基于金屬零件3D打印技術(shù)的應(yīng)用研究

彭 湘 楊 芳 伍 浩 江南工業(yè)集團(tuán)有限公司

3D打印技術(shù)能夠快速構(gòu)造物體，打造出普通打印技術(shù)無(wú)法打印出來(lái)的物品。而金屬零件3D打印技術(shù)在3D打印技術(shù)中是最具有發(fā)展?jié)摿Φ囊豁?xiàng)技術(shù)，其在一定程度上改變了人們傳統(tǒng)的生活的方式。本文通過(guò)對(duì)金屬零件3D打印技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單了解，進(jìn)而對(duì)金屬零件3D打印技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探究。

金屬零件；3D打印技術(shù)；應(yīng)用研究

引言

3D打印技術(shù)與普通的打印技術(shù)原理基本相同，是在打印機(jī)中放進(jìn)需要打印東西的原材料，只不過(guò)二者使用的材料有很大的區(qū)別。普通的打印技術(shù)在打印機(jī)內(nèi)放入的是紙張、墨水等，而3D打印機(jī)內(nèi)放置的是金屬材料、陶瓷等，是真正的原材料，在電腦的幫助下，通過(guò)層層疊加來(lái)實(shí)施對(duì)實(shí)物的制造。金屬零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積較小，人工制造有一定的難度，可以利用金屬零件3D打印技術(shù)輕松解決此類(lèi)問(wèn)題，本文對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行更為具體的分析。

1.金屬零件3D打印技術(shù)的產(chǎn)生以及發(fā)展情況

1.1 金屬零件3D打印技術(shù)的產(chǎn)生

3D打印技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)九十年代。由于人工制作金屬零件存在一定的困難，并受到設(shè)備、車(chē)間等條件的限制，而金屬零件是制造工具的基礎(chǔ)材料，其制造水平間接影響著工業(yè)的發(fā)展情況，迫切的需求促進(jìn)著技術(shù)的發(fā)展，從而使金屬零件3D打印技術(shù)出現(xiàn)在人們面前，并促進(jìn)了人們的生活方式和相關(guān)制造業(yè)的發(fā)展。

1.2 金屬零件3D打印技術(shù)的分類(lèi)

金屬零件3D打印技術(shù)按照金屬粉末的添置方式主要分為三類(lèi)：（1）使用激光照射預(yù)先鋪置好的金屬粉末。當(dāng)在打印機(jī)內(nèi)鋪設(shè)好金屬粉末，電腦已經(jīng)設(shè)定打印出的金屬零件結(jié)構(gòu)時(shí)，這些前提工作已經(jīng)完成的情況下，利用激光照射金屬材料，并不斷輸入金屬粉末，保證在成形過(guò)程后原材料的充足。這項(xiàng)技術(shù)是激光照射與材料輸送同時(shí)進(jìn)行的激光凈化技術(shù)，目前在國(guó)內(nèi)使用廣泛。（2）激光選區(qū)熔化技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)與前一種的技術(shù)原理相同，只是在工作過(guò)程中，激光照射的范圍有限，選擇固定的區(qū)域利用激光進(jìn)行照射。（3）電子束熔化技術(shù)。與第一種操作方法、原理基本相同，只是二者使用的熱源不同。

1.3 金屬零件3D打印技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況

根據(jù)2016年8月12日發(fā)布的新聞來(lái)看，我國(guó)3D打印技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷過(guò)七次革命，具體發(fā)展過(guò)程如下圖所示：

雖然我國(guó)的3D打印技術(shù)處于不斷發(fā)展過(guò)程中，但由于起步晚、技術(shù)落后等方面的原因，與發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)成熟的技術(shù)相比，還存在一定的差距，因此，必須對(duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行更深層次的研究。

2.金屬零件3D打印技術(shù)的應(yīng)用研究

目前，金屬零件3D打印技術(shù)在不斷發(fā)展過(guò)程中，已經(jīng)包含很多先進(jìn)的技術(shù)，下文對(duì)其中一些技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要概括。

2.1 鑄鍛焊一體3D打印技術(shù)

