粉中的未來

瑞典公司 VBN Components 使用添加劑技術生產鋼鐵產品，該技術使用帶有添加劑的粉末，主要是鑽頭和銑刀等工具。 3D打印技術消除了鍛造和機械加工的需要，降低了原材料消耗，為終端用戶提供了更廣泛的優質材料選擇。

VBN 組件的報價包括例如。 矽藻土 290據這家瑞典公司稱，它是世界上最硬的鋼材（72 HRC）。 創建 Vibenite 290 的過程是逐漸增加材料的硬度。 一旦使用這種原材料打印出所需的零件，就不需要除研磨或 EDM 之外的進一步加工。 無需切割、銑削或鑽孔。 因此，該公司製造的零件尺寸高達 200 x 200 x 380 毫米，其幾何形狀無法使用其他製造技術生產。

並不總是需要鋼。 HRL 實驗室的一個研究團隊開發了一種 3D 打印解決方案。 鋁合金 具有高強度。 它被稱為 納米功能法. 簡而言之，這項新技術包括將特殊的納米功能粉末應用於 3D 打印機，然後用激光薄層“燒結”，從而生成三維物體。 在熔化和凝固過程中，由於納米顆粒充當合金預期微觀結構的成核中心，因此所得結構不會被破壞並保持其全部強度。

鋁等高強度合金廣泛用於重工業、航空（如機身）技術和汽車零部件。 納米功能化的新技術賦予它們不僅高強度，而且還具有多種形狀和尺寸。

加法而不是減法

在傳統的金屬加工方法中，廢料通過機械加工去除。 加法過程是相反的——它包括應用和添加少量材料的連續層，基於數字模型創建幾乎任何形狀的 XNUMXD 零件。

儘管該技術已廣泛用於原型製作和模型鑄造，但由於效率低且材料性能不理想，因此難以直接用於生產面向市場的商品或設備。 然而，由於世界各地許多中心的研究人員的工作，這種情況正在逐漸改變。

通過潛心實驗，改進了十萬次打印的兩大主要技術： 金屬激光沉積 （LMD）和 選擇性激光熔化 （烏爾姆）。 激光技術可以準確地創建精細細節並獲得良好的表面質量，這是 50D 電子束打印 (EBM) 無法做到的。 在 SLM 中，激光束的點被引導到材料的粉末上，根據給定的圖案進行局部焊接，精度為 250 到 3 微米。 反過來，LMD 使用激光加工粉末以創建自支撐 XNUMXD 結構。

事實證明，這些方法對於製造飛機零件非常有前景。 尤其是激光金屬沉積的應用擴大了航空航天部件的設計可能性。 它們可以由具有復雜內部結構和梯度的材料製成，這在過去是不可能的。 此外，這兩種激光技術都可以製造出複雜幾何形狀的產品，並獲得多種合金產品的擴展功能。

去年 350 月，空中客車公司宣布已為其生產的 AXNUMX XWB 配備了增材打印。 鈦支架，由 Arconic 製造。 這還沒有結束，因為 Arconic 與空中客車公司的合同規定使用鈦鎳粉進行 3D 打印。 身體部位 i 推進系統. 不過需要注意的是，Arconic 並沒有使用激光技術，而是自己改進版的 EBM 電子弧。

金屬加工添加劑技術發展的里程碑之一可能是 2017 年秋季在荷蘭達門造船廠集團總部展示的首個原型。 船舶螺旋槳 以金屬合金命名 VAAMP 勒. 經過適當的測試，其中大部分已經進行，該模型有機會被批准在船上使用。

由於金屬加工技術的未來在於不銹鋼粉末或合金部件，因此值得了解該市場的主要參與者。 根據 2017 年 3 月發布的《增材製造金屬粉末市場報告》，最重要的 XNUMXD 打印金屬粉末製造商有：GKN、日立化學、力拓、ATI Powder Metals、普萊克斯、Arconic、Sandvik AB、Renishaw、Höganäs AB , Metaldyne Performance Group, BÖHLER Edelstahl, Carpenter Technology Corporation, Aubert & Duval。

螺旋槳打印 WAAMPeller

液相

目前最著名的金屬添加劑技術依賴於使用粉末（這就是前面提到的 vibenite 的製造方式）在原材料所需的高溫下“燒結”和激光熔合。 然而，新的概念正在出現。 北京中科院低溫生物醫學工程實驗室的研究人員開發了一種方法 用“墨水”進行3D打印，由熔點略高於室溫的金屬合金組成。 在發表在《科學中國技術科學》雜誌上的一項研究中，研究人員劉靜和王磊展示了一種添加納米粒子的鎵、鉍或銦基合金的液相印刷技術。

與傳統的金屬原型製作方法相比，液相 3D 打印具有幾個重要的優勢。 首先，可以實現相對高的三維結構製造率。 此外，在這裡您可以更靈活地調節冷卻液的溫度和流量。 此外，液態導電金屬可以與非金屬材料（如塑料）結合使用，這擴大了複雜部件的設計可能性。

美國西北大學的科學家們還開發了一種新的金屬 3D 打印技術，它比以前已知的更便宜、更簡單。 它不使用金屬粉末、激光或電子束，而是使用 傳統烤箱 i 液體材料. 此外，該方法適用於多種金屬、合金、化合物和氧化物。 它類似於我們所知道的塑料噴嘴密封件。 “墨水”由溶解在特殊物質中的金屬粉末和彈性體組成。 在應用時，它是在室溫下。 之後，從噴嘴沉積的材料層與之前的層在熔爐中產生的高溫下燒結。 該技術在專業期刊 Advanced Functional Materials 中有所描述。

中國液態金屬相印法

2016 年，哈佛研究人員推出了另一種可以創建 XNUMXD 金屬結構的方法。 印在“空中”. 哈佛大學創造了一種 3D 打印機，與其他打印機不同，它不會逐層創建物體，而是“在空氣中”創建複雜的結構——由瞬間凍結的金屬製成。 該設備由約翰 A. 保爾森工程與應用科學學院開發，使用銀納米粒子打印物體。 聚焦激光加熱材料並將其融合，形成各種結構，例如螺旋。

醫療植入物和飛機發動機零件等高精度3D打印消費產品的市場需求正在快速增長。 由於產品數據可以與他人共享，世界各地的公司如果能夠使用金屬粉末和合適的 3D 打印機，就可以努力降低物流和庫存成本。 眾所周知，所描述的技術大大促進了複雜幾何形狀的金屬零件的製造，領先於傳統的生產技術。 專業應用程序的開發可能會降低價格，並在傳統應用程序中使用 3D 打印。

最硬的瑞典鋼材 - 用於 3D 打印：

世界上最硬的鋼材——瑞典烏普薩拉製造

印刷用鋁膜： 

冶金突破：3D打印高強度鋁