金属3D打印:国内3D核心技术发展的突破方向

2020-10-08 17:28:29 anet 5

  增材制造,3D打印的核心是材料,受材料的局限性,目前能够打印的材料并不多。而3D打印的应用是突破性的,它可以应用在医疗、工业生产、航空航天、珠宝、广告、手办、建筑等等各行各业,产生相应的价值。很多领域3D打印的模型可以直接应用。如金属打印航空飞机零部件、3D打印房子等等。关键是要看,这个耗材的发展往新型方向突破来达成这些设想的实现。

  就金属耗材而言,激光快速成型需要用高功率的激光照射试件表面,融化金属粉末,形成液态的熔池,然后移动激光束,熔化前方的粉末而让后方的金属液冷却凝固。周边需要有送粉装置、惰性气体保护、喷头控制等来配套。而高性能的激光器、振镜等部件,不少中国工业级3D打印厂家都依赖进口。近年来,为了遏制中国的发展,做出了各种世人不能理解的行为,2020年8月底,美国开始计划对激光器等高技术实施出口管制,这也为国内3D打印行业敲响了警钟,我们需要在增材制造装备核心器件,如高光束质量激光器及光束整形系统、高品质电子枪及高速扫描系统、大功率激光扫描振镜、动态聚焦镜等精密光学器件、阵列式高精度喷嘴/喷头等方面下功夫,研发出自己的行业标准和相应设备,以免受以美国为首的西方国家的技术封锁和打压。

  在这一系列的难点中,金属材料的3D打印技术也是各国关注的发展方向。

  金属3D打印制造技术之所以难度大,是因为金属的熔点比较高,涉及到了金属的固液相变、表面扩散以及热传导等多种物理过程。需要考虑的问题还包括,生成的晶体组织是否良好、整个试件是否均匀、内部杂质和孔隙的大小等等。另外,快速的加热和冷却还将引起试件内较大的残余应力。为了解决这些问题,一般需要在多种制造参数配合,例如激光的功率和能量分布、激光聚焦点的移动速度和路径、加料速度、保护气压、外部温度等等。

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  在所有金属合金中,钛合金尤其受到重视。因为钛合金密度低、强度高、耐腐蚀、熔点高,所以是理想的航天航空材料。但是由于钛合金硬而且脆,所以不宜用切割和铸造的方式来成型。反而是由于它导热率低,在加热时热量不会发散引起局部变形,比较适合利用激光快速成型技术。最后,钛合金材料价格高,利用3D打印技术能够在减轻飞行器重量的同时节省原材料的成本。

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