鑄鍛焊一體3D打印技術(shù)是由我國(guó)華中科技大學(xué)的一名教授研發(fā)的，是我國(guó)獨(dú)立研發(fā)的為制造金屬零件而研究出來(lái)的3D打印技術(shù)，并且已經(jīng)經(jīng)過(guò)實(shí)踐，成功制造出了金屬零件。據(jù)相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行研究分析，鑄鍛焊一體3D打印技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用，其在一定程度上能夠?qū)饘倭慵圃斓陌l(fā)展史造成影響。鑄鍛焊一體3D打印技術(shù)具有強(qiáng)大的技術(shù)水平，將利用其技術(shù)制造出的金屬零件與利用激光打印3D技術(shù)制造的金屬零件相比，其無(wú)論是在精細(xì)程度還是在材料的使用情況方面都有很大的超越，在精細(xì)程度上有50%的提高，在材料使用上，由于鑄鍛焊一體3D打印技術(shù)的材料利用率水平較高，因此能夠節(jié)省材料。此外，鑄鍛焊一體3D打印技術(shù)主要以金屬絲為材料，以電弧為熱源，這種金屬絲的成本價(jià)格低廉，電弧相較于其他技術(shù)的熱源來(lái)說(shuō)成本價(jià)格也十分低。目前，這種技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，無(wú)論是在相關(guān)金屬材料制造廠，還是在制造重要物品的核心零件都取得了很大的成績(jī)，除此之外，其在航天航空、冶金、輪船都有很大的應(yīng)用，并有很好的發(fā)展前景。

2.2 電子束增材制造技術(shù)

電子束增材制造技術(shù)與鑄鍛焊一體3D打印技術(shù)所用的原料相同，但熱源不同。電子束增材制造技術(shù)是以電子束作為熱源，在高溫下對(duì)融化和打印金屬原件，利用這種方式制造出來(lái)的金屬零件不含雜質(zhì)，純凈度較高，并且金屬絲在高溫下的沉積速率較快，能夠節(jié)省時(shí)間，由于以上原因，其受到相關(guān)金屬零件制造企業(yè)的廣泛歡迎。其技術(shù)上的特點(diǎn)還能夠修復(fù)破損的金屬零件、增添結(jié)構(gòu)，并且不會(huì)有任何痕跡，因此，這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用到汽車(chē)、輪船等的制造當(dāng)中，并且深受金屬零件修理部門(mén)的喜愛(ài)。另外，目前其主要想向生物技術(shù)的領(lǐng)域發(fā)展，相關(guān)技術(shù)人才正努力的對(duì)其進(jìn)行研究。

2.3 惠普多射流熔融3D技術(shù)

惠普多射流熔融3D技術(shù)是在2014年末剛剛推出的研究成果，其利用熱噴墨技術(shù)為基礎(chǔ)，由于噴頭設(shè)計(jì)的孔徑下、密度高，只需要一次運(yùn)動(dòng)就能夠完成對(duì)金屬材料的覆蓋?；萜斩嗌淞魅廴?D技術(shù)對(duì)多個(gè)金屬零件3D打印技術(shù)進(jìn)行了研究，并總結(jié)了目前3D技術(shù)中所存在的問(wèn)題，加以改正，因此其在成本、速度、精確度上都是其它技術(shù)無(wú)法相比的。其工作的方式也去其他技術(shù)所不同，與漢堡的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，金屬材料粉末和熱源是面包，熔劑和精細(xì)劑是夾層，層層都進(jìn)行鋪設(shè)，這種技術(shù)能夠杜絕制造出來(lái)的金屬材料質(zhì)量差現(xiàn)象的發(fā)生。由于其剛剛走入市場(chǎng)，并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用，但其強(qiáng)大的技術(shù)水平一定能夠使這項(xiàng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用。

3.結(jié)束語(yǔ)

雖然金屬零件3D打印技術(shù)已經(jīng)取得先進(jìn)的技術(shù)成果，但這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展還處于起步階段，并沒(méi)有廣泛的在市場(chǎng)上推行，除了相關(guān)的技術(shù)研究人員，各個(gè)領(lǐng)域的負(fù)責(zé)人甚至對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用情況一無(wú)所知。為了改變這種狀況，政府應(yīng)給與這項(xiàng)技術(shù)一定得支持，投入資金的同時(shí)，組織技術(shù)人才繼續(xù)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究，并加大宣傳力度，使這項(xiàng)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域中都能夠得到應(yīng)用。為了研究出具有我國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)金屬零件3D打印技術(shù)，必須利用大規(guī)模的生產(chǎn)和實(shí)踐等方法，提高技術(shù)水平。

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