粉中的未来

瑞典公司 VBN Components 使用添加剂技术生产钢铁产品，该技术使用带有添加剂的粉末，主要是钻头和铣刀等工具。 3D打印技术消除了锻造和机加工的需要，降低了原材料消耗，为终端用户提供了更广泛的优质材料选择。

VBN 组件的报价包括例如。 硅藻土 290据这家瑞典公司称，它是世界上最硬的钢材（72 HRC）。 创建 Vibenite 290 的过程是逐渐增加材料的硬度。 一旦使用这种原材料打印出所需的零件，就不需要除研磨或 EDM 之外的进一步加工。 无需切割、铣削或钻孔。 因此，该公司制造的零件尺寸高达 200 x 200 x 380 毫米，其几何形状无法使用其他制造技术生产。

并不总是需要钢。 HRL 实验室的一个研究团队开发了一种 3D 打印解决方案。 铝合金 具有高强度。 它被称为 纳米功能法. 简而言之，新技术包括将特殊的纳米功能粉末应用到 3D 打印机上，然后用激光薄层“烧结”，从而导致三维物体的生长。 在熔化和凝固过程中，由于纳米颗粒充当合金预期微观结构的成核中心，因此所得结构不会被破坏并保持其全部强度。

铝等高强度合金广泛用于重工业、航空（如机身）技术和汽车零部件。 纳米功能化的新技术赋予它们不仅高强度，而且还具有多种形状和尺寸。

加法而不是减法

在传统的金属加工方法中，废料通过机械加工去除。 增材过程是相反的——它包括应用和添加少量材料的连续层，基于数字模型创建几乎任何形状的 XNUMXD 零件。

尽管该技术已广泛用于原型制作和模型铸造，但由于效率低且材料性能不理想，因此难以直接用于生产面向市场的商品或设备。 然而，由于世界各地许多中心的研究人员的工作，这种情况正在逐渐改变。

通过潜心实验，改进了十万次打印的两大主要技术： 金属激光沉积 (LMD) 我 选择性激光熔化 （乌尔姆）。 激光技术可以精确地创建精细的细节并获得良好的表面质量，这是 50D 电子束打印 (EBM) 无法做到的。 在 SLM 中，激光束的点被引导到材料的粉末上，根据给定的图案进行局部焊接，精度为 250 到 3 微米。 反过来，LMD 使用激光加工粉末以创建自支撑 XNUMXD 结构。

事实证明，这些方法对于制造飞机零件非常有前景。 尤其是激光金属沉积的应用扩大了航空航天部件的设计可能性。 它们可以由具有复杂内部结构和梯度的材料制成，这在过去是不可能的。 此外，这两种激光技术都可以制造出复杂几何形状的产品，并从各种合金中获得产品的扩展功能。

去年 350 月，空中客车公司宣布已为其生产的 AXNUMX XWB 配备了增材打印。 钛支架，由 Arconic 制造。 这还没有结束，因为 Arconic 与空中客车公司的合同规定使用钛镍粉进行 3D 打印。 身体部位 i 推进系统. 不过需要注意的是，Arconic 并没有使用激光技术，而是自己改进版的 EBM 电子弧。

金属加工添加剂技术发展的里程碑之一可能是 2017 年秋季在荷兰达门造船厂集团总部展示的首个原型。 船舶螺旋桨 以金属合金命名 VAAMP 勒. 经过适当的测试（其中大部分已经进行）后，该模型有机会被批准在船上使用。

由于金属加工技术的未来在于不锈钢粉末或合金部件，因此值得了解该市场的主要参与者。 根据 2017 年 3 月发布的《增材制造金属粉末市场报告》，最重要的 XNUMXD 打印金属粉末制造商有：GKN、日立化学、力拓、ATI Powder Metals、普莱克斯、Arconic、Sandvik AB、Renishaw、Höganäs AB , Metaldyne Performance Group, BÖHLER Edelstahl, Carpenter Technology Corporation, Aubert & Duval。

螺旋桨打印 WAAMPeller

液相

目前最著名的金属添加剂技术依赖于使用粉末（这就是前面提到的 vibenite 的制造方法）在原材料所需的高温下“烧结”和激光熔合。 然而，新的概念正在出现。 北京中科院低温生物医学工程实验室的研究人员开发了一种方法 用“墨水”进行3D打印，由熔点略高于室温的金属合金组成。 在《科学中国技术科学》杂志上发表的一项研究中，研究人员刘静和王磊展示了一种添加纳米粒子的镓、铋或铟基合金的液相印刷技术。

与传统的金属原型制作方法相比，液相 3D 打印具有几个重要的优势。 首先，可以实现相对高的三维结构制造率。 此外，在这里您可以更灵活地调节冷却液的温度和流量。 此外，液态导电金属可以与非金属材料（如塑料）结合使用，这扩大了复杂部件的设计可能性。

美国西北大学的科学家们还开发了一种新的金属 3D 打印技术，这种技术比以前已知的更便宜、更简单。 它不使用金属粉末、激光或电子束，而是使用 传统烤箱 i 液体材料. 此外，该方法适用于多种金属、合金、化合物和氧化物。 这类似于我们所知道的塑料喷嘴密封件。 “墨水”由溶解在特殊物质中的金属粉末和弹性体组成。 在应用时，它是在室温下。 之后，从喷嘴施加的材料层与之前的层在熔炉中产生的高温下烧结。 该技术在专业期刊 Advanced Functional Materials 中有所描述。

中国液态金属相印法

2016 年，哈佛研究人员推出了另一种可以创建 XNUMXD 金属结构的方法。 印在“空中”. 哈佛大学创造了一种 3D 打印机，与其他打印机不同，它不会逐层创建物体，而是“在空气中”创建复杂的结构——由瞬间冻结的金属制成。 该设备由约翰 A. 保尔森工程与应用科学学院开发，使用银纳米粒子打印物体。 聚焦激光加热材料并将其融合，形成各种结构，例如螺旋。

医疗植入物和飞机发动机零件等高精度3D打印消费产品的市场需求正在快速增长。 由于产品数据可以与他人共享，世界各地的公司如果能够使用金属粉末和合适的 3D 打印机，就可以努力降低物流和库存成本。 众所周知，所描述的技术大大促进了复杂几何形状的金属零件的制造，领先于传统的生产技术。 专业应用程序的开发可能会降低价格，并在传统应用程序中使用 3D 打印。

最硬的瑞典钢材 - 用于 3D 打印：

世界上最硬的钢材——瑞典乌普萨拉制造

印刷用铝膜： 

冶金突破：3D打印高强度铝