研究

工程师开发了针对小金属零件的新的微沃姆3D打印技术

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一组研究人员诺瓦大学里斯本已经开发了一种新形式的电弧添加剂制造(WAAM),该制造专门为小零件和精美的功能细节设计。

高精度3D打印技术命名为µ-WAAM,使用直径仅为250µm的金属线材料。在上下文中,常规WAAM通常使用1mm以上的电线直径。它的目的是提供精确和打印速度,将粉末床融合(PBF)的分辨率与传统WAAM的沉积速率和材料效率相结合。

根据Nova研究人员的说法,新的µ-WAAM方法特别适合于大规模WAAM所困扰的薄壁和其他复杂结构的制造。

µ-WAAM 3D打印机的详细信息。图片通过上议院Nova De Univer。
µ-WAAM 3D打印机的详细信息。图片通过上议院Nova De Univer。

PBF与WAAM 3D打印

如果您正在寻找较小的金属组件,那么PBF是3D打印技术。该方法利用激光或电子束在粉末床上融化并融合粉末状的原料,在每一层后重新涂抹和重印以制造实心3D零件。由于使用了斑点激光器,PBF具有很高的几何精度,但由于低沉积速率和高粉末浪费而阻止。

另一方面,那些寻求较大零件的人可能会发现选择电线的定向能量沉积(DED)过程很有用。尽管它确实遭受了不良的印刷分辨率,但WAAM拥有相对较高的材料沉积率,使其非常适合在海上等行业中的大部分应用。

通过WAAM打印的大型零件3D遭受低分辨率的影响。通过AMFG的照片。
通过WAAM打印的大型零件3D遭受低分辨率的影响。通过WAAM3D Ltd.的照片。

µ-WAAM 3D打印机

为了结合两全其美的最好,Nova研究人员开发了带有小型龙门系统的定制µ-WAAM电弧火炬。就像一台普通的FFF机器一样,µ-WAAM打印机基于笛卡尔坐标系,并利用线性轴承和常规的步进电动机。

根据团队的说法,电线饲料设备的灵感来自FFF 3D打印机中的细丝挤出机。一个驱动齿轮由在径向轴承下压缩的步进电动机驱动。

为了与电线馈电建立电动接触,团队使用了0.3mm的黄铜喷嘴。此外,将标准的12V/100AH电池用作电源。在这种情况下,需要电池,因为传统的焊接源根本无法提供足够的I-V特性来产生如此小的焊接弧。NOVA研究人员甚至集成了基于氩气的屏蔽气体,以避免过程引起的缺陷,例如孔,同时保护电线材料免受氧化的影响。

那么它是如何堆叠的?为了测试µ-WAAM 3D打印机,该团队使用钢丝打印了许多薄壁结构。如果PBF只能达到约2G/min的构建速率,则最多为5g/min的µ-WAAM。这仍然无法达到常规WAAM的沉积速率,该蜡烛的沉积速率约为18.5g/min,但考虑到定制系统的大小,它令人印象深刻。

当涉及尺寸的精度时,WAAM可能只能提供±0.7mm的精度,这就是为什么需要进行大量后处理以实现高质量的表面饰面的原因。另一方面,µ-WAAM过程设法达到了小于0.3mm的尺寸精度。同样,这不像PBF(±0.04mm)那样精确,但在两种传统技术之间提供了一个不错的千斤顶中间地面。

最终,这项工作成功验证了WAAM的新变体,将技术缩减为适合更精细的功能细节和薄壁。µ-WAAM方法绝不是完美的,但是它桥接了PBF和WAAM的好处,解决了每个疼痛的一些疼痛点。

该研究的更多细节可以在标题为“”的论文中找到微电线和电弧添加剂制造(µ-WAAM)’。

使用µ-WAAM打印的金属零件3D。通过诺瓦大学里斯本的照片。
使用µ-WAAM打印的金属零件3D。通过诺瓦大学里斯本的照片。

上个月,在类似的研究中,美国的工程师加利福尼亚州立大学,洛杉矶和土耳其语Eskisehir Osmangazi大学开发低成本WAAM 3D打印机,只需$ 1,000即可建造。通过将Gas Tungsten Arc焊接(GTAW)技术集成到类似FDM的龙门式设置中,研究人员能够创建不依赖复杂机器人臂的机器,从而使它们能够使其负担得起和开放源。

在行业中,MX3D,金属WAAM技术的开发商,最近公布了其新的部分3D打印了“ waam夹具”。混合工业部分是管道夹的一个示例,该夹具用于密封化学和油和天然气部门的高压泄漏。WAAM夹子的重量为87公斤(3D印刷30公斤),制造了45小时。

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特色图片显示了通过WAAM打印的大零件3D。通过WAAM3D Ltd.的照片。