纯铜粉可以用于激光选区熔融3D打印吗？

点击联系发帖人 时间：2022-05-14 07:23

3d打印光固化

在过去的二十年中，选区激光熔化粉末床金属3D打印技术（LPBF）一直在发展，并成为潜在的批量生产解决方案。

关于增材制造技术的成本，根据欧洲机床工具协会的统计，目前金属增材制造的成本可分为四个构成部分，直接构建成本占40%，粉末材料成本占27%，后处理成本占25%，人工成本占8%。

可以说3D打印要实现更大规模的产业化，设备与材料的价格都需要进一步降低到更为合理的水平。而就设备的发展趋势来看，模块化是选区激光熔化粉末床金属3D打印设备的发展趋势，而模块化的选项如何与成本计算建立有效的对应关系？这是困扰业界的难题。不过，近日亚琛工业大学数字增材生产DAP的研究人员开发了一种用于LPBF模块化加工仿真计算的创新方法。

在产业化的工业应用中，经济性以及高效率是最重要的发展目标之一。因此，选区激光熔化粉末床金属3D打印技术LPBF设备供应商提供模块化和可扩展的机器设计以及辅助系统是趋势所向。

用户可以根据自己的需要对其所需要的设备进行单独配置。从直观层面带来两方面的节约，一方面节约设备厂商专门开发专用设备的努力，另一方面通过模块化的组合方式，带来经济性以及高效率的发展通道。

但是这些模块以哪种方式对流程链效率产生积极影响？考虑到成本效率，哪些模块最适合给定的用户需求？当前的成本计算工具无法可靠地回答这些问题，尤其是当涉及到模块化系统或混合批次时，成本效率的计算偏差最高可达30％。

因此，亚琛工业大学数字增材生产DAP的研究人员最近开发了一种用于选区激光熔化粉末床金属3D打印LPBF技术的成本计算的创新方法：虚拟模块仿真器方法。

▲机器仿真器的体系结构，接口，环境和组件。此UML组件图显示了仿真器的内部组件

虚拟模块仿真器方法使得系统供应商和系统运营商都可以就经济效益和系统模块化程度（用于最佳组合产品的生产）做出可靠的陈述。

根据3D科学谷的市场观察，该方法已集成到整个LPBF数字工艺链中。过程控制由面向服务的体系结构（SOA）中的各个模块实例实现，可以多态实现以对不同的模块行为进行基准测试。此外，可以通过使用参数集对模块进行参数设置。

仿真器计算的构建时间可以通过逐层比较与在双激光LPBF机器上执行的九个实际构建作业的日志时间戳进行验证。该模型的平均绝对百分比误差（MAPE）达到0.28％，相对于一般具有8.2％MAPE3的回归模型而言，有很大的改进。

逐层分析显示平均偏差低于0.2％，标准偏差低于1％，从而几乎可以独立于几何图形预测构建时间。除了可靠的成本效益声明和系统模块化基准测试方法的优点外，几乎精确的构建时间预测还可以优化生产计划和机器利用率。

下一步是什么？将来，仿真研究将使用经过验证的机器模型来研究模型中的各种参数变化及其对制造场景中构建给定零件组合成本的影响。

该模型将能够预测不同机器改进的经济效益，并将此作为优化3D打印构建过程嵌套的工具。由于其OPC UA接口，它可以集成到未来的基于OPC UA的制造执行系统（MES）中，OPC UA独立于制造商，应用可以用他通讯，开发者可以用不同编程语言对他开发，不同的操作系统上可以对他支持。从而建立选区激光熔化粉末床金属3D打印技术的完整虚拟工厂。

这项研究是由德国联邦研究与教育部（BMBF）在行业合作伙伴，Fraunhofer弗劳恩霍夫激光技术研究所ILT和亚琛工业大学RWTH亚琛工业大学DAP数码光子直接生产项目（13N13710）密切合作的框架下资助的。此外，这些研究结果是“汽车增材制造的工业化和数字化（IDAM）”的一部分，该项目也由宝马BMBF资助。

