金属3d打印简析资料.docx
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金属3d打印简析资料
一、3d打印技术
(一)3D打印公司
排名
厂商
所属国家
成立时间
排名
厂商
所属国家
成立时间
1
Stratasys
美国
1988
11
Formlabs
美国
2012
2
RepRap
英国
2005
12
EOS
德国
1989
3
Ultimaker
荷兰
1990
13
Leapfrog
荷兰
2011
4
MakerBot
美国
2009
14
Envision-TEC
德国
2002
5
3D-Systems
美国
1986
15
华曙高科
中国
2009
6
Printrbot
美国
2011
16
WASP
意大利
2012
7
Organovo
美国
2013
17
Voxeljet
德国
1999
8
Solidcodle
美国
2013
18
FSL
美国
2010
9
ExOne
美国
2003
19
BeeVery-Craeative
葡萄牙
2010
10
太尔时代
中国
2003
20
极光尔沃
中国
2012
全球3D打印领域主要厂商
1、3DSystems(NYSE:
DDD)
3DSystems公司成立于1986年,以立体光刻造型技术(SLA)起家。
在此后的二十几年中公司依靠基础专利的优势,通过并购等商业运作形成了覆盖打印材料、打印设备和打印服务领域的全产业模式。
在外延并购方面,3DSystems动作频频。
在过去的几年中,3DSystems公司已经收购了超过45家公司,其总金额达到5.2亿美元。
2014年,公司通过收购Cimatron、Simbionix、LayerWise、LaserReproductins等公司开始进军仿真、航空航天以及医疗等领域。
2015年3DSystems收购了无锡易维,加紧了其在中国3D打印市场的布局。
公司名称
主要领域
Cimatron
3D-CAD/CAM软件产品
Simbionix
仿真手术设备
APP和APM
航空航天领域
Medical-Modeling
医疗设备
LayerWise
金属3D打印业务
Laser-Reproductions
3D打印服务业务
被3DSystems收购的公司
2、Stratasys(NASDAQ:
SSYS)
Stratasys公司成立于1989年,依靠其创始人ScottCrump取得的熔融沉积成型(FDM)技术专利起家。
经过多年的发展,Stratasys现在已经成为了全球最大的工业级打印机制造商。
并且公司通过与以色列Objet强强联合,成为了全球打印材料领域的领头羊。
公司的3D打印设备包括理念系列、设计系列和生产系列三个级别,同时公司还制造专门用于牙科的3D打印机。
在打印材料领域,现在公司能够生产超过130种的打印材料,其中包括100种的光聚物和10多种的热塑性塑料打印材料。
(二)3D打印技术
分类
主要设备制造商
主要使用材料
分层实体制造(LOM)
美国Helisysinc、日本Kira、瑞典Sparx、新加坡Kinergy
纸、金属膜、塑料薄膜
光固化立体成形(SLA)
美国3DSYSTEMS、日本CMET、以色列Cubital、上海联泰、华中科技大学等
光硬化树脂
熔融沉积成形(FDM)
美国Stratasys公司、清华大学等
热塑性塑料、可使用材料
三维打印(3DP)
美国AreoMet公司、LasAlamos国家实验室
金属粉末、陶瓷粉末
激光熔覆快速制造(LENS)
美国ZCorporation公司、美国ExOne公司
几乎任何合金
3D打印主要技术及主要使用厂商
1、槽光固化技术
槽光固化技术是3D打印中最常用的技术,包括立体光固化成型技术,数字光处理技术以及薄模光聚合技术。
3Dsystems公司于上世纪80年代发明的立体光固化成型技术(SLA)是当前应用最为广泛的3D打印技术。
