3D打印技術(shù)和MIM技術(shù)分析對比

金屬粉末冶金注射成形（l injection Molding ,簡稱“MIM”）是傳統(tǒng)粉末冶金工藝與現(xiàn)代塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合而形成的一門新型近凈型成形技術(shù)。MIM技術(shù)在制備幾何形狀復(fù)雜、組織結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)異的近凈形零部件方面具有獨特的優(yōu)勢。MIM技術(shù)在加工體積很小、形狀復(fù)雜而對材料要求很高的各中異型部件方面有優(yōu)勢，也適合于制作高精度微創(chuàng)醫(yī)用器械關(guān)鍵部件。也可以制作不同材料的精密結(jié)構(gòu)件，如陶瓷、鋁合金、不銹鋼、鈦及鎳鈦合金等。該工藝技術(shù)不僅具有常規(guī)粉末冶金工藝工序少、無切削或少切削、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點，而且克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品密度低、材質(zhì)不均勻、機(jī)械性能低、不易成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺點，特別適合于大批量生產(chǎn)小型、復(fù)雜以及具有特殊要求的金屬零件。

3D打印適合運(yùn)用于航天，等個性化定制小批量制造需求，但如果把3D打印技術(shù)和金屬粉末注射成型工藝結(jié)合起來，會有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

荷蘭公司用金屬3D打印制造超級摩托車電機(jī)冷卻

荷蘭超級摩托車制造商Electric Superbike Twente與金屬3D打印公司K3D合作，為其電動自行車的電機(jī)生產(chǎn)新的冷卻外殼。這是Electric Superbike Twente使用的一款3D打印金屬組件，在此前的產(chǎn)品開發(fā)中，他們意識到使用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的電機(jī)冷卻外殼并不適合高性能摩托車，因此雙方在設(shè)計第二輛電動摩托車后不久就開始合作。技術(shù)難點及改善關(guān)鍵點：陽極氧化的良率水平關(guān)系到最終產(chǎn)品的成本，提升氧化良率的重點在于適合的氧化劑用量、適合的溫度及電流密度，這需要結(jié)構(gòu)件廠商在生產(chǎn)過程中不斷探索，尋求突破。

傳統(tǒng)制造的局限性

超級摩托車團(tuán)隊的技術(shù)經(jīng)理Feitse Krekt 評論說：“首輛超級摩托車的冷卻外殼由多個部件組成，這些部件使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，如車削和銑削，很難生產(chǎn)。對于這些生產(chǎn)方法，需要大量的材料，因此最終產(chǎn)品變得非常沉重。而且另外一個問題是，由于車削過程，壁厚需要高于常規(guī)，我們無法盡可能高效地冷卻電動機(jī)。所以，電機(jī)的功率低于預(yù)期，有時需要放慢速度以使電動機(jī)不會過熱。為了達(dá)到表面光潔度（有的產(chǎn)品甚至要求達(dá)到鏡面效果，如蘋果的Logo產(chǎn)品）和去毛刺的要求，往往都會增加研磨、拋光、噴砂等表面處理工藝。”

因此，超級摩托車決定聯(lián)系K3D，K3D是荷蘭一家從Additive Industries購買了metalFab1 金屬3D打印機(jī)的公司，自2016年以來已生產(chǎn)超過35,000種產(chǎn)品。

△用于生產(chǎn)冷卻外殼的metalFab1 3D金屬打印機(jī)

K3D的首席技術(shù)官Jaap Bulsink解釋說，使用K3D生產(chǎn)的部件使他們能夠享受傳統(tǒng)制造技術(shù)無法提供的設(shè)計自由，“由于采用薄壁設(shè)計，內(nèi)部通道具有zui佳的冷卻性能，只有金屬3D打印才能實現(xiàn)極佳設(shè)計自由度。重要的是，該部件的設(shè)計重量最輕。該部件打印非常準(zhǔn)確，無需任何后處理即可直接使用。因此，國際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場革命，被譽(yù)為“當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)”和“21世紀(jì)的成形技術(shù)”?！?

這不是3D打印初次用于制造電動摩托車?？偛课挥诘聡腂igRep已經(jīng)制造出功能齊全的3D打印電動摩托車，但該自行車僅用于設(shè)計目的，目前還不是一種可行的商業(yè)產(chǎn)品。另外，寶馬今年早些時候推出了3D打印概念車架，用于BMW S1000RR運(yùn)動自行車。濃型放熱氣氛的碳勢較高一些，可用作防止粉末冶金鐵基、銅基零件的的氧化和減少鐵基零件的脫碳。

電動超級摩托車目前正在組裝，之后將于2019年5月24日在荷蘭恩斯赫德進(jìn)行測試并最終曝光。

注射毛坯的加工裝配技術(shù)

脫脂前的注射坯雖然強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于燒結(jié)后的金屬零件的強(qiáng)度，但仍具有一定的強(qiáng)度可以進(jìn)行加工修整。

加減材料的加工工藝均可實施，用來改變毛坯的尺寸和形狀。可以對脫脂前的注射坯進(jìn)行澆口切除、分型線處理、鉆孔、倒角等去除材料的加工。

由于毛坯較軟，對刀具的磨損大大降低。毛坯強(qiáng)度較弱，容易損壞，需要較高的切削速度和低的進(jìn)給量來滿足最終的尺寸加工精度。

傳統(tǒng)的裝配工藝是將燒結(jié)后的零件連接起來，將脫脂前的注射毛坯零件組合成一體也是可行的。該組裝工藝目前有三種方法：一是將zui初的成型坯作為嵌件進(jìn)行第二次注射成型；二是多組分材料進(jìn)行復(fù)合成型；三是在脫脂前將單個的注射坯組裝成一體。

如果各個毛坯零件是由完全相同的注射材料注射成型，匹配的脫脂燒結(jié)收縮性能可以保證其很好地結(jié)合；若各個毛坯是由不同的注射料注射成型，必須采取措施防止開裂變形。

采用此項技術(shù)可以簡化模具結(jié)構(gòu)，降低模具成本；成型形狀更加復(fù)雜、傳統(tǒng)工藝難以加工的零件；成型具有不同性能、功能要求的復(fù)合材料零件或節(jié)省貴重原材料。