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光学工程
美国开发出一种全新的金属3D打印工艺

近日,美国著名应用实验室劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)与美国知名私立研究型大学伍斯特理工学院合作开发出一种全新的金属3D打印工艺——直接金属书写(Direct Metal Writing)。

目前,大多数金属3D打印工艺,如选择性激光熔化(SLM),使用的是细金属粉末,这导致了一些局限性,如3D打印部件存在间隙或缺陷。直接金属书写方法可以帮助克服这些基于粉末的金属3D打印技术的局限性。新方法使用一种半固体金属,也可以称其为一种剪切稀化材料,而不粉末。这种特殊的金属材料在静止时表现得像固体,但被施加力时则可以像液体一样流动。

简而言之,新方法涉及将一种金属锭加热至半固体状态,然后将其从喷嘴挤出。挤出力使得这种剪切稀化材料液体足以被挤出,但当被静置时,它表现得像一个固体并随着材料的冷却而变硬。据研究人员介绍,该方法减少了放入3D打印部件中的氧化物和残留应力。

这项研究已经持续了三年,最近发表在《Applied Physics Letters》杂志上。研究人员称,这种方法可以扩展应用到其他合金上。

目前,直接金属书写并不是一种完美的方法,研究人员还需要解决一些问题,包括能用“工业友好”的材料(如铝和钛)制造更高分辨率的部件。在开发这项技术的过程中,他们使用的一直是一种铋锡混合物,由于这种混合物熔点较低,因此效果很好。

“关键在于要非常严格地控制材料的流动。现在在这方面我们已经做得很好,甚至可以打印出自支撑结构,这是前所未有的,”研究人员表示。

现在,研究人员正在寻求打印一种铝合金,如果成功,该技术可能会对许多制造业,包括航空航天、交通运输等,有很大的吸引力。直接金属书写的主要优点在于能省去3D打印部件当前必须接受的耗时的验证和分析过程,以及更高的材料效率。


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