利用桌面3D打印機 製作不鏽鋼零部件

3D打印不僅用於打印模型,還可用來打印金屬零件。

美國肯塔基州的薩默塞特社區學院(SCC)已成功使用改良的桌面式3D打印機,3D打印316L不鏽鋼金屬零件,然後將這些零件進行TIG焊接,並獲得令人滿意的結果,表明它們可用於工業應用。

該項目是此類項目中的第一個,在不到600美元的機器上3D打印金屬零件,並利用傳統焊接技術成功焊接在一起。

升級和定製的FDM機器

SCC 3D打印部門從幾臺桌面式FDM 3D打印機開始,每臺平均價格不到450美元,並通過金屬絲擠出功能對其進行了定製和升級。還對底板進行了修改,使其具有更好的附著力,以適應新材料的3D打印能力。改良之後,每臺打印機的總花費約為600美元。


利用桌面3D打印機 製作不鏽鋼零部件

改良的低成本桌面式3D打印機生產不鏽鋼板。

材料製造商Virtual Foundry和化工企業巴斯夫為SCC提供了新機器中使用的金屬長絲耗材。先計算解決收縮率等問題,再對零件進行3D打印;然後專營燒結設備的DSH Technologies幫助SCC對3D打印零件進行燒結後處理工序。

最後,零件被轉移到SCC的焊接部門,在那裡使用鎢極氬弧焊(GTAW),又名TIG焊接來焊接多個圓角和凹槽。圓角和凹槽已焊接到六個金屬3D打印零件上,結果獲得了巨大的成功。


利用桌面3D打印機 製作不鏽鋼零部件

TIG焊接試樣帶有角焊縫

SCC高級焊接教授Karl Watson解釋說:“焊縫流動非常順暢,我們的焊縫控制非常好。由於3D打印和研究的性質,我們已經圍繞焊接此類零件的概念進行了瞭解,我希望焊縫中會出現更多的氣孔,但這些試樣根本不是這種情況。我期待進行一些彎曲測試以確定潛在的延展性,以及使用SMAW,GMAW和FCAW焊接其他樣品。”

零件的初始測試得出的硬度值略低於標準316L不鏽鋼,不過精加工後的顯微檢查尚未發現任何不一致之處;另外焊接過程中的散熱量高於標準316L不鏽鋼。

SCC現在旨在將這種廉價的金屬3D打印技術帶入肯塔基州的公司和學術機構。該學院將提供有關其低成本機器的安裝和組裝的培訓班。這項工作由肯塔基州國家科學基金會(NSF)EPSCoR(或旨在促進競爭研究的既定計劃)撥款資助,題為“ 肯塔基州高級機器人和結構工程生產合作”。

SCC增材製造計劃總監Eric Wooldridge表示:“能夠將真正低成本的金屬3D打印和先進的產品設計方案交付給肯塔基州的學校和學院,這對我們來說是一生難得的機會,我們對此感到非常興奮。”

一旦測試和安全準備工作完成,SCC將為教師選擇培訓地點,開始技術培訓以便肯塔基州的員工獲得全新的職業技能。

Wooldridge解釋說:“當您查看航空航天和汽車行業對增材製造的所有重大投資時,國防部的公告以及使用3D打印技術生產的市場上已有的產品數量,這項技術是任何高級勞動力所需要的。全州範圍內的勞動力,能夠以十幾分之一的成本製作3D打印金屬零件,這將是一場革命。”


利用桌面3D打印機 製作不鏽鋼零部件

3D打印不鏽鋼零件燒結後再進行焊接

SCC先前已從NSF獲得了其增材製造平臺的贈款,以幫助肯塔基州勞動力的教育和培訓。隨著3D打印金屬零件焊接方面的更多研究和資金投入,新舊技術的融合可能會產生重大的工業影響。


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