近日，Desktop metal宣布Ti64鈦合金已適用於(yu) 其桌麵金屬3D打印係統，可為(wei) 客戶提供最簡單的方法來打印小批量高性能金屬零件以進行預生產(chan) 和最終用途應用。隨著Ti64在下個(ge) 月開始發貨，Desktop metal將成為(wei) 第一家將鈦合金商業(ye) 化用於(yu) 擠出式金屬3D打印的公司。

鈦合金桌麵金屬3D打印的難點

采用基於(yu) 擠出的桌麵金屬3D打印工藝處理鈦合金一直存在挑戰，這種材料的粉末形式具有極強的反應性且難以燒結。3D打印技術參考通過升華三維了解到，鈦合金的打印和燒結過程對氧含量很敏感，如果過程控製不好，便難以實現零件致密化以及好的延伸率；設備穩定性、溫度均勻性都是考量指標。

Desktop metal指出，由其第二代桌麵金屬3D打印係統Studio System2生產(chan) 的Ti64具有卓越的機械性能，拉伸強度、屈服強度以及斷後伸長率分別達到730Mpa、845MPa和17%。這些數據超過了ASTM F2885-17為(wei) 金屬注射成型外科植入物應用設定的標準。

桌麵金屬3D打印的Ti64拉伸曲線

桌麵金屬3D打印的Ti64微觀組織

桌麵金屬3D打印的Ti64性能與(yu) MIM工藝和行業(ye) 標準對比

使用桌麵金屬3D打印係統來打印Ti64鈦合金來開發應用，具有比使用傳(chuan) 統粉末床熔融（SLM/EBM）3D打印設備更低的使用成本和運營成本。Desktop metal自推出桌麵金屬3D打印機以來，已被福特、寶馬、伊頓、穀歌、3M、史丹利、洛克希德馬丁以及世界領先的教育機構，如麻省理工學院(MIT)、米蘭(lan) 理工大學等30多個(ge) 國家的數百家客戶采用。

鈦合金桌麵金屬3D打印的應用案例

機器支架

該支架使用晶格填充和鈦合金打印代替17-4PH不鏽鋼，能夠減輕重量並減少材料的使用量，同時可以保持所需的功能強度和剛度。由於(yu) 結構的複雜性，傳(chuan) 統製造工藝不可能完成生產(chan) ，使用Ti64在Studio System2上3D打印這種新設計將零件重量減輕了59%。

桌麵金屬3D打印的Ti64機器支架

望遠鏡對焦環

小型望遠鏡聚焦環將鏡頭固定在移動望遠鏡上，該望遠鏡具有多個(ge) 用於(yu) 定位和聚焦鏡頭的電機。采用Ti64 3D打印的對焦環可確保所有組件具有極輕的重量，從(cong) 而可以使用更小的電機，減少組件的磨損和組裝的總成本。通常，該部件需要小批量生產(chan) ，因此需要購買(mai) 昂貴的工具或定製夾具。Studio System 2則在不到24小時內(nei) 打印了多達六個(ge) 對焦環，並可以在幾天內(nei) 完成後續處理實現安裝。

無人機聯軸器

無人機麵臨(lin) 的主要挑戰之一是電池壽命，這主要取決(jue) 於(yu) 無人機的重量。用鈦合金製造的聯軸器可以顯著減輕重量，同時保持無人機框架所需的結構剛度。Studio System 2支持每周實現15到25個(ge) 零件的小批量生產(chan) ，然後再將其投入批量生產(chan) ，所有這些過程都不需要任何工具或機加工。

桌麵金屬3D打印的Ti64零件

噴油嘴

燃料噴射器噴嘴對於(yu) 航空航天工業(ye) 的安全和可靠運行至關(guan) 重要，它們(men) 負責將燃料驅動到燃燒器中進行推進。該部件包含內(nei) 部通道，可提高燃燒器的性能，但無法使用傳(chuan) 統工藝製造。鈦合金是該應用的重要材料，因為(wei) 噴嘴需要能夠承受極端溫度和壓力，同時保持輕量化。使用Studio System 2，工程師可以在短短幾天內(nei) 測試噴嘴的多種設計變化，並在不到24小時內(nei) 打印多達四個(ge) 版本的噴嘴。

第二代桌麵金屬3D打印係統及其材料

第二代 Studio System 2 保留了上一代打印機的所有關(guan) 鍵功能，同時采用了全新材料配方，其中的關(guan) 鍵在於(yu) ，以前的材料中包含了蠟、樹脂以及金屬粉末，采用的是脫脂方法是溶劑脫脂。溶劑脫脂在所屬的行業(ye) 中實際上是上一代工藝，脫脂時間長，不僅(jin) 拉長了整個(ge) 產(chan) 品生產(chan) 周期，還製約著可生產(chan) 產(chan) 品的壁厚或者尺寸，使得基於(yu) 該工藝的技術隻適合成形尺寸小、壁薄且厚度均勻的零部件。而脫脂工藝的不同，依賴於(yu) 3D打印線材中的粘結劑成分。

Desktop metal指出，其優(you) 化後的材料配方無需使用溶劑處理，打印完成可直接送入燒結爐進行處理，實現了脫脂燒結一步完成。因此，這套係統隻包含打印機以及燒結爐。Desktop metal對該產(chan) 品鼓吹的重點一直都是適合辦公室使用的增材製造係統，此類工藝確實避免了對粉末和激光的暴露風險。新設備還升級了文件處理功能，以實現零件在燒結過程中更均勻的收縮，並提高成功率；同時有助於(yu) 提高零件側(ce) 麵以及支撐麵的表麵質量。

Desktop metal Studio System係統開發的應用

棒材在打印頭內(nei) 傳(chuan) 輸示意圖

采用桌麵金屬3D打印機製造的零件，經脫脂燒結後具有與(yu) 鑄件相似的機械性能，並達到或超過了相關(guan) 行業(ye) 標準。Desktop metal的Studio System係統除可打印Ti64鈦合金之外，還支持打印316L及17-4PH不鏽鋼、4140低合金鋼、H13工具鋼以及銅合金。

END

Ti64鈦合金基於(yu) 桌麵金屬3D打印仍充滿挑戰。業(ye) 內(nei) 知名的早期設備製造商Markforged、後旗之秀Raise3D等至今未推出該材料，BASF也僅(jin) 有316L不鏽鋼線材；而據3D打印技術參考了解，針對於(yu) 鈦合金桌麵金屬3D打印，國內(nei) 升華三維已經取得了一定進展。