(tǒng)開發(fā)的應用

棒材在打印頭內傳輸示意圖

采用桌面金屬3D打印機制造的零件，經脫脂燒結后具有與鑄件相似的機械性能，并達到或超過了相關行業(yè)標準。Desktop metal的Studio System系統(tǒng)除可打印Ti64鈦合金之外，還支持打印316L及17-4PH不銹鋼、4140低合金鋼、H13工具鋼以及銅合金。

END

Ti64鈦合金基于桌面金屬3D打印仍充滿挑戰(zhàn)。業(yè)內知名的早期設備制造商Markforged、后旗之秀Raise3D等至今未推出該材料，BASF也僅有316L不銹鋼線材；而據(jù)3D打印技術參考了解，針對于鈦合金桌面金屬3D打印，國內升華三維已經取得了一定進展。