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3D打印技術:變革性成型技術

日期: 2020-03-03
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當一種新型功能材料的光鮮屬性被熱議時,其制備工藝往往就會受到輕視,甚至被冷待為一種技術憑借,因而得不到充分的研究。


用于制備新型金屬材料的3D打印技術同樣面臨著相同的問題,本文配以筆墨心思,來闡述與之相關的3D打印制造技術。


金屬3D打印技術在滿足結構強度方面體現出獨特的優越性,得到工業界的普遍關注。


金屬3D打印技術采用激光束、電子束、等離子束等高密度能量束作為輸入熱源,熔化金屬粉末進行零部件的加工制造。


目前主流的金屬3D打印技術的方法有選區激光熔融、電子束選區熔化、激光近凈成形等。


近年來,金屬3D打印在工業應用和個人消費兩個市場均取得了長足發展。在歐洲使用3D 打印的鈦合金骨骼的患者已經超過3萬例,美國一家醫院甚至用3D打印出的頭骨替換了患者高達75%的受損骨骼。


2017年3月,德國西門子打印的渦輪葉片在13000轉/分鐘和1250°C條件下通過了滿負荷工作測試,這是增材制造領域的重要突破,因而獲得了美國機械工程師協會新興技術獎。


金屬3D打印技術在航空航天、武器裝備、醫療等高端制造領域具有巨大應用前景和優勢,能夠實現從原型設計到終端用戶零部件生產的轉變。預計在未來的十年,金屬3D打印技術將不斷創新,并逐漸開始引領制造產業發展。


金屬3D打印技術是在整體3D打印體系中最前沿和最有潛力的技術之一,是3D打印技術發展的重要標志,也是3D打印未來重要的發展方向。


金屬3D打印技術采用激光束、電子束、等離子束等高密度能量來作為輸入熱源,熔化金屬粉末進行金屬零部件的加工制造。


目前可用于金屬3D打印技術的方法主要有,選區激光燒結(Selective LaserSintering,SLS),選區激光熔融(SelectiveLaser Melting, SLM)、電子束選區溶化(Electron Beam SelectiveMelting, EBSM)、激光近凈成形(Laser Engineered Net Shaping, LENS)等。其中選區激光熔融,是指高能激光源,可以熔融多種金屬粉末,如鈦合金,鋁合金,不銹鋼,高溫合金和鎂合金等金屬粉體材料。




3D打印技術:變革性成型技術

圖 選區激光熔融示意圖


這些3D打印技術在制造自由度、原材料利用率等方面具有明顯優勢,尤其適用于小批量、定制化的加工制造。


近年來,在工業應用和個人消費兩個市場均取得了長足發展,工業應用的下游行業不斷拓展,直接零部件制造的占比也逐年提高。醫療器械的定制化需求不斷提升,在歐洲使用3D打印的鈦合金骨骼的患者已經超過3萬例,美國一家醫院甚至用3D打印出的頭骨替換了患者高達75%的受損骨骼。


此外,航空航天設備制造是3D打印最具前景的應用領域之一。金屬3D打印技術在航空航天、武器裝備、醫療等高端制造領域具有巨大應用前景和優勢,可用于直接成形復雜和高性能金屬零部件,正在從原型設計到終端用戶零部件生產轉變。


預計在未來的十年,金屬3D打印技術將不斷創新,并逐漸開始引領制造產業發展。


越來越多的特種金屬生產商和金屬集中制造商意識到增材制造3D打印能幫助其提供極致的客戶定制解決方案,同時又能降低成本。


增材制造技術已有30年發展歷史,但自2010年開始,金屬制造商才逐漸開始選擇這種技術。


金屬行業的發展是這一轉變背后的主要推動力,因為金屬在應用方面超過聚合物。


例如,卡朋特開始生產一種高強、低氧鈦粉末,應用于航空航天市場,勢必銳航空系統公司和Norsk Titanium AS合作生產3D打印鈦零部件,應用于商業航空航天市場,通用電氣宣布正在研發全球最大的激光3D打印機,用金屬粉末打印零部件,新產品將用于航空航天、汽車、發電、石油和天然氣行業。



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