工作原理
激光 3D 打印設(shè)備基于激光聚合技術(shù)或激光燒結(jié)技術(shù),通過激光器產(chǎn)生高強度激光束,掃描儀根據(jù)三維模型數(shù)據(jù)控制激光束路徑,照射光敏材料或粉末材料,引發(fā)材料分子聚合反應(yīng)或燒結(jié),工作臺支撐固定物體,控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)各部分工作,層層固化或燒結(jié)材料,終形成三維實體。
當前,激光 3D 打印設(shè)備在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢,中美兩國在這一領(lǐng)域的競爭與發(fā)展備受矚目 。?
美國在激光 3D 打印技術(shù)方面一直處于世界地位,尤其在技術(shù)領(lǐng)域,如復(fù)雜金屬零部件的打印、生物 3D 打印以及人工智能輔助設(shè)計等方面,優(yōu)勢明顯 。美國的科研機構(gòu)和企業(yè)每年都會投入大量的資金用于研發(fā),不斷推動技術(shù)的創(chuàng)新和突破 。例如,美國的通用電氣(GE)公司在航空發(fā)動機零部件的 3D 打印制造方面取得了顯著成果,其采用 3D 打印技術(shù)制造的 Leap 發(fā)動機噴油嘴,已經(jīng)實現(xiàn)了批量化生產(chǎn) 。這些噴油嘴不僅性能,而且通過 3D 打印技術(shù)實現(xiàn)了復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計,提高了燃油噴射的效率和均勻性,從而提升了發(fā)動機的整體性能 。?
中國在激光 3D 打印領(lǐng)域也取得了長足的進步,雖然在部分技術(shù)上與美國仍有一定差距,但在應(yīng)用層面的普及和產(chǎn)業(yè)化方面表現(xiàn)出色 。中國擁有龐大的制造業(yè)基礎(chǔ)和市場需求,這為激光 3D 打印技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間 。在教育領(lǐng)域,許多學(xué)校引入 3D 打印設(shè)備,開展創(chuàng)新教育課程,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力 。在消費市場,3D 打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于個性化定制產(chǎn)品的生產(chǎn),如定制化的珠寶、家居裝飾品等,滿足了消費者對于個性化和特性的追求 。在中小企業(yè)的定制化生產(chǎn)方面,3D 打印技術(shù)可以幫助企業(yè)快速制造出小批量、個性化的零部件,降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率 。?
在應(yīng)用領(lǐng)域,中美兩國在航空航天、醫(yī)療等關(guān)鍵領(lǐng)域的競爭尤為激烈 。在航空航天領(lǐng)域,美國通過技術(shù)封鎖和出口管制等手段,試圖保持其在關(guān)鍵技術(shù)上的控制地位 。然而,中國憑借著自身的努力和創(chuàng)新,在自主研發(fā)方面取得了重要成果 。中國已經(jīng)實現(xiàn)了激光立體成型的飛機構(gòu)件在飛機上的應(yīng)用,并且在不斷推進 3D 打印技術(shù)在民用航空領(lǐng)域的應(yīng)用 。在醫(yī)療領(lǐng)域,美國在復(fù)雜器官打印等技術(shù)上有所突破,而中國則在醫(yī)療器械和植入物等應(yīng)用領(lǐng)域的商業(yè)化進程中加速發(fā)展,通過 3D 打印技術(shù)制造的個性化醫(yī)療器械和植入物,已經(jīng)在臨床上得到了廣泛應(yīng)用 。
激光 3D 打印設(shè)備,以其特的工作原理、豐富的設(shè)備類型和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,為我們展現(xiàn)了一個充滿無限可能的未來制造藍圖 。它不僅在航空航天、醫(yī)療、汽車等關(guān)鍵領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用,推動著這些行業(yè)的技術(shù)和發(fā)展,還在模具制造、教育研發(fā)、文創(chuàng)等眾多領(lǐng)域激發(fā)著創(chuàng)新的火花,為人們的生活帶來了更多的便利和驚喜 。?