立体光固化成型技术通过离子激光器发出紫外激光束对液槽中的光敏树脂表面进行逐点扫描,使之发生光聚合反应而固化,形成零件的一个薄层。
在一层完成后再进行下一层的逐点扫描,新光固化的一层黏结在上一层上。
然后再重复扫描直至整个打印完成。
槽光固化技术具有快速成型的优点,同时使用这种技术打印的物品具有最好的表面性能。
但是使用该技术在成型过程中可能需要支撑材料,并且材料和设备价格都很昂贵。
3Dsystems公司生产的使用立体光固化成型技术的3D打印机售价从2万到80万美元不等。
2、材料挤出技术
材料挤出技术也是目前在3D打印机中应用比较广泛的技术之一。
在1991年,Stratasys公司率先将材料挤出技术应用在其熔融沉积快速成型系统(FDM)中,并在之后的二十多年中一直保持了此项技术的业界领先水平。
材料挤出技术的工作原理是通过喷嘴将已经加热的打印材料喷出,当完成第一层后再熔融第二层,并使之黏结在第一层之上,然后再逐层打印成型。
材料挤出技术是成本最低的3D打印技术之一,并且它可以采用标准化的耐热聚合物作为打印材料。
材料挤出技术的缺点在于打印的产品性能较差并且形状有限、材料浪费严重以及打印速度较慢。
运用材料挤出技术的个人打印机售价一般在500到4000美元之间,现在市面上已经出现多款价格在400美元以下的FDM系统,其中价格最低的QB-3DOneUp系统仅售200美元。
而工业打印机的售价要高得多,一般在10万美元左右。
3、粉末床熔融技术
粉末床熔融技术又叫选择性激光烧结技术。
德州大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年发明了这项技术,并将此技术商业化成立了DTM公司(2001年已被3DSystems收购)。
粉末床熔融技术是利用激光或是电子束的能量对薄粉材料进行扫描,
使薄粉熔化,从而实现材料的烧结粘合。
该技术无需使用支撑材料,可以打印复杂的结构构型,同时其选择打印材料的范围也较为广泛。
但是使用粉末熔融技术的3D打印机具有设备价格昂贵,操作费用高,产品表面粗糙等缺点。
3DSystems出售的粉末床熔融系统价格一般在35万到85万美元之间,而金属粉末床熔融系统的售价可以达到百万美元以上。
4、材料喷射技术
材料喷射技术最早是由以色列的objet公司发明(2012年已被statasys公司收购)。
此项技术的原理和2D的喷墨打印机很相似。
打印材料以液滴的形式通过喷头沉淀下来形成薄层。
采用材料喷射技术的3D打印机可以同时拥有多个喷头来加快打印的速度或是改变打印产品的颜色。
用此项技术打印出来的物品表面性能良好。
但是这种类型的3D打印价格不菲。
3DSystems公司出售的单个喷头的3D打印机售价在2万到18万美元之间。
而具有多个喷头的打印机价格可以高达60万美元。
5、粘合剂喷射技术
粘合剂喷射技术又被称为三维印刷技术,最早是由麻省理工学院开发出来并申请了专利。
ZCorp公司随后获得了麻省理工学院的独家授权,并开始研发基于此项技术的3D打印机。
现在3DSystems通过收购ZCorp获得了此项技术的专利授权。
粘合剂喷射技术是通过使用液态粘合剂将铺有粉末的各层固化,逐层创建各部件。
这项技术具有打印速度快,不需要支撑材料以及可以使用不同的材料等优点。
但是和材料喷射系统一样,使用粘合剂喷射技术的3D打印机售价也非常昂贵。
在市场上,此类打印机的价格差异非常大,既可以找到16万美元的入门级打印机,也有售价超过百万美元的高端打印机。
6、叠成技术
叠成技术也被称为层片叠加制造术(LOM),最早由爱尔兰的McorTechnology公司发明。
叠成技术制造三维物体的过程和制造胶合板的过程很相似。
先把层状的材料粘合在一起,然后再将其切割为最终的产品。
这种技术最常用的材料是标准化的纸,其材料价格相当低廉。
叠成技术可以用来制造大件物品,但是整个过程材料的浪费相当严重,而且产品的尺寸精度也不高。
McorTechnology出售的此类打印机的价格在5万美元左右。
7、直接能量固化技术
