供稿人:汪鑫，田小永 发布日期：2017-11-11
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