金屬3D打印技術(shù)及其專用電源的研究進展
近年來，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于實際產(chǎn)品的制造，特別是金屬材料的制造。在國防領(lǐng)域，歐美發(fā)達國家重視3D印刷技術(shù)的發(fā)展，投入大量資金研究，3D印刷金屬部件一直是研究和應(yīng)用的重點。它不能打印模具、自行車、槍支等武器，甚至不能打印汽車、飛機等大型設(shè)備。三維打印作為一種新的制造技術(shù)，在設(shè)備設(shè)計與制造、設(shè)備保障、航空航天等領(lǐng)域顯示出了非常廣闊的應(yīng)用前景，并顯示出強大的發(fā)展勢頭。
1 3D打印概述
1.1 基本概述
3D打印技術(shù)的核心思想起源于19世紀(jì)末的美國，但直到20世紀(jì)80年代中期才形成。1986年，美國查爾斯·赫爾發(fā)明了第一臺3D打印機。3D打印技術(shù)于1991年在中國開始研究。大約在2000年，這些過程開始從實驗室研究到工程和生產(chǎn)逐漸發(fā)展。當(dāng)時，它的名字是快速原型技術(shù)（RP），這是在開發(fā)樣本之前的物理模型?，F(xiàn)在又被稱為快速成型技術(shù)，材料加成制造。但為了方便公眾接受，這種新技術(shù)統(tǒng)稱為3D打印。三維打印是一種基于數(shù)字模型設(shè)計的快速成型技術(shù)，三維物體的生成技術(shù)是利用金屬粉末或樹脂等粘合材料層層“增料”印刷而成。3D打印被稱為“上個世紀(jì)的思想和技術(shù)，本世紀(jì)的市場”。
1.2 3D打印特點
1)精度高。目前，3D打印裝置的精度可以控制在0.3mm以下。
2）短周期。3D打印不需要模具的制造工藝，大大縮短了模型的生產(chǎn)時間。一般來說，模型可以在幾小時甚至幾十分鐘內(nèi)打印出來。
3)個性化。3D打印對打印模型的數(shù)量沒有限制，無論是否可以以相同的成本進行一個或多個打印。
4）材料的多樣性。3D打印系統(tǒng)可以打印不同的材料，這些材料的多樣性可以滿足不同領(lǐng)域的需要。
5)成本相對較低。雖然目前3D打印系統(tǒng)和3D打印材料相對昂貴，但如果用于制作個性化產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本相對較低。
2 金屬3D打印技術(shù)
金屬零件三維打印技術(shù)是整個三維打印系統(tǒng)中最先進、最有潛力的技術(shù)，是先進制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及應(yīng)用的需要，利用快速成型直接制造金屬功能零件已成為快速成型的主要發(fā)展方向。目前，直接制造金屬功能件的快速成型方法主要有：選擇性激光熔接（SLM）、電子束選擇性熔接（EBSM）、激光工程網(wǎng)成型（透鏡）等。
2.1激光工程清潔成形技術(shù)（透鏡）。
透鏡是桑迪亞國家實驗室首次提出的一種新的快速成型技術(shù)。它的特點是直接制造具有復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的金屬功能零件或模具；多種可加工金屬或合金材料可以實現(xiàn)非均勻材料零件的制造；便于加工熔點高、加工難度大的材料。
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透鏡是在激光熔覆技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的金屬零件三維打印技術(shù)。所述金屬粉末采用中強激光同步熔化，并按預(yù)定軌跡逐層沉積在基片上，最終形成金屬零件。1999年，Lens Technology被評為美國工業(yè)“最具創(chuàng)意的25項技術(shù)”之一。國外學(xué)者對透鏡法制備的奧氏體不銹鋼試樣的硬度分布進行了研究。結(jié)果表明，試樣的維氏硬度隨加工層數(shù)的增加而降低。
