面向汽车航空航天的模块化精密打印解决方案

APS Tech Solutions是Automatisierte Produktions Systeme GmbH奥地利Höchst分部。1987年成立，公司为汽车、航空和机械市场提供3D水射流切割和工装机器的工程、机械和机器人解决方案。

“三年前想要台非常通用3D打印机，但找不到满足要求的，”APS Tech Solutions业务发展Nicolai Wampl说。“所以自建系统Wizard 480+，去年发布。可打印连续纤维、标准热塑性丝材、金属或陶瓷。”

Wizard 480+打印体积400毫米长×230毫米宽×370毫米高，打印床可加热至200°C。连续纤维丝材打印喷嘴可加热至500°C。

真需要另一台工业复合材料桌面打印机？Wampl说：“目标非工业用桌面打印机，而更像实际工业机器。想要无限制通用打印机但设置不繁复。如改装低成本桌面打印机更通用，需大量诀窍和时间。另一端工业打印机能少数材料大批量打印，但想打新材料就难。我们想打市面所有材料且高质量。”例如下文冲压工具备件需0.02毫米精度。

“我们做的3D水射流切割和工装机器须精密制造才能正确运行，”Wampl解释。“将这知识注入Wizard 480+提升打印零件精度。另一差异是我们有像CNC机床那样换刀系统，允许单次打印用多种材料。如客户想单次打印用两种不同连续纤维，可能因打印头可换。可用PEEK[聚醚醚酮]和PEKK[聚醚酮酮]等高性能塑料、聚酰胺[PA]和市售FDM[熔丝制造]丝材。非每零件需连续纤维。也有简单陶瓷和金属绿件打印头，如钢或钛。注陶瓷金属件需二步烧结不含塑料因高温后处理。”

开放系统

“多数公司金属非金属分两台机器，”Wampl注。“但新开发不想每试新材料买新打印机。不想封闭受限系统，想要模块化灵活系统，可增强改变打印零件。”例如客户想用连续纤维和热塑性聚氨酯（TPU）打印。“这难因粘度骤降难维持打印一致性。但我们想容纳此材料的打印机。”

Wizard 480+设计可打印任意连续丝材，含玻纤或铜线。“标准连续纤维丝材1K碳纤维/PA但也用过PEEK和PLA[聚乳酸]且可达3K碳纤维，”Wampl说。APS Tech Solutions想供应连续丝材到市场，但打印机不限于这些。

Wizard 480+软件也开放。“一直需特殊工程，”Wampl说，“所以想要最大控制权。多数打印机软件稍受限。但我们软件能精确放置纤维想要位置，不受算法限制。虽可用算法生成纤维位置，但想让工程师控制纤维放置因他们知零件如何用受力何处。”

虽说系统相对易用，Wampl说。“如打印两种材料在CAD建两零件。再选哪零件用哪材料用Simplify3D[美国俄亥俄州辛辛那提]，许多工业3D打印机用的切片软件。我们有后处理器创建G代码打印。Simplify3D能设置所有打印参数如填充层高密度。后处理只拖放文件，因我们有不常见功能——换刀和连续纤维丝材——会调整适配我方机器。”

“真唯一限制，”Wampl说，“是打印丝材长度。最小20毫米。若工程师设特定打印长度短于20毫米，则遇麻烦，后处理会提示不可能。”

预期品质，交付品质

首台Wizard 480+客户为高性能冲压工具制造商Stepper Fritz GmbH & Co. KG（德国普福尔茨海姆）。“他们需工具备件问能否打印，”Wampl说。“因复杂几何和材料组合含连续碳纤维、热塑性基体和水溶性支撑，难找3D打印机完成。”此零件前版本用CNC铣铝制造。“我们未改形状打印零件且集成螺纹插入件，”Wampl注。“用现成切碎碳纤维填充PA丝材作外壳，用我方连续碳纤维/PA丝材作内部。”

Stepper评估零件确定达精度要求，订购首台机器，Wampl说。“自2020年7月运行无问题，告知仍产此精度零件。”

打印纤维增强复合材料高质量也显示在开头微观图顶部。含APS Tech Solutions 1K连续碳纤维增强PEEK丝材五层，零件打印后即切割微观拍摄，无进一步固化后处理。材料也在FH Vorarlberg（德国福拉尔贝格应用科学大学）测试、拜罗伊特大学（德国拜罗伊特）微观拍摄。结果显示拉伸强度1,060兆帕、弯曲强度750兆帕。“但这是非常初步测试，现准备更标准化测试，技术人员信心能达更高性能，”Wampl说。

“目前销售主要给大学和像Stepper对市面不满意的公司，”Wampl说。“有优秀技术连续纤维3D打印机，但多限于材料或软件。目标服务需最高质量零件且灵活客户，如机械专业工程公司、材料科学开发等。”

公司继续自研新开发，如适配系统用六轴机械臂和太空应用材料。“相信3D打印复合材料应用远比见过更广，但我们在拓展视野、为工业零件启用新可能性。”