该项目的意义在于将推动选区激光熔化粉末床金属3D打印技术走向对制造业具有经济性和市场吸引力的价格区间，并创造选区激光熔化粉末床金属3D打印设备走向专业化应用的灵活性。

相聚德国法兰克福，3D科学谷创始人Kitty将于2019年11月20日，11.0-A79展台介绍2019年全球3D打印市场趋势，包括设备趋势，材料趋势，应用开发趋势，软件趋势。3D打印中国市场的现状，包括中国3D打印市场的SWOT分析，创新者的亮点，在中国开展3D打印业务的挑战以及中国3D打印发展趋势的展望。

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【学生科普作品】带你走进3D打印（二）

科普对于科研探索是非常重要的。素研导师们告诉学生们，科研最大的任务之一就是让老百姓明白科学的边界。素研希望通过学生的科普作品，素研能让更多人感受到科学的魅力！

本周学生作品来自加拿大Branksome Hall高中的Eva同学，她会带大家了解一个有趣的前沿领域，3D打印。

按照单位体积打印消耗能量递增的角度排列，3D打印技术根据原理不同主要可以分为七大类。其中FDM, SLA, SLS/SLM 这三大类技术在商用中使用较为广泛，在这里对其基本原理进行简单的描述。

SLA即光固化成型技术，指利用紫外光照射液态光敏树脂发生聚合反应，来逐层固化并生成三维实体的成型方式，SLA制备的工件尺度精度高，是商业化的最早3D打印技术。

FDM即熔融层积技术，利用高温将材料熔化，通过打印头挤出成细丝，在构件平台堆积成型。FDM是最简单也是最常见的3D打印技术，通常应用于桌面级3D打印设备。

SLM即选区激光熔化成型技术，是目前金属3D打印成型中最普遍的技术，采用精细聚焦光斑快速熔化预置金属粉末，直接获得任意形状以及具有完全冶金结合的零件，得到的制作致密度可达99%以上。SLS即选区激光烧结成型技术，与SLM技术类似，区别是激光功率不同，通常用于高分子聚合物的3D打印成型。

现有3D打印的不同应用场景

从最初主要在实验室中的使用，到逐渐进入工业领域，3D打印技术当前的应用场景已非常广泛，一些有趣的领域主要包括：
食品领域：3D打印糖果、巧克力、Pizza、蛋糕等
房屋建筑：3D打印房子，古文物修复
海军舰艇：3D打印舰船配件
航天科技：3D打印火箭外壳、航空航天设备零件等
医学领域：3D打印人体器官，医疗器械

在各类应用中，最为贴近人们生活，莫过于3D打印食物了，可以让人们通过使用炫酷科技，制作外形独特的美食。随着技术的发展，更多种材料被运用到3D打印中，生物细胞和食品打印是当下非常热门的研究领域，比如3D打印人体器官、糖果、肉类等。在各类应用场景中，3D打印的材料根据其成型后的硬度不同，对应需要的工艺手段也将有所不同，其中相对成熟有商业化产品的主要是硬度相对较高的食品。

以食品3D打印为例，糖果和巧克力属于硬材料，目前这类食物打印是人们所熟知且技术日益成熟的。2014 年年初，行业巨头 3DSystems 公司与著名巧克力品牌“好时”合作，开发了全新的食物 3D 打印机，打印巧克力、糖果等零食。但这些看起来漂亮的零食价格昂贵，在大众消费领域难以普及。

2016年一家英国公司 Chocedge在埃克塞特（Exeter）成立，是一支技术与创意设计团队，专门研究 3D巧克力打印解决方案，适用于希望创建独特/个性化巧克力的个人和企业。这家公司是3D巧克力打印（3D Chocolate Printing）的发起者，也是3D食品工艺当前趋势的开拓者。他们于2007年以Choc ALM的名称开始，在2012年发布了世界上第一台商用3D