采用透鏡法制備了承重植入體的多孔梯度結(jié)構(gòu)。所用材料為鎳、鈦等與人體相容性好的合金。植入物的最大孔隙率為70%，植入物的使用壽命為7-12年?？死锵＜{等人。用Ti6Al4V和CoCrMo合金制備了多孔生物植入體，并對其力學(xué)性能進行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)孔隙率為10%時，楊氏模量可達90 GPa；當(dāng)孔隙率為70%時，楊氏模量降至2 GPa。張等。制備了網(wǎng)狀鐵基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金屬玻璃（MG）模塊，發(fā)現(xiàn)MG的顯微硬度達到9.52GPA。采用LNS法對GTD-111定向凝固高溫合金進行了修復(fù).采用透鏡法制備了國產(chǎn)薛春芳及其它具有良好組織、顯微硬度和力學(xué)性能的鈷基高溫合金薄壁件。通過透鏡工藝形成非變形Ni-Cu-Sn合金試樣。


3 SLM應(yīng)用
SLM材料
SLM技術(shù)中使用的粉末材料可分為三類：混合粉末、合金粉末和元素金屬粉末。
一、混合粉末?；旌戏勰┯梢欢ū壤牟煌勰┙M成?，F(xiàn)有的研究表明，成形密度和均勻性對SLM成形零件的力學(xué)性能有影響，但混合粉末的密度目前仍需提高。
二。預(yù)合金粉末。按成分可分為鎳基、鈷基、鈦基、鐵基、鎢基、銅基等.結(jié)果表明，采用預(yù)合金粉末材料制備的零件密度可達95%以上。
三。金屬粉末。一般來說，一次金屬粉末主要是鈦，具有良好的成型性，可達到98%的密度。
目前，SLM技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，在復(fù)雜模具、個性化醫(yī)療部件、航空航天、汽車等領(lǐng)域具有突出的技術(shù)優(yōu)勢。
航空航天
在研制載人航天器Superdraco的過程中，SpaceX利用SLM技術(shù)研制了載人航天器發(fā)動機。其冷卻通道、噴頭、節(jié)流閥等的結(jié)構(gòu)非常高，3D打印可以很好地解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造問題。SLM制造的零件的強度、韌性和斷裂強度能滿足各種苛刻的要求，使Superdraco在高溫高壓下工作。


打破傳統(tǒng)打印模式
“隨著個人終端用戶液態(tài)金屬印刷設(shè)備的設(shè)計、制造和進入市場，意味著打印機領(lǐng)域電子電路制造模式的新時代的開啟。劉靜說印刷技術(shù)將廣泛用于家庭、辦公室、學(xué)校、工廠甚至工業(yè)設(shè)計、藝術(shù)探索、文化創(chuàng)意和其他應(yīng)用。
目前，以劉靜為首的研究團隊在近10個領(lǐng)域探索了液態(tài)金屬電子打印機的發(fā)展和應(yīng)用價值。液態(tài)金屬印刷機可以實現(xiàn)復(fù)雜的大面積柔性印刷電路板、電子傳感器、電子藝術(shù)、電子裝飾、電子建筑設(shè)計、人物肖像、電路單元、電子賀卡。“實時印刷和制作電子圖案，甚至功能齊全。電子設(shè)備?！皠㈧o說。
值得一提的是，在本屆展會上發(fā)布的液態(tài)金屬噴墨打印設(shè)備、室溫金屬3D打印機、液態(tài)金屬打印耗材、柔性電子設(shè)計服務(wù)和應(yīng)用等新產(chǎn)品和新技術(shù)，能夠快速制造出電子電路在任意材料和表面上，也吸引了大量的國內(nèi)外工人。制造商、知名投資機構(gòu)和政府部門的關(guān)注。
我們將向中關(guān)村的創(chuàng)始成員推薦液態(tài)金屬打印機，這樣神奇的是，可以在樹葉上甚至在磚上實現(xiàn)印刷功能，為北京的文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)和其他行業(yè)的發(fā)展提供更有力的技術(shù)支持?！爸嘘P(guān)村管委會有關(guān)人員向筆者介紹了這一點。
