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金屬增材制造可以生產(chǎn)多種金屬，但鋁增材制造用于開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)用于航空航天和汽車(chē)工業(yè)的零件。本文探討了生產(chǎn)方法、優(yōu)勢和應用。
圖片來(lái)源：MarinaGrigorivna/Shutterstock.com
3D打?。ㄒ卜Q(chēng)為增材制造）使用逐層材料構建方法從數字模型生產(chǎn)零件。3D打印廣泛用于生產(chǎn)聚合物、金屬、混凝土和水凝膠。
特別是，金屬增材制造因其優(yōu)于鑄造、成型和機加工等傳統制造方法的優(yōu)勢而備受關(guān)注。
由于部件設計自由、部件復雜性、輕量化、部件整合和功能設計等優(yōu)點(diǎn)，金屬增材制造被用于航空航天、石油和天然氣、海洋和汽車(chē)行業(yè)。此外，增材制造是一種無(wú)需工具的制造技術(shù)，可以在更短的時(shí)間內以高精度生產(chǎn)完全致密的金屬物體。
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3D打印鋁中使用的方法
激光粉末床融合 (LPBF) 是一種用于 3D 打印鋁的方法，具有更高的表面光潔度和高精度。這個(gè)過(guò)程是通過(guò)使用強大的激光局部熔化材料開(kāi)始的，然后形成一層連續的固化金屬。在該技術(shù)中，材料和零件支撐同時(shí)生成，并且基于鋁基合金的特性，可以修改工藝參數以調整孔隙率、微觀(guān)結構和最終材料特性。
電子束粉末床熔融是一種類(lèi)似于LPBF的方法，其中使用電子束來(lái)固化金屬粉末。由于電子束的高加工溫度，3D 打印零件的單層逐漸冷卻，導致與 LPBF 相比更粗糙的微觀(guān)結構。
AlSi10Mg是3D打印鋁工業(yè)應用中常用的鋁合金。它的優(yōu)點(diǎn)是高強度、韌性、動(dòng)態(tài)質(zhì)量、改進(jìn)的熱特性和可建造性。
AlSi7Mg是另一種高強度鋼合金，用于航空航天、國防和汽車(chē)工業(yè)的結構部件。3D打印的AlSi7Mg的主要優(yōu)點(diǎn)是其重量輕、耐腐蝕和高動(dòng)態(tài)承載能力。
此外，某些研究已經(jīng)證明了 Al6061和Al7075的成功打印，而以前它們被認為與金屬增材制造方法不兼容。
3D打印鋁的最新研究
在最近發(fā)表在《陶瓷》雜志上的一項研究中，國內的研究人員使用直接墨水書(shū)寫(xiě)方法打印了磷酸鋁結合的Al2O3陶瓷。他們的主要發(fā)現是，由于添加了無(wú)機粘合劑，Al2O3陶瓷表現出超低的尺寸收縮。
最近的研究探索了用于航空航天工業(yè)的3D打印鋁復合夾層結構。復合夾層結構的 3D 打印可以提高航空航天工業(yè)的可持續性和制造靈活性。
將納米材料添加到鋁中也是金屬 3D 打印的最新研究課題。納米材料改善了3D打印鋁的機械和熱性能，并且在3D打印過(guò)程中納米顆粒的融合改善了3D打印鋁的性能。
鋁3D打印的優(yōu)勢
鋁3D打印的優(yōu)勢在于可以通過(guò)改變微觀(guān)結構和內部受力分布來(lái)改變鋁的機械性能。與傳統方法相比，對鋁 3D 打印的研究也證明了材料節省。與傳統方法相比，使用金屬增材制造的高科技行業(yè)已經(jīng)證明了復雜部件的制造速度更快、材料強度更高以及延展性?xún)?yōu)勢。
鋁增材制造還能夠生產(chǎn)高度優(yōu)化的結構，否則這些結構成本昂貴、耗時(shí)，甚至無(wú)法使用傳統制造方法制造。此外，3D 打印的鋁制部件可以與其他部件一起使用，以創(chuàng )建混合結構。
使用鋁3D打印，還可以制造具有能量吸收特性和內部增強特性的結構部分。此外，在結構應用中產(chǎn)生的不希望的殘余應力可以轉化為有利的預應力。
鋁3D打印的挑戰和未來(lái)范圍
用于多種工業(yè)應用的鋁3D打印仍然存在重大挑戰。在某些情況下，鋁的 3D 打印比傳統的生產(chǎn)方法更昂貴。在金屬3D打印中，必須修改現有的設計方法以適應材料特性和可變幾何形狀的變化。
金屬增材制造技術(shù)需要更加標準化，并且需要實(shí)施新的質(zhì)量保證程序，以確保制造的零件在其生命周期內是可靠的。只要解決了這些技術(shù)和工業(yè)挑戰，鋁 3D 打印在各個(gè)行業(yè)的應用潛力巨大。
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