金属3D打印机是如何工作的？

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金属3D打印

图片来源：sspopov / shutterstock.com

       传统金属制造工艺涉及大量的能源和大量的废弃物：在某些产品的制造过程中，高达90％的金属被切除。这包括过度使用的能源以及金属，浪费的重量比成品重量高60％，在航空业中是一个昂贵的障碍。相比之下，金属3D打印使用的材料几乎与实际物体中的材料一样多，从而将浪费降低了很多。

       金属3D打印机是如何工作的？传统的3D打印机通过熔化塑料然后沉积它来工作，但显然金属具有太高的熔点并不适合。因此金属3D打印公司创造了几种不同的方法， 其中有两种方法被广泛使用。第一种称为粘合剂喷射，粘合剂喷射的材料效率是其他金属3D打印技术的十倍以上。以下是粘合剂喷射3D打印过程中涉及的步骤：

       1.打印空间充满惰性气体如氩气以防止金属氧化；

       2.一层金属粉末以约20至50微米厚度铺展，随流动性质，粒度宽度和金属颗粒形状而变化；

       3.高分子化合物自动喷涂在对应部件的3D轮廓的金属特定区域上，以形成层；

       4.重复该过程以创建另一个层，依此类推，直到3D成品完成；

       5.收集过量的金属粉末并在过滤后再利用并用添加的未使用的金属粉末清洗；

       6.将组件与打印平台分离，并执行任何所需的后处理。

       一旦构建完成并且物体与打印平台分离，它就是“绿色”3D打印金属物体。如具有较差的机械强度和高孔隙率，可以通过以下两种方式之一进行处理：

       烧结：将其放置在使用传统加热元件和微波技术的炉子中，将物体加热到高达1400摄氏度的温度。它被加热到恰好低于金属的熔点 - 但远高于聚合物的熔点。聚合物点燃并燃烧掉，强烈的热量与金属分子结合，在这称为“烧结”的过程中填充微孔，可使97％的孔被填充。

       渗透：将其置于炉中使粘合剂燃烧耗尽，然后用青铜渗透以填充由聚合物燃烧产生的空隙，使其更强，更少孔隙（孔隙减少90％）。

       粘合剂喷射金属3D打印存在着需要进行后处理的问题，并且不仅影响最终3D打印产品尺寸的精确度，而且因为它发生在炉子的高温下，可能由于金属的软化而导致翘曲和变形。这需要通过初始设计和熟练操作机器来补偿。

另一项主要技术是选择性激光熔化（SLM）。它与粘合剂喷射有点不同：

       1.打印空间充满惰性气体；

       2.一层薄薄的金属粉末散布在打印平台上；

       3.当激光扫描物体的横截面区域中的粉末时，使用激光将粉末熔合在一起，以形成物体的一个固体层；

       4.3D打印平台向下移动50至200微米，并使用涂覆器铺展第二层3D打印金属粉末；

       5.激光扫描并融合该层中的金属粉末，以便将该组件再增加一层；

       6.重复直到3D打印产品完成；

       7.收集多余的粉末过滤，并与新鲜粉末混合，以便重复使用。

       由于SLM 金属3D打印技术实际上将金属熔化在一起以形成物体，因此不需要加热和烧结过程。最终产品具有更高的机械强度，这意味着这是在诸如金属耐用，断裂伸长率和弹性模量等机械性能至关重要的部件中的首选方法。

       金属粉末可在两种技术中重复使用，最大限度地减少浪费。金属3D打印机的几乎所有操作参数都是由制造商设置的 - 除了将机器发送到文件之外，用户真的没有多少工作要做了。大多数金属3D打印机的层高度为20至50微米，约为人类头发宽度的一半。

金属3D打印机图片来源：MarinaGrigorivna / shutterstock.com

       金属3D打印是一种基于现有3D打印技术的相对较新的技术。事实证明，它在原型制作过程中具有无可估量的价值，但其高成本是阻碍其广泛使用的因素。然而，我们可以预期，随着技术的进步，这将逐渐得到解决。总之，这是一件值得等待的好事。

2019年9月17日 09:53
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