劉靜解釋說，這是因為液態(tài)金屬打印機徹底改變了傳統(tǒng)的技術(shù)模式，打破了個人電子制造的技術(shù)瓶頸和障礙，使打印機能夠以低成本迅速和隨意地制造電子電路。

金屬粉末和金屬絲激光金屬沉積（LMD）三維打印技術(shù)
工藝概述：
激光金屬沉積(LMD)是一種焊接過程。該材料被引入高功率激光產(chǎn)生的熔池中。LMD屬于定向能量沉積(DED)過程。通常，填充材料是粉末，通過激光束周圍的錐形環(huán)形噴嘴噴射。添加的材料形成一個焊接，然后涂層金屬下面。該工藝用于部件耐磨性增加的包層應(yīng)用、材料添加到磨損部件的修復(fù)應(yīng)用或復(fù)雜幾何形狀的自由制造（3D打?。Ｅc其他焊接形式相比，LMD在裝配過程中熱影響范圍較小，稀釋度較低，殘余應(yīng)力較低。
沉積線材：
在當(dāng)今的工業(yè)中，粉末LMD比線沉積更為常見，因為它更容易用單一的高功率激光源實現(xiàn)。然而，粉末的加工存在許多缺點：
粉末比電線貴得多，這是有問題的，因為LMD通常用于制造使用大量材料的大中型部件。
此外，并非所有通過噴嘴注射的粉末都被捕獲在浴中。對于自由制造，實際粉末利用率在20-80%之間，很大程度上取決于部分細(xì)度和工藝參數(shù)。從材料成本的角度來看，這是一個問題，從工程的角度來看也是一個問題。將粉末沉積頭重新安裝到任何未專門設(shè)計的加工上都會導(dǎo)致嚴(yán)重磨損。此外，用戶還需要處理未使用的粉末和粉末材料可能會造成健康風(fēng)險。相比之下，盤條的利用率為100%，盤條的原材料不會造成任何危險。

3D打印技術(shù)在我國未來發(fā)展的前景分析
在印刷行業(yè)3D打印機是必備的。3D打印主要由設(shè)備、軟件和材料組成，材料是必不可少的環(huán)節(jié)。目前，行業(yè)研究設(shè)備和軟件，并沒有足夠重視材料研究。三維打印對粉末材料的粒度分布、堆積密度、含氧量、流動性等性能提出了更高的要求。根據(jù)不同的用途，金屬材料制備的工件還要求強度高、耐腐蝕、耐高溫、比重小、燒結(jié)性能好等。同時要求材料無毒環(huán)保，性能穩(wěn)定，滿足打印機連續(xù)可靠運行。功能應(yīng)用越來越廣泛，如導(dǎo)電材料、水溶性材料、耐磨材料等已經(jīng)被提出。當(dāng)然，前提是要保證經(jīng)濟。同時，隨著三維打印技術(shù)的成熟，金屬材料的形貌也越來越豐富，如粉狀、絲狀、帶狀等。金屬材料在生物醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和生命力。
此外，雖然 3D 打印減少了切割等環(huán)節(jié)，增加了軟件、設(shè)計、材料等環(huán)節(jié)，但如果產(chǎn)品合格率低造成的浪費，實際節(jié)省的成本仍然難以推廣。事實上，印刷成本過高是不爭的事實。每克的成本是10到100元，在某些行業(yè)可能不值得?？傊?，3D打印的價值將經(jīng)歷一個漫長的過程。然而，當(dāng)你真正看到樹脂產(chǎn)品和工藝從三維打印機出來，你可能仍然對這**行的技術(shù)有點失望。印刷時間長，精度不夠，色彩不那么逼真。然而，所有這些并不能阻止3d打印成為熱門話題。畢竟，它還處于初級階段，成熟后，確實會改變生產(chǎn)方式，使我們的生活發(fā)生一些變化。
3D印刷的新技術(shù)"智能微鑄造"，由華虹科技大學(xué)數(shù)字設(shè)備和技術(shù)的"張海鷗"教授領(lǐng)導(dǎo)，成功地生產(chǎn)了第一批具有鍛造性能的高端金屬零件的3D打印。長期以來，這一技術(shù)改變了西方主導(dǎo)的“鑄、鍛、磨分離”的傳統(tǒng)制造歷史。
據(jù)了解，雖然3D打印已成為一種前沿制造技術(shù)，但目前全球3D印刷行業(yè)正處于“模型制造”和“呈現(xiàn)”階段。張海鷗團隊經(jīng)過十多年的攻關(guān)，自主研發(fā)了微型鑄鍛同步復(fù)合設(shè)備，并創(chuàng)造性地將金屬鑄鍛技術(shù)融為一體。實現(xiàn)了世界第一的顛覆性的鑄鍛創(chuàng)新，極大地提高了零件的強度和韌性，提高了零件的疲勞壽命和可靠性。
