基于金屬零件3D打印技術的應用研究

基于金屬零件3D打印技術的應用研究

彭 湘 楊 芳 伍 浩 江南工業集團有限公司

3D打印技術能夠快速構造物體，打造出普通打印技術無法打印出來的物品。而金屬零件3D打印技術在3D打印技術中是最具有發展潛力的一項技術，其在一定程度上改變了人們傳統的生活的方式。本文通過對金屬零件3D打印技術進行簡單了解，進而對金屬零件3D打印技術的應用進行探究。

金屬零件；3D打印技術；應用研究

引言

3D打印技術與普通的打印技術原理基本相同，是在打印機中放進需要打印東西的原材料，只不過二者使用的材料有很大的區別。普通的打印技術在打印機內放入的是紙張、墨水等，而3D打印機內放置的是金屬材料、陶瓷等，是真正的原材料，在電腦的幫助下，通過層層疊加來實施對實物的制造。金屬零件結構復雜，體積較小，人工制造有一定的難度，可以利用金屬零件3D打印技術輕松解決此類問題，本文對此項技術進行更為具體的分析。

1.金屬零件3D打印技術的產生以及發展情況

1.1 金屬零件3D打印技術的產生

3D打印技術最早出現在20世紀九十年代。由于人工制作金屬零件存在一定的困難，并受到設備、車間等條件的限制，而金屬零件是制造工具的基礎材料，其制造水平間接影響著工業的發展情況，迫切的需求促進著技術的發展，從而使金屬零件3D打印技術出現在人們面前，并促進了人們的生活方式和相關制造業的發展。

1.2 金屬零件3D打印技術的分類

金屬零件3D打印技術按照金屬粉末的添置方式主要分為三類：（1）使用激光照射預先鋪置好的金屬粉末。當在打印機內鋪設好金屬粉末，電腦已經設定打印出的金屬零件結構時，這些前提工作已經完成的情況下，利用激光照射金屬材料，并不斷輸入金屬粉末，保證在成形過程后原材料的充足。這項技術是激光照射與材料輸送同時進行的激光凈化技術，目前在國內使用廣泛。（2）激光選區熔化技術。這項技術與前一種的技術原理相同，只是在工作過程中，激光照射的范圍有限，選擇固定的區域利用激光進行照射。（3）電子束熔化技術。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打印技術在國內的發展情況

根據2016年8月12日發布的新聞來看，我國3D打印技術的發展經歷過七次革命，具體發展過程如下圖所示：

雖然我國的3D打印技術處于不斷發展過程中，但由于起步晚、技術落后等方面的原因，與發達國家相對成熟的技術相比，還存在一定的差距，因此，必須對3D打印技術進行更深層次的研究。

2.金屬零件3D打印技術的應用研究

目前，金屬零件3D打印技術在不斷發展過程中，已經包含很多先進的技術，下文對其中一些技術的應用進行簡要概括。

2.1 鑄鍛焊一體3D打印技術

鑄鍛焊一體3D打印技術是由我國華中科技大學的一名教授研發的，是我國獨立研發的為制造金屬零件而研究出來的3D打印技術，并且已經經過實踐，成功制造出了金屬零件。據相關技術人員進行研究分析，鑄鍛焊一體3D打印技術在各個領域中都有廣泛的應用，其在一定程度上能夠對金屬零件制造的發展史造成影響。鑄鍛焊一體3D打印技術具有強大的技術水平，將利用其技術制造出的金屬零件與利用激光打印3D技術制造的金屬零件相比，其無論是在精細程度還是在材料的使用情況方面都有很大的超越，在精細程度上有50%的提高，在材料使用上，由于鑄鍛焊一體3D打印技術的材料利用率水平較高，因此能夠節省材料。此外，鑄鍛焊一體3D打印技術主要以金屬絲為材料，以電弧為熱源，這種金屬絲的成本價格低廉，電弧相較于其他技術的熱源來說成本價格也十分低。目前，這種技術在國內已經被廣泛的應用，無論是在相關金屬材料制造廠，還是在制造重要物品的核心零件都取得了很大的成績，除此之外，其在航天航空、冶金、輪船都有很大的應用，并有很好的發展前景。

2.2 電子束增材制造技術

電子束增材制造技術與鑄鍛焊一體3D打印技術所用的原料相同，但熱源不同。電子束增材制造技術是以電子束作為熱源，在高溫下對融化和打印金屬原件，利用這種方式制造出來的金屬零件不含雜質，純凈度較高，并且金屬絲在高溫下的沉積速率較快，能夠節省時間，由于以上原因，其受到相關金屬零件制造企業的廣泛歡迎。其技術上的特點還能夠修復破損的金屬零件、增添結構，并且不會有任何痕跡，因此，這項技術被廣泛應用到汽車、輪船等的制造當中，并且深受金屬零件修理部門的喜愛。另外，目前其主要想向生物技術的領域發展，相關技術人才正努力的對其進行研究。

2.3 惠普多射流熔融3D技術

惠普多射流熔融3D技術是在2014年末剛剛推出的研究成果，其利用熱噴墨技術為基礎，由于噴頭設計的孔徑下、密度高，只需要一次運動就能夠完成對金屬材料的覆蓋。惠普多射流熔融3D技術對多個金屬零件3D打印技術進行了研究，并總結了目前3D技術中所存在的問題，加以改正，因此其在成本、速度、精確度上都是其它技術無法相比的。其工作的方式也去其他技術所不同，與漢堡的結構類似，金屬材料粉末和熱源是面包，熔劑和精細劑是夾層，層層都進行鋪設，這種技術能夠杜絕制造出來的金屬材料質量差現象的發生。由于其剛剛走入市場，并沒有得到廣泛的應用，但其強大的技術水平一定能夠使這項技術在各個領域中都得到廣泛的應用。

3.結束語

雖然金屬零件3D打印技術已經取得先進的技術成果，但這項技術在我國的發展還處于起步階段，并沒有廣泛的在市場上推行，除了相關的技術研究人員，各個領域的負責人甚至對這項技術的應用情況一無所知。為了改變這種狀況，政府應給與這項技術一定得支持，投入資金的同時，組織技術人才繼續對這項技術進行研究，并加大宣傳力度，使這項技術在各個領域中都能夠得到應用。為了研究出具有我國知識產權金屬零件3D打印技術，必須利用大規模的生產和實踐等方法，提高技術水平。

[1]趙焰平.金屬3D打印技術應用的困惑及解析[J].世界有色金屬,2016（11）

[2]李希朝.金屬零件3D打印技術的應用研究[J].科技與創新,2016（1）