今年2月，美國Desktop metal公司推出適合辦公室的金屬增材制造系統(tǒng)（Studio System 2），該設(shè)備適用于小批量、預(yù)生產(chǎn)和最終應(yīng)用。Studio System 2加工流程基于公司的材料擠出技術(shù)（Material Extrusion，MEX），也稱為結(jié)合金屬沉積（BMD）。

在加工過程中，Studio System 2無需使用溶劑，避免了早期系統(tǒng)所需的脫脂流程。全新的材料配方允許零件直接從打印設(shè)備轉(zhuǎn)移到熔爐中。正如Desktop metal公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人Ric Fulop所說：“隨著增材制造在全球范圍內(nèi)推廣，Desktop metal公司的這項創(chuàng)新技術(shù)能更好地與傳統(tǒng)制造工藝相競爭?！?/p>

■Studio System 2緊湊的設(shè)計適合辦公室打印

8月4日，Desktop metal公司對Studio System 2金屬增材制造系統(tǒng)使用鈦合金Ti6Al4V進行了認(rèn)證，并計劃于2021年9月正式向市場供貨Ti6Al4V。如果一切順利，Desktop metal有望成為全球首家將Ti6Al4V材料商業(yè)化用于熔絲制造（FFF）金屬增材制造的公司。

Ti6Al4V具有高抗拉強度、耐腐蝕性和生物相容性的特點，是目前應(yīng)用最廣泛的鈦合金材料。同時，Ti6Al4V憑借高強度重量比成為航空航天、汽車、石油和天然氣等行業(yè)高性能生產(chǎn)應(yīng)用的理想材料。此外，Ti6Al4V的生物相容性使其還能在醫(yī)療應(yīng)用中有廣闊的應(yīng)用空間，例如手術(shù)設(shè)備和植入物。

在Studio System 2推出之后，Desktop metal公司就通過其生產(chǎn)了具備足夠機械性能的Ti64材料零件。其中的拉伸性能包括730 MPa屈服強度、845 MPa極限拉伸強度和17%伸長率。這些機械性能表現(xiàn)超過了ASTM F2885-17標(biāo)準(zhǔn)為金屬注射成型（MIM）外科植入物應(yīng)用設(shè)定。

使用Ti6Al4V材料金屬打印案例

機器支架
最近設(shè)計了一種機器支架，使用陀螺晶格填充物和鈦代替17-4PH不銹鋼，以減輕重量和材料，同時保持所需的功能強度和剛度。由于支架的復(fù)雜性，使用傳統(tǒng)制造工藝不可能產(chǎn)生最終的幾何形狀。在Studio System 2上用Ti6Al4V增材制造新設(shè)計，最終將零件重量減少了 59%。

■在 Studio System 2 上制作的電動機支架

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。增材制造的鈦環(huán)可確保所有部件重量輕，允許使用更小的電機并減少部件磨損和組裝總成本。

通常，像這種部件都是小批量生產(chǎn)，如果使用傳統(tǒng)制造工藝則需要投資昂貴的工具或定制夾具。Studio System 2可以在24小時內(nèi)制作出6個對焦環(huán)，實現(xiàn)了成本節(jié)省和高效生產(chǎn)的雙重目標(biāo)。

無人機耦合件

無人機聯(lián)軸器用于將兩個組件固定在無人機框架上。無人機制造的主要挑戰(zhàn)之一是電池壽命，并取決于無人機自身的重量。生產(chǎn)鈦合金聯(lián)軸器可以顯著減輕整體重量，同時保持無人機框架所需的結(jié)構(gòu)完整性。

經(jīng)過測試，Studio System 2可以每周小批量生產(chǎn)15-25個零件，然后再將其投入批量生產(chǎn)，在小批量生產(chǎn)中無需任何工具或機加工。

■從左到右：在Studio System 2上使用鈦合金增材制造的無人機聯(lián)軸器、燃料噴射器噴嘴和望遠鏡聚焦環(huán)

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(guān)重要，其作用是負(fù)責(zé)將燃料噴射到燃燒器中以實現(xiàn)推進。該部件特有的內(nèi)部通道可提高燃燒器性能，但使用傳統(tǒng)制造工藝難以制造。

鈦是噴油嘴的重要材料，因為噴嘴需要承受極端高溫和壓力，同時還要保持輕巧。使用 Studio System 2，工程師可在幾天內(nèi)測試不同的噴嘴設(shè)計，并在不到24小時內(nèi)就打印出四個版本的噴嘴樣件。

Privateer Space是一家專注于監(jiān)測和清理太空垃圾的新衛(wèi)星公司。在Studio System 2的幫助下，該公司團隊將能夠?qū)崿F(xiàn)為衛(wèi)星設(shè)計和發(fā)射鋪平道路所需的經(jīng)濟實惠和輕量化的能力。通過與Desktop metal的合作，Privateer Space也加速了太空創(chuàng)新。

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熔絲制造（FFF）
熔絲制造也稱熔融沉積制造（FDM），是熱塑性聚合物最常用的3D打印技術(shù)之一。在FFF工藝中，將熱塑性長絲送入加熱噴頭中熔化或液化，然后擠出并沉積在構(gòu)建模型基板上。當(dāng)熔融材料沉積時，臺架在水平x-y平面內(nèi)移動噴頭。在完成x-y平面中的沉積后，加熱底板垂直移動（z軸）。沉積層固化并與相鄰層粘合/焊接，形成所需的3D幾何形狀。

金屬注射成型（metal Injection Molding）
金屬注射成形是一種從塑料注射成形行業(yè)中引伸來的新型粉末冶金近凈成形技術(shù)。塑料注射成形技術(shù)可以用低廉的價格生產(chǎn)各種復(fù)雜形狀的制品，但缺點是制品強度不高，為了改善其性能，在塑料中添加金屬或陶瓷粉末以得到強度較高、耐磨性好的制品。

近年來，這種工藝方法已發(fā)展成最大限度地提高固體粒子含量，在隨后的燒結(jié)過程中完全除去粘結(jié)劑并使成形坯致密化。這種新的粉末冶金成形方法稱為金屬注射成形。金屬注射成型產(chǎn)品由于形狀復(fù)雜，燒結(jié)收縮大，大部分產(chǎn)品燒結(jié)完成后仍需燒結(jié)后處理，包括整形、熱處理（滲碳、滲氮、碳一氮共滲等），表面處理（精磨、離子氮化、電鍍、噴丸硬化等）等。