一種低成本實用新型金屬熔融沉積3D打印技術(shù)
增材制造技術(shù)是制造技術(shù)原理的一次革命性突破，它形成了最能代表信息化時代特征的制造技術(shù)，即以信息技術(shù)為支撐，以柔性化分布式的產(chǎn)品制造方式最大限度地滿足個性化需求。增材制造技術(shù)的基本原理是先將零件三維圖形離散劃分成一系列薄片(切片過程)，再利用2D制造工藝依次制作這些薄片,并逐層疊加(生長)獲得最終的3D 零件,增材制造技術(shù)又被形象地稱為“ 3D打印”。增材制造技術(shù)在發(fā)展初期主要應(yīng)用于概念驗證、模具制造、以及用于組裝和功能測試的樣件快速成型等方面。
近十年來，由于該項技術(shù)不斷取得突破，增材制造技術(shù)逐漸被應(yīng)用于實際產(chǎn)品的加工。金屬零部件最終產(chǎn)品的增材制造技術(shù)發(fā)展尤其迅速，在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料昂貴的產(chǎn)品生產(chǎn)，以及小批量定制生產(chǎn)方面，成本、效率和質(zhì)量優(yōu)勢更加突出。美歐等發(fā)達(dá)國家非常重視增材制造技術(shù)的發(fā)展，投入巨資加以研究，而金屬零部件增材制造技術(shù)一直是研究和應(yīng)用的熱點。
通常，根據(jù)填充材料方式的不同，金屬增材制造可以分為預(yù)鋪粉和同步送粉或送絲兩種，結(jié)合激光、電子束兩種高能束能量源，預(yù)鋪粉的增材制造技術(shù)具體可分為激光選區(qū)熔化增材制造(SLM)技術(shù)以及選區(qū)電子束熔化增材制造(EBM)技術(shù)，同步送粉或送絲增材制造技術(shù)主要可分為激光熔化沉積(LMD)技術(shù)以及電子束熔絲沉積(EBFF)技術(shù)兩種。
目前基于FDM原理打印的材料只局限于熱塑性(尼龍、PLA和ABS等)材料，打印溫度一般控制在200-300℃左右，對于不銹鋼、鈦合金等高溫合金材料，一般用激光燒結(jié)合金粉末的方式或者以電子束、微弧焊、焊接三維成型等方式實現(xiàn)，而激光燒結(jié)技術(shù)制造的金屬件存在組織疏松，強度達(dá)不到實際使用要求，且設(shè)備復(fù)雜昂貴等缺點。而電子束、微弧焊、焊接三維成型等方式?jīng)]有噴頭約束金屬液滴，成型精度很難保證。
中科院寧波材料所增材制造技術(shù)與裝備團(tuán)隊專注于提供一種低成本、結(jié)構(gòu)簡單、精度高、打印效率高、適合任何一種高溫金屬的熔融沉積成型的3D打印裝備。
主要集中解決3個主要問題，一是采用超高頻電磁感應(yīng)的加熱方式，(非接觸式，具有可靠性高、無污染、效率高以及加熱溫度容易控制等優(yōu)點)，通過自動調(diào)節(jié)感應(yīng)線圈功率，可以熔化不同種類的合金，熔化溫度最高可達(dá)3000℃以上，即使是航空航天領(lǐng)域的鎢合金和鉬合金也能被瞬間熔化。
其次采用主動冷卻技術(shù)，可以有效的緩解熔液回流、送絲不暢、噴頭堵料等現(xiàn)象。最后通過設(shè)計加工特殊的噴頭材質(zhì)，使打印金屬精度大幅提升。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，中科院寧波材料所增材制造技術(shù)與裝備團(tuán)隊的優(yōu)勢在于：
1、用熔融沉積成型原理實現(xiàn)低溫和高溫合金的打印，從鋁合金到高溫合金，幾乎適用于所有金屬材料打印，可以大幅降低打印成本，真正實現(xiàn)民用化。
2、采用特殊材質(zhì)的噴嘴可以大幅提高打印精度，打印精度可以根據(jù)噴嘴直徑調(diào)節(jié)，打印精度明顯優(yōu)于弧焊和電子束。
3、感應(yīng)線圈可以對打印物體局部預(yù)熱和保溫，有利用層與層之間的結(jié)合強度。
中科院寧波材料所增材制造技術(shù)與裝備團(tuán)隊的研究工作初步已經(jīng)證明低成本金屬熔融沉積成型的可行性，未來，中科院寧波材料所增材制造技術(shù)與裝備團(tuán)隊繼續(xù)在低溫合金及高溫合金方面進(jìn)行深入研究，力爭在如何增強層與層的結(jié)合力、改善組織結(jié)構(gòu)、提高打印精度等方面取得突破，實現(xiàn)鋁、銅、鈦、鎢合金零部件的打印，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、模具、汽車、航空航天等行業(yè)。
已打印成功的低溫合金樣件 已打印成功的高溫合金樣件
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