CIMT2021部分增材制造机床展品评述
2021-8-9 来源：CIMT2021特种加工机床评述专家组 作者：吴国兴
2020年全球增材制造（3D打印）机床行业仍保持了正增长势头，金属3D打印领域在2020年产生了16亿美元的收入，预计到2030年将增长到317.8亿美元，10年总体复合增长率为35%。目前我国的工业级增材制造机床，无论是机床的拥有量，还是与之相关的产值，都超过了全球总量的三分之一。中国增材制造产业连续多年增速保持在20%以上。
展望2021年的增材制造市场，工业级增材制造机床的价位细分市场中，金属粘结剂喷射3D打印机以及设计级和专业级价位中的复合3D打印机，均是最值得关注的。从长远来看，专注于批量生产的金属和塑料3D打印机将引领3D打印行业的发展。预计2021年工业3D打印系统的出货收入将稳定增长15％。
1. 金属增材制造机床及增减材复合机床
本届展会延续了上届以金属3D打印机床为主的特点，并出现了更多增减材复合技术及机床产品。本次展出的3D打印机床，虽不一定是最新款，但在技术上均有所提升，设备性能和功能更加完善。
瑞士GF加工方案与全球最大的3D打印公司——美国3D Systems公司继续联手，进一步完善了增材制造全面解决方案，提出了端到端的金属增材制造工作流程。方案中包括增材加工机床、电火花加工机床和激光表面纹理加工机床，以及铣削加工中心和主轴，还有工装夹具、自动化及软件系统，由此有效提升了增材制造能力和竞争力。本届展出的金属3D打印机DMP Flex 350（见图1），依托3D Systems公司的直接金属打印（DMP）专利技术，最大成形尺寸为275mm×275mm×420mm，配备500W（或450W）光纤激光器；成形室抽真空至10-1 Pa，使用先进的保护气体气流技术，可制造高致密度与高纯净度的零件；激光窗口处有特殊设计的进气口，可长时间保持窗口清洁，较长时保持成形室氧的体积分数＜0.025‰；激光窗口两侧有可见光和红外摄像头，对预埋零件定位测量，实现修复或连续打印；采用功能完善的3DXpert软件、LaserForm材料、真空环境及智能粉料管理系统，可实现如Inconel合金、钛合金、钴铬合金、铝、钢等金属材料的增材制造。该公司的CUT AM 500电火花线切割机床，是独特的分离增材制造工件专用机床。将该机床与DMP机床联结起来，可保持工件完整，适用于自动化生产，降低运行成本；采用快速切分工艺，能够可靠切分有特殊支撑结构和含有残余粉末的工件；采用倾斜工作台及双丝轴，分离速度快，精度高；采用水平切割细径钼丝，工件在切分加工时保持基准精度及质量，确保工件的工艺完整性。
图1 DMP Flex 350型金属3D打印机床及成形室
日本沙迪克公司展出的金属3D打印机LPM325，采用激光选区熔化（SLM）技术实现3D打印，在不改变设置的情况下，进行基准面的加工；通过缩小造型室的体积、优化烟雾回收方法，提高了造型速度；标配了粉末吸收装置，改善了成形室内的粉末处理流程；配置了专用的数控系统和CAM软件，可在不改变设置的情况下加工所打印零件的基准面。同时，可与开发的新型NC装置（RM4RP）联结，具有统一的操作环境，可轻松完成增减材加工的转换。
DMG MORI公司展出的LASERTEC 30 SLM 3D打印机床，可进行多功能的复杂工件、随形内冷道工件、拓扑结构优化的部件等的3D打印。采用封闭式粉料循环系统及新型rePLUG可拆式粉料模块，利于提高成形质量，避免换粉污染；采用统一的解决方案CELOS（CAD编程→机床控制），操作/编程简单方便。另一机型LASERTEC 30DUAL SLM的不同在于采用2×600W双激光系统，提高生产力达80%；采用高精度光学模块，扫描场100%重叠，调整光斑直径（50-300µm）；采用新的持续过滤系统，过滤器使用寿命>3000小时，钝化了金属粉尘，显著提高了安全性。
德国Precision Surfacing Solutions公司的millGrind BL10磨床，是一台增减材复合机床，以磨床为主，复合了激光熔覆和磨削、铣削加工，用于涡轮叶片的加工及磨损叶片的修复。该机床可以检测叶片的磨损区域，根据检测结果进行激光熔覆、铣削和磨削加工。
中国航空制造技术研究院早在上世纪90年代中期，就与清华大学等单位合作，开展了激光选区熔化（SLM）和电子束选区熔化（EBM）技术与设备的研究。它依托超大型真空电子焊装备的技术优势，首次推出了EBM机床和SLM机床，引起了广泛关注。这些机型最大的特点是超大的打印空间，EBM机床的最大成形件尺寸360mm×360mm×500mm，SLM机床的最大成形件尺寸≥810mm×450mm×730mm。EBM机床的真空环境可有效避免杂质元素混入，使零件保持良好的组成，适用于多种合金；采用可快速更换的成形仓和供粉仓，以及粉末管理系统，减少了辅助时间的消耗；成形温度高，可有效减小应力与变形，提高成形精度；扫描速度快（1000m/s），电子束流范围大（0-100mA），能量利用率高，成形效率高。SLM机床利用高亮度激光，扫描振镜的最高扫描速度达10m/s；采用高精密铺粉，层厚范围可调（20-50µm），可保证工件的成形精度；特别是可保持舱室的气氛不变，气氛的氧体积分数≤1‰，加工材料的种类包括钛合金、不锈钢、铝合金及碳钢等。
