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光學工程
美國開發出一種全新的金屬3D打印工藝

近日,美國著名應用實驗室勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)與美國知名私立研究型大學伍斯特理工學院合作開發出一種全新的金屬3D打印工藝——直接金屬書寫(Direct Metal Writing)。

目前,大多數金屬3D打印工藝,如選擇性激光熔化(SLM),使用的是細金屬粉末,這導致了一些局限性,如3D打印部件存在間隙或缺陷。直接金屬書寫方法可以幫助克服這些基于粉末的金屬3D打印技術的局限性。新方法使用一種半固體金屬,也可以稱其為一種剪切稀化材料,而不粉末。這種特殊的金屬材料在靜止時表現得像固體,但被施加力時則可以像液體一樣流動。

簡而言之,新方法涉及將一種金屬錠加熱至半固體狀態,然后將其從噴嘴擠出。擠出力使得這種剪切稀化材料液體足以被擠出,但當被靜置時,它表現得像一個固體并隨著材料的冷卻而變硬。據研究人員介紹,該方法減少了放入3D打印部件中的氧化物和殘留應力。

這項研究已經持續了三年,最近發表在《Applied Physics Letters》雜志上。研究人員稱,這種方法可以擴展應用到其他合金上。

目前,直接金屬書寫并不是一種完美的方法,研究人員還需要解決一些問題,包括能用“工業友好”的材料(如鋁和鈦)制造更高分辨率的部件。在開發這項技術的過程中,他們使用的一直是一種鉍錫混合物,由于這種混合物熔點較低,因此效果很好。

“關鍵在于要非常嚴格地控制材料的流動。現在在這方面我們已經做得很好,甚至可以打印出自支撐結構,這是前所未有的,”研究人員表示。

現在,研究人員正在尋求打印一種鋁合金,如果成功,該技術可能會對許多制造業,包括航空航天、交通運輸等,有很大的吸引力。直接金屬書寫的主要優點在于能省去3D打印部件當前必須接受的耗時的驗證和分析過程,以及更高的材料效率。


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