盡管目前激光 3D 打印設(shè)備還面臨著成本高昂、打印速度慢、技術(shù)復(fù)雜性和材料限制等諸多挑戰(zhàn),但隨著科技的不斷進步和創(chuàng)新,這些問題都有望逐步得到解決 。我們有理由相信,在未來,激光 3D 打印設(shè)備將朝著多材料打印、與人工智能融合以及自動化生產(chǎn)的方向不斷發(fā)展,實現(xiàn)更多的技術(shù)突破,拓展更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域 。?
讓我們共同關(guān)注激光 3D 打印設(shè)備的發(fā)展,期待它在未來能夠創(chuàng)造更多的奇跡,為我們的世界帶來更多的改變 。?
航空航天:輕量化與的追求?
在航空航天領(lǐng)域,對零部件的性能要求可謂是嚴苛。激光 3D 打印設(shè)備就像是一位技藝的 “太空工匠”,為這個領(lǐng)域帶來了革命性的變化 。?
以制造航空發(fā)動機的渦輪葉片為例,這是一個挑戰(zhàn)性的任務(wù)。傳統(tǒng)制造工藝在面對復(fù)雜的內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)時,往往力不從心。而激光 3D 打印設(shè)備卻能輕松應(yīng)對,它可以地控制金屬粉末的燒結(jié)過程,制造出具有復(fù)雜內(nèi)部冷卻通道的渦輪葉片 。這些冷卻通道的設(shè)計,能夠有效地提高葉片的耐高溫性能,使發(fā)動機在更高的溫度下穩(wěn)定運行,從而大幅提升發(fā)動機的效率和推力 。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,采用 3D 打印渦輪葉片的發(fā)動機,燃油效率可提高 15% - 20%,推力提升 10% - 15% 。?
在航天器的制造中,激光 3D 打印設(shè)備也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。例如,制造衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)件時,通過拓撲優(yōu)化設(shè)計和 3D 打印技術(shù),可以在結(jié)構(gòu)強度的前提下,大限度地減輕部件的重量 。這對于提高衛(wèi)星的發(fā)射效率、降低發(fā)射成本以及延長衛(wèi)星的使用壽命都具有重要意義 。美國國家航空航天局(NASA)就曾使用 3D 打印技術(shù)制造了火箭發(fā)動機的部件,這些部件不僅重量減輕了 40% - 50%,而且生產(chǎn)周期縮短了 60% - 70% 。
設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)
大成型尺寸 250mm(W)×250mm(D)×300mm(H)
成型精度 ±0.1mm
分層厚度 30-80μm
可成型材料 不銹鋼、高溫合金、鈦合金、鋁合金、銅合金
大激光功率 500W
激光波長 1064nm
鋪粉機構(gòu) 懸臂式單向鋪粉機構(gòu)
大掃描速度 7m/s
氣氛保護 Ar 氣戒 N2 氣氛
過濾等級 H13
設(shè)備尺寸 1172mm(W)×1664mm(D)×2270mm(H)
設(shè)備功率 10KW
工作環(huán)境 15℃-30℃
設(shè)備重量 約2T
設(shè)備分類
金屬激光 3D 打印機:采用粉末燒結(jié)成型技術(shù),利用紅外激光器對模具鋼、鈦合金等金屬粉末材料直接燒結(jié)成型,用于制造航空航天、汽車等領(lǐng)域的復(fù)雜金屬零部件。
塑料尼龍激光 3D 打印機:利用紅外激光器對尼龍、尼龍玻釬等粉末材料進行粉末燒結(jié)成型,可生產(chǎn)小批量配件、功能性測試零件等。
水晶類激光 3D 打印機:可在水晶、玻璃等人造透明介質(zhì)里,通過激光打點技術(shù)打印出高精細三維模型。
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