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金属3D打印新突破——金属直接书写技术

金属3D打印新突破——金属直接书写技术

供稿人:汪鑫,田小永   发布日期:2017-11-11
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金属3D打印作为一种颠覆性技术,被广泛应用于包括航空航天、生物医药以及汽车在内的一系列领域。通过金属的增材制造,增强了设计的自由度和制造的灵活性,可以实现复杂形貌和定制化生产,从而缩短产品上市时间。

然而,常用的金属3D打印工艺,例如选择性激光熔融、选择性激光烧结、电子束熔融等,通常存在残余应力大、微裂纹多、微结构无法控制以及存在很多孔隙等问题,使得后处理过程变得十分必要,从而进一步增加了成本。

在此基础上,劳伦斯利弗莫尔实验室(LLNL)的Wen Chen等人提出了一种低成本的3D金属打印工艺。这种方法被称为金属直接书写(Direct Metal Writing)技术,旨在通过控制半固态金属的微结构和流变行为来提高打印精度。

图1 DWM系统的示意图及真实图片

为了验证工艺的可行性,LLNL以Bi75Sn25低温合金为原料进行了原理实验。通过改变电机旋转速度、底板加热温度、氮气压力等参数,实现金属连续平滑的打印,并细化了晶粒尺寸,改善了层间界面结合的情况。

Wen Chen等人表示,这项技术可以推广到大多数具有半固态的金属合金上,下一步研究的重点将放在铝合金、镁合金、钛合金以及钢等常用的工程材料上。

图2 DWM打印的Bi75Sn25结构及其微结构
图3 金属结合处的界面情况

参考文献:

  1. Wen Chen, Luke Thornley, Hannah G. Coe. et. Direct metal writing: Controlling the rheology through microstructure. Appl. Phys. Lett. 110, 094104 (2017); Doi: 10.1063/1.4977555