金屬注射成形(MIM)本質(zhì)上是一種大批量制造工藝,它采用模具、金屬粉末和粘結(jié)劑實現(xiàn)成形,再結(jié)合脫脂和燒結(jié)實現(xiàn)金屬零件*終制造。由于模具價格昂貴,MIM技術(shù)在進行大批量生產(chǎn)時具有成本優(yōu)勢。
3D打印一直被認(rèn)為適合于小批量制造,它省去了傳統(tǒng)工藝的模具費用,可實現(xiàn)零件無模直接制造。當(dāng)零件制造數(shù)量處于某一個區(qū)間時,開發(fā)模具的費用會造成零件的單件成本較高,這時3D打印相比傳統(tǒng)工藝便具有成本和效率優(yōu)勢。因此,不能一直將3D打印理解為一種昂貴的制造工藝,在特定的使用場景下,它的優(yōu)勢是顯而易見的。
MIM的制造經(jīng)驗?zāi)艹浞职l(fā)揮,采納3D打印沒有鴻溝
Smith Metal Products是美國先進的金屬注射成形制造商,擁有13臺MIM成型機,服務(wù)客戶覆蓋國防、醫(yī)療、計算機、航空航天、汽車、電器和娛樂等多領(lǐng)域。但面對不同量級的零件需求數(shù)量,該公司在對3D打印技術(shù)觀察多年并持保守態(tài)度之后,終于做出了改變——將粘結(jié)劑噴射金屬3D打印技術(shù)納入生產(chǎn)體系,彌補大批量與中小批量生產(chǎn)之間的鴻溝。
對于金屬注射成形制造商來說,這兩種工藝無疑可以互為補充。它們有幾乎相同的脫脂燒結(jié)步驟,制造商可以將其成熟的防止變形開裂、控制精度和性能的經(jīng)驗移植到粘結(jié)劑噴射3D打印工藝流程中,用于注射成形的燒結(jié)爐也完全可以用于3D打印工件,從而避免了額外且昂貴的裝備投入;另一方面,兩種工藝所使用的原材料是一致的,3D打印工藝又再次受益于MIM大批量采購金屬粉末帶來的低材料定價。
3D打印能彌補傳統(tǒng)MIM技術(shù)的制造短板
Smith Metal Products指出,與生產(chǎn)用于金屬注射成形的昂貴測試模具或CNC加工昂貴的原型零件相比,3D打印更快、更通用。原型的交貨時間大大縮短,制造商可以在*終的MIM模具建立之前快速進行調(diào)整。3D打印零件使用戶對自己的設(shè)計和*終應(yīng)用所呈現(xiàn)的效果充滿信心。
雖然該公司目前僅采用該工藝來制造原型,用于為支持客戶在MIM模制零件之前的研發(fā)工作,但這種新功能對于縮短開發(fā)項目的上市時間非常顯著。除了不需要耗時且昂貴的模具制造來評估MIM零件外,新工藝還可以顯著縮短從研發(fā)到批量生產(chǎn)的交貨時間。而隨著對這項技術(shù)認(rèn)識更為深入,粘結(jié)劑噴射金屬3D打印將能夠在制造中小批量產(chǎn)品時相比MIM更具成本優(yōu)勢。
這種新原型功能的可用零件材料包括Smith Metals標(biāo)準(zhǔn)MIM產(chǎn)品中可用的所有材料,包括低合金鋼、不銹鋼、大多數(shù)黑色金屬和鈦。
將3D打印工藝無縫嵌入現(xiàn)有工藝流程
國內(nèi)*的金屬注射成形制造商精研科技指出,隨著互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的快速普及和提高、電子產(chǎn)品市場蓬勃發(fā)展以及MIM制造技術(shù)的逐步成熟,MIM產(chǎn)品得以在電子產(chǎn)品領(lǐng)域迅速推廣并廣泛應(yīng)用;人均醫(yī)療支出水平的提高,以及新型醫(yī)療器械的發(fā)展同樣帶動了MIM技術(shù)的推廣;此外,汽車、機械、五金等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域零部件也逐漸推廣使用MIM技術(shù)進行創(chuàng)新開發(fā)。目前,電子、汽車、機械五金、醫(yī)療器械等行業(yè)是全球MIM應(yīng)用份額*大的四個領(lǐng)域。
由于Smith MetalProducts公司同時擁有MIM和3D打印技術(shù),因此其潛在增長的一個重要市場是醫(yī)療設(shè)備。具體來說,該領(lǐng)域有通過3D打印進行新醫(yī)療器械研發(fā)所需的小批量(如數(shù)百個)零件生產(chǎn)的應(yīng)用場景,尤其是在獲得監(jiān)管批準(zhǔn)前需要大量測試。
Binder Jetting打印的零件,有的非常適合MIM成形,有的則無法制造,在創(chuàng)建MIM模具之前,3D打印非常適合進行設(shè)計更改
此外,在一些應(yīng)用市場,可能只能采用3D打印進行生產(chǎn),如零件過于復(fù)雜、生產(chǎn)量級小等,MIM技術(shù)在這種情況下可能不如粘結(jié)劑噴射3D打印工藝有優(yōu)勢。自從該公司宣布3D打印成為其服務(wù)的一部分以來,一直有客戶向其詢問此類業(yè)務(wù)。
通過3D打印滿足這些生產(chǎn)機會需要進一步的步驟。Smith MetalProducts負(fù)責(zé)人表示,“我們需要圍繞這一能力建立一個質(zhì)量體系,同時簡化和優(yōu)化現(xiàn)有工藝流程而不至于帶來擾亂,將其無縫嵌合入現(xiàn)在的工藝流程!辈捎谜辰Y(jié)劑噴射金屬3D打印進行中小批量生產(chǎn),意味著需要投入更多的設(shè)備。該公司表示,這項投資很可能會到來。
粘結(jié)劑噴射金屬3D打印工藝市場現(xiàn)狀
在國外方面,通過僅一兩年的市場整合,留下惠普、GE Additive、Desktop Metal以及Markforged四家較為知名的廠商。此前該技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者Exone、Meta Additive以及Digital Metal均已納入上述企業(yè)名下。
國內(nèi)方面,從事粘結(jié)劑噴射金屬3D打印工藝開發(fā)的企業(yè)仍然較少,從已公開的信息可以查詢到武漢易制、廣東峰華卓立、北京三帝科技、寧夏共享等公司正在研發(fā)該工藝并推出了相關(guān)設(shè)備;高校方面,3D打印技術(shù)參考查詢到了華南理工大學(xué)楊永強教授團隊、華中科技大學(xué)史玉升教授團隊、北京科技大學(xué)曲選輝教授團隊均有從事該工藝研究的論文和專利。
觀察該工藝的被關(guān)注形勢、專利申請情況以及展會服務(wù)商提供的信息,3D打印技術(shù)參考得出結(jié)論,國內(nèi)從事粘結(jié)劑噴射金屬3D打印研發(fā)的隱形團隊還有很多。當(dāng)前國內(nèi)的金屬注射成形制造商還沒有將該工藝考慮在內(nèi),但它的優(yōu)勢是顯而易見的。另一件值得注意的事情是,富士康也已于今年宣布開始研發(fā)基于粘結(jié)劑噴射的金屬3D打印機。相信隨著粘結(jié)劑噴射金屬3D打印工藝的成熟與穩(wěn)定,其在傳統(tǒng)生產(chǎn)線上的價值將越來越被重視。
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