目前市场上出售直接能量固化体系的厂家并不多,最大的生产商是美国的Optomec公司。
直接能量固化打印机一般是用金属或合金作为材料。
这种技术的工作原理是使用激光将金属材料熔化,并将其固化到其他材料之上。
在这个过程中,可以使用多轴的移动系统来定位固化头。
这种技术使得最终的产品不再限于逐层制造,比较灵活,而且可以用来修复现有产品。
但是使用这种技术的打印机价格一般都比较昂贵。
目前市场上直接能量固化体系的价格一般都在35万美元以上,有些机型的价格甚至可以高达百万美元以上。
(三)主要的3D打印材料
1、工程塑料
工程塑料是目前应用最为广泛的3D打印材料之一,包括热塑性材料和热固性材料两类。
这两类材料的最主要区别在于热塑性材料在高温下可以反复的熔融而热固性材料一旦定型后则不可以再次熔融。
热塑性材料主要包括ABS工程塑料和聚碳酸酯(PC),而热固性材料的代表则是尼龙(PA)。
美国的Stratasys公司在工程塑料的研究上处于行业领先地位。
ABS塑料是当前最热门的FDM热塑性塑料之一,通常情况下呈丝状。
ABS塑料可以进行多种颜色的选择,甚至可以自定义颜色。
比如Stratasys公司的ABSplus材料在FDM技术的辅助下就能提供象牙色、白色、黑色等九种颜色的选择。
这种材料的优点在于打印出的部件机械强度好且有很高的稳定性。
同时ABS塑料还可以和可溶性支撑材料一起使用,能够比较容易地制造出复杂的产品形状。
这些优点使得ABS塑料成为桌面机用户理想的打印耗材。
但是通常打印机厂商会将ABS材料和FDM打印机捆绑销售,所以用户只能从打印机设备原厂购买对应的打印材料。
PC材料是一种白色工程塑料,能够和FDM技术相结合制造出耐用的模型、工具或最终的产品零件。
与ABS塑料相比,PC材料具有更好的强度、耐高温性、抗冲击性等优点。
PC材料优异的物理性能使得它能够被广泛地应用在电子消费品、汽车、航空航天和医疗器械等领域。
尼龙粉末材料在所有的FDM打印材料中,具有最佳的Z轴层压,最高的冲击强度和出色的化学抗性。
但是其缺点就在于使用这种材料打印出来的产品表面比较粗糙,一般还需要后续加工。
尼龙材料能够应用在航空、汽车和消费品等多个领域。
比如在航空领域可以用尼龙材料来打印定制的工具,在汽车领域可以用来打印汽车电池盒,而在消费品领域则可以用于制造能够重复使用的卡扣。
用于3D打印的尼龙材料售价一般为85-100美元/千克。
除了ABS,PC和尼龙材料以外,工程塑料还包括工程塑料合金PC-ABS、PC-ISO等材料。
PC-ABS具备了ABS的韧性和PC材料的高强度,使之能够制造出满足工程师和设计师的要求的电动工具和工业设备。
而PC-ISO则是一种具有高强度和耐热性的生物相溶性材料,被广泛地应用于药品及医疗器械行业。
2、光敏树脂
光敏树脂是用于光固化成型(SLA)或数字光处理(DLP)系统的重要材料。
它能够在紫外光的照射下发生聚合反应而固化,一般呈现液体状态。
这种3D材料具有高强度、耐高温和防水的优点。
但是通常光敏树脂都具有一定的毒性,需要进行密封保存。
光敏树脂主要是由齐聚物、反应稀释剂和光引发剂组成。
齐聚物是含有不饱和键的低分子聚合物,具有许多种类。
最常见的种类是各类丙烯酸树脂,比如聚氨酯丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂、聚丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂和碱性光成像树脂等。
齐聚物是光敏树脂的基础物质,可以决定光敏树脂的黏度、硬度、断裂延伸率等物理性能。
所以对于齐聚物的选择非常重要,其选择标准是无毒、气味小和难挥发。
反应稀释剂是含有双键的小分子溶剂,主要有单官能团丙烯酸酯、双官能团丙烯酸酯、多关能团丙烯酸酯、乙烯基醚、乙烯基类单体等种类。
在光固化反应时,反应稀释剂能够将齐聚物分子粘合在一起
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