目前，采用“智能微鑄造”印刷的高性能金屬鍛件長度已達2.2米，約260公斤。現(xiàn)有設(shè)備印刷了飛機用鈦合金、船用潛水器、核電用鋼等八種金屬材料。
這種微鑄造和鍛造生產(chǎn)的部件、技術(shù)指標(biāo)和性能比傳統(tǒng)鑄件更穩(wěn)定。同時，該工藝以金屬絲為原料，材料利用率達到80%以上。金屬絲材料的價格約為目前常用的激光粉末滅火劑的1/10。由于該工藝可以同時控制零件的形狀和組織性能，大大縮短了生產(chǎn)周期：制造了重量為2噸的大型金屬鑄件，過去需要3個多月，只需10天左右。
借助鑄造、鍛造、銑削一體化的三維打印技術(shù)，實現(xiàn)等軸細(xì)晶、高強度、高均勻性、致密性和復(fù)雜形狀的三維打印，是世界上第一個實現(xiàn)三維打印的金屬鍛造。該技術(shù)可應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域。
你可能不知道的十大3D打印大型物件-3d打印資訊
3D打印，也被稱為附加制造，使定制生產(chǎn)的小和大對象更加個性化。
3D打印可能是小型定制機械零件最有用的快速制造。然而，這種技術(shù)也可以產(chǎn)生非常大的結(jié)構(gòu)和物體。
手板是用實物表現(xiàn)設(shè)計，使設(shè)計更具體直觀，是用創(chuàng)造性的工藝，創(chuàng)新產(chǎn)品！無論機器設(shè)備多先進，手板始終離不開精細(xì)的手工處理；先進的軟件可以模擬出非常逼真的產(chǎn)品圖，但手板不是模擬，而是真實地表現(xiàn)設(shè)計。任何缺陷與瑕疵都可以在產(chǎn)品開發(fā)的前期得以彌補和改良，廣東手板模型，使產(chǎn)品在開模之前有一個成熟的設(shè)計，汽車手板模型廠，降低產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險。
國內(nèi)手板模型工業(yè)發(fā)展到今天，經(jīng)歷了一個艱辛歷程。自1977年以來，由于我國機械、電子、輕工、儀表、交通等工業(yè)部門蓬勃發(fā)展，對鑄造模具需求數(shù)量上越來越多，質(zhì)量要求越來越高，供貨期越來越短。因此，手板模型 硅橡膠。在鑄造模具工業(yè)高度重視，將模具列為'六五''七五'規(guī)劃重點科研攻關(guān)項目，派人出國學(xué)習(xí)考察，引進國外鑄造模具先進技術(shù)，制定有關(guān)鑄造模具國家標(biāo)準(zhǔn)。通過這一系列措施，使得鑄造模具工業(yè)有了很大發(fā)展，并某些技術(shù)方面有所突破。
金屬3D打印技術(shù)及其專用電源的研究進展
近年來，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于實際產(chǎn)品的制造，特別是金屬材料的制造。在國防領(lǐng)域，歐美發(fā)達國家重視3D印刷技術(shù)的發(fā)展，投入大量資金研究，3D印刷金屬部件一直是研究和應(yīng)用的重點。它不能打印模具、自行車、槍支等武器，甚至不能打印汽車、飛機等大型設(shè)備。三維打印作為一種新的制造技術(shù)，在設(shè)備設(shè)計與制造、設(shè)備保障、航空航天等領(lǐng)域顯示出了非常廣闊的應(yīng)用前景，并顯示出強大的發(fā)展勢頭。
1 3D打印概述
1.1 基本概述
