在大眾印象里,3D打印機(jī)常常和塑料模型聯(lián)系在一起。但在工業(yè)領(lǐng)域,3D打印機(jī)早已能處理金屬,而且技術(shù)正在快速走向成熟。金屬打印不再是實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn),而是被應(yīng)用在航空航天、醫(yī)療和能源設(shè)備制造中。
實(shí)現(xiàn)金屬打印的關(guān)鍵是增材制造工藝。最常見的一種叫激光選區(qū)熔化(SLM),也叫激光粉末床熔融(LPBF)。它通過激光把金屬粉末熔化,再一層一層地堆疊成型。還有電子束熔化(EBM)、激光立體成形(LENS)等不同路線,都能讓金屬零件在打印機(jī)里“長(zhǎng)出來”。
這種方式的優(yōu)勢(shì)在于,可以制造形狀復(fù)雜的零件。例如,航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴嘴內(nèi)部通道非常復(fù)雜,用傳統(tǒng)機(jī)加工方法需要多個(gè)零件拼裝,而3D打印能一次性完成。2017年,美國(guó)通用電氣就宣布要用金屬3D打印生產(chǎn)數(shù)以萬計(jì)的噴嘴。醫(yī)療領(lǐng)域也一樣,鈦合金的髖關(guān)節(jié)和牙科植入體可以根據(jù)病人的情況定制,打印出來后幾乎不需要額外加工。

那么,3D打印機(jī)到底能打印哪些金屬?目前,常用的材料包括鈦合金、不銹鋼、鋁合金和鎳基高溫合金。鈦合金輕而強(qiáng),常見于航空和醫(yī)療;不銹鋼耐腐蝕,用在模具和工業(yè)零件;鋁合金密度低,適合汽車和航天輕量化需求;鎳基合金耐高溫,是發(fā)動(dòng)機(jī)和渦輪機(jī)的核心材料。近年來,科研人員還在嘗試打印鎢、鉭等難熔金屬,以及高熵合金,用來開發(fā)新一代高性能材料。
當(dāng)然,這項(xiàng)技術(shù)也有難題。打印過程中金屬的快速熔化和凝固容易產(chǎn)生裂紋和氣孔,影響零件強(qiáng)度。不同批次的金屬粉末性能可能不一致,也會(huì)帶來風(fēng)險(xiǎn)。為了提高可靠性,廠商們正在改進(jìn)激光控制、粉末質(zhì)量和打印參數(shù),并配合熱處理和后加工工藝。
在國(guó)內(nèi),像江蘇太倉(cāng)的云耀深維這樣的公司,正把金屬3D打印設(shè)備推向更高精度。他們的設(shè)備能做到微米級(jí)控制,精度達(dá)到2微米,表面粗糙度小于1微米,還支持多材料打印。這類設(shè)備不僅能滿足科研對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的需求,也讓產(chǎn)業(yè)用戶更快把新設(shè)計(jì)落地。
根據(jù)行業(yè)報(bào)告,全球金屬3D打印設(shè)備銷量在過去幾年里保持兩位數(shù)增長(zhǎng)。到2025年,市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)會(huì)突破百億美元。隨著設(shè)備性能和材料體系逐漸完善,金屬3D打印正從原型制造走向批量生產(chǎn)。
所以,3D打印機(jī)能不能打印金屬產(chǎn)品?答案是肯定的,而且已經(jīng)在發(fā)揮作用。從航空發(fā)動(dòng)機(jī)到個(gè)性化醫(yī)療,從汽車零件到能源裝備,金屬3D打印正成為制造業(yè)的重要工具。
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金屬3D打印:3D打印機(jī)能否打印金屬產(chǎn)品
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