大族激光智能装备集团采用SLM技术，推出了HANS-M-1001机床（见图2），适用于齿科、骨科、科研、教学等，可提供齿科医疗专用开放参数，可获得医疗镂空结构；采用氮气/氩气保护，成形速度快，达120颗牙齿/5小时；采用下送粉供粉方式，可选配柔性或刚性刮刀系统；采用Profinet总线控制，可通过远程云平台及APP监控。
图2 HANS-M-1001型SLM 3D打印机床
湖南云箭集团采用SLM技术，推出了VM 280型3D打印机（见图3），适用于不锈钢、钛合金、铝合金、镍基合金等。它采用双向铺粉，提高铺粉效率，缩短打印时间；采用可变光斑，变化范围为65-150 µm，使得成形更加高效；采用上落粉结构，可持续加粉，实现大型零件不间断打印；采用三重过滤，降低烟尘，延长过滤系统寿命；采用全新风场，确保打印质量。
图3 VM 280型SLM3D打印机床
本届展会有多家3D打印产品的代理公司前来参展。例如，东莞宝力机械有限公司代理了德国EOS公司的选区激光烧结（SLS）机床、美国HP公司的多射流熔融（MJF）机床等。香港力丰机械有限公司除了同样代理美国HP的MJF机床外，还代理了美国3D Systems公司的多喷头塑料3D打印机ProJet MJP2500、彩色手板3D打印机ProJet CJP360等，美国Markforged公司的Metal X7金属3D打印机（采用其特有的原子扩散增材制造ADAM技术）、工业级尼龙/碳纤维3D打印机X3和X5等，波兰Sinterit公司的桌面级SLS3D打印机Lisa1等。深圳马路科技有限公司代理了美国3D Systems公司的DMP Factory及3DXpert金属3D打印机、ProJet MJP2500等。
2. 非金属增材制造机床
广州形优科技有限公司展出了多款非金属材料增材制造机床，包括美国Stratasys公司的FDM 3D打印机Fortus系列、POLYJET光固化3D打印机Objet系列等，美国Formlabs公司的光固化3D打印机Form 3/3L系列，美国Markerbot公司的methodX尼龙/碳纤维3D打印机等。这些设备可实现热塑性塑料、碳纤维增强尼龙材料的增材制造。
美国Stratasys公司的FDM 3D打印机Fortus 380mc（见图4），主要特点包括：操作环境洁净、安全，材料无毒，材料利用率高，可选材料多，可以在办公室、家庭环境下进行，没有产生毒气和化学污染的危险；可使用工程塑料构建坚固耐用的零部件，如Diran 410MF07尼龙系列工程级热塑塑料等；本系列产品的分层厚度为0.330/0.254/0.178/0.127mm（可选），精度为0.04-0.07 mm；采用优化的支撑结构和可溶性支撑材料，易于去除支撑。可用的高性能打印材料种类较多，包括基础材料（ABS-M30、ABS-M30i、BS-ESD7、ASA）、工程材料（PC、PC-ISO、PC-ABS、Nylon12、Antero 800NA)及高端材料（Ultem9085、Ultem1010、Nylon12CF、ST-130）。
该公司的Poly Jet3D打印机采用Poly Jet聚合物喷射光固化工艺，使用Poly Jet聚合物，可同时混合多种基础成型材料，支持全彩色打印；成型模型质量高，最薄层厚为14µm，确保获得表面质量高、细节表现好的部件和模型；精度高，精密喷射与材料性能可保证细节精细；环保清洁：适合办公室环境使用，树脂盒方便更换，支撑容易去除，喷头可单独更换；多用途：材料品种多样，可适用于不同几何形状/机械性能及颜色的部件，数字材料约15万种颜色，可同时提供为眼镜定制、医疗领域及个性化定制需求强烈的行业开发的专用材料。
美国Makerbot公司的尼龙/碳纤维3D打印机METHOD X，通过推出Method Carbon Fiber Editions进入了3D打印的新阶段，能够为制造工具、夹具和固定装置打印更坚固、更精确的尼龙/碳纤维零件，并且在某些应用中可用于制造金属替换零件；零件表面粗糙度有所提升，特别是与新的加热室退火功能相结合时，效果更佳；用户可借助可溶性或分离式支撑结构，打印出具有复杂几何形状的零件，表面粗糙度得到改善；采用不同配比的尼龙碳纤维复合材料，主要面向汽车、航空等行业，打印轻量化的金属零件替代品，其良好的热性能和机械性能也带来了较高的成本效益；相比竞品的改性ABS配方，MakerBot的材料硬度高26%、强度高12%，而且耐高温能力也提升了15℃；由于支持双挤出头，METHOD X ABS可以与Stratasys公司的可溶性支撑材料SR-30同时进行3D打印，获得更佳的支撑效果（见图5）。
图4 Fortus 380mc型FDM 3D打印机床
图5 MethodX型尼龙/碳纤维3D打印机床
湖南云箭集团采用SLS技术，推出了VS-DP系列3D打印机，成形材料包括覆膜砂、PP、PS等高分子材料。此机床主要特点有：一机多材，材料利用率>90%；专为精密定制化铸件的制造设计，达到高精度成形；成形尺寸大，专为小批量定制化铸件设计；多区温控，设备的温度场更加均匀；全自动真空定量送粉，智能化按需供粉。
投稿箱：
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相关信息