3D打印技術(shù)的核心思想起源于19世紀(jì)末的美國，但直到20世紀(jì)80年代中期才形成。1986年，美國查爾斯·赫爾發(fā)明了第一臺3D打印機。3D打印技術(shù)于1991年在中國開始研究。大約在2000年，這些過程開始從實驗室研究到工程和生產(chǎn)逐漸發(fā)展。當(dāng)時，它的名字是快速原型技術(shù)（RP），這是在開發(fā)樣本之前的物理模型?，F(xiàn)在又被稱為快速成型技術(shù)，材料加成制造。但為了方便公眾接受，這種新技術(shù)統(tǒng)稱為3D打印。三維打印是一種基于數(shù)字模型設(shè)計的快速成型技術(shù)，三維物體的生成技術(shù)是利用金屬粉末或樹脂等粘合材料層層“增料”印刷而成。3D打印被稱為“上個世紀(jì)的思想和技術(shù)，本世紀(jì)的市場”。
1.2 3D打印特點
1)精度高。目前，3D打印裝置的精度可以控制在0.3mm以下。
2）短周期。3D打印不需要模具的制造工藝，大大縮短了模型的生產(chǎn)時間。一般來說，模型可以在幾小時甚至幾十分鐘內(nèi)打印出來。
3)個性化。3D打印對打印模型的數(shù)量沒有限制，無論是否可以以相同的成本進行一個或多個打印。
4）材料的多樣性。3D打印系統(tǒng)可以打印不同的材料，這些材料的多樣性可以滿足不同領(lǐng)域的需要。
5)成本相對較低。雖然目前3D打印系統(tǒng)和3D打印材料相對昂貴，但如果用于制作個性化產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本相對較低。
2 金屬3D打印技術(shù)
金屬零件三維打印技術(shù)是整個三維打印系統(tǒng)中最先進、最有潛力的技術(shù)，是先進制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及應(yīng)用的需要，利用快速成型直接制造金屬功能零件已成為快速成型的主要發(fā)展方向。目前，直接制造金屬功能件的快速成型方法主要有：選擇性激光熔接（SLM）、電子束選擇性熔接（EBSM）、激光工程網(wǎng)成型（透鏡）等。
2.1激光工程清潔成形技術(shù)（透鏡）。
透鏡是桑迪亞國家實驗室首次提出的一種新的快速成型技術(shù)。它的特點是直接制造具有復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的金屬功能零件或模具；多種可加工金屬或合金材料可以實現(xiàn)非均勻材料零件的制造；便于加工熔點高、加工難度大的材料。

提到3D打印，很多**印象是塑料或樹脂印刷，但事實上，金屬也可以打印在3D！早在2015年，就有報道稱西班牙患者植入了世界上*復(fù)雜的三維印刷金屬胸骨。由此可見，金屬立體印刷在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域很早就發(fā)揮了重要作用。
或者金屬3D印刷是要燒結(jié)的粉末層,層間結(jié)合當(dāng)然不好,有缺陷,機械性能不超過傳統(tǒng)的成型方式。如果你這么想，你就出局了！事實上，金屬 3D 打印層和層與熔池結(jié)合，縱向性能不差，甚至可以超過橫向。隨著科技的發(fā)展，金屬三維打印的性能已經(jīng)超過了鑄造和鍛造。下面，我們深入了解從金屬3D打印的五個應(yīng)用領(lǐng)域！
五金配件
傳統(tǒng)工業(yè)的測量數(shù)據(jù)存在誤差，但現(xiàn)在可以通過三維掃描得到三維數(shù)字模型，對現(xiàn)有的硬件產(chǎn)品三維數(shù)字模型進行修改和設(shè)計，得到新的產(chǎn)品數(shù)字模型，進而得到修改后的硬件模型。產(chǎn)品經(jīng)三維打印，精度提高。
汽車零件
在之前的文章中，我們了解到，豪華汽車制造商布加迪通過激光熔制金屬粉末床三維打印技術(shù)，成功制造出世界上**個新的8活塞整體式制動鉗。2019年初的性能測試進一步揭示了這一創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)化前景。3D打印運動鉗中的鈦將用于量產(chǎn)汽車。至此，Bugatti開發(fā)了3D打印功能部件-制動鉗、擾流板支架、電機支架和前軸差速器。令人興奮的是，布加迪采用選擇性激光熔化SLM金屬3D打印技術(shù)批量生產(chǎn)電機支架，這些支架已經(jīng)安裝在新的奇龍系列汽車上。