3D巧克力打印与3D塑料打印（3D plastic printing）类似，后者本身基于传统的坐标系技术。Choc Creator V2.0 Plus无需使用塑料进行打印，而是使用户可以用巧克力作为设计和打印的对象。过程就是将巧克力艺术作品的构思转换为3D模型，再将3D模型转换为Choc Creator V2.0 Plus读取的指令代码（G-code-该代码由称为“切片器”的计算机程序生成），它将3D模型切成多个层，并为每个这些层编写打印指令。代码准备就绪后，可以将其加载到Choc Creator V2.0 Plus中并且对象将被逐层打印。下图描述了基本过程。

综上所述，3D打印已经揭开了它的神秘面纱，逐渐走进人们的日常生活。感兴趣的小伙伴们可以和素研一起进一步探索和深入研究3D打印这项前沿技术。

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导读：经常有用户咨询南极熊，哪些厂商可以实现金属铜的3D打印。但国内外的3D打印公司中，可以打印铜的为数不多。

铜因其优异的延展性、高导电性以及仅次于银的导热率水平，被广泛地应用于电气、机械制造、航空、国防等领域。在中国有色金属材料的消费中，铜仅次于铝。但同时也由于铜导热性和反射性高的属性，使选区激光熔化技术（SLM）在进行铜合金零件增材制造时充满挑战。铜金属在激光熔化的过程吸收率低，激光难以持续熔化铜金属粉末，从而导致成形效率低，冶金质量难以控制。此外，铜的高延展性给去除多余粉末这样的后处理工作增加了难度。

△3D打印铜零件生坯（脱脂烧结前）

△3D打印铜零件烧结后成品

2019年9月9日，南极熊获悉，国内间接3D打印引领者深圳升华三维科技有限公司，用其基于P-MEM技术（粉末熔融挤出成形）的间接3D打印方式打印出纯铜样品，属国内首创，并成为国内外为数不多的能实现金属3D打印铜材料的厂家。

△3D打印金属铜颗粒料

△3D打印铜零件生坯（脱脂烧结前）

△3D打印铜零件烧结后成品

间接金属3D打印技术，由于不需要高能激光束，巧妙避开了铜打印过程中高导热率、高反射率的问题，先打印生坯，然后再经过脱脂、烧结，得到金属制品。

间接金属3D打印纯铜材料产品性能数据

升华三维相关负责人告诉南极熊，其间接3D打印纯铜用的是自主研发的第三代桌面型金属打印机UP-MR250，是一款桌面型、高精度、高质量、高性价比的金属3D打印机，外观时尚大方，充满科技感，内部结构紧凑且设计合理，操作方便简洁，适用于金属间接3D打印技术开发、材料开发和金属产品快速开发制造。UP-MR250设备一推出就受到高校科研院所、企业客户的追捧，设备稳定性及精度获得客户认可，目前已经在稳定出货。

UP-MR250间接金属3D打印设备主要技术参数

粉末熔融挤出成形（P-MEM）

在线打印、SD卡或U盘离线打印

316L/17-4PH不锈钢、钛合金、铝合金、铜合金、钨合金、高温合金等金属材料

升华三维表示，他们将继续深入开展间接3D打印纯铜及铜合金在不同应用场景的开发与研究，与各合作单位积极加速推广3D打印铜制品在具体场景中的应用。

作为国内间接3D打印技术的开拓者和领航者，升华三维一直默默深耕技术，在设备稳定性、打印速度、打印精度、产品性能上不断突破，打造具有核心技术壁垒的3D打印“硬科技”，建立了从设备、材料、软件与控制系统、打印工艺到后处理的全面研发体系，能快速响应市场需求，给客户带来高性价比的产品及服务体验。感兴趣可联系南极熊或者深圳升华三维。

据悉，2019年10月15-17日，升华三维将携带主力机型和材料品类丰富的3D打印金属样品，亮相深圳TCT展会（展位号F20）。

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