金属丝的电子束熔融焊接技术或比粉末床技术更有前景

提到金属3D打印,谈论最多的是粉末床熔融技术,而实际上,象诸如Sciaky这样的基于金属丝熔融焊接技术EBDM,它将打印材料直接送进打印头,用电子束在直接在机头熔融并打印材料。可以说是一滴一滴的打印金属物品的,其物品制作的精度和质量都非常高,更关键在于它基本不产生任何废料,节省了大量的原材料——考虑到金属的价格,这对降低成本有非常大的作用。尤其是相对于金属粉末,金属丝的价格十分具有优势,另外对于容易被氧化的金属,金属丝在打印过程中的质量就更稳定了。再加上金属丝打印的产品的尺寸范围要比粉末熔融技术大得多,这使得金属丝3D打印的想象空间很大。

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近日,澳大利亚卧龙岗(Wollongong)大学机械、材料与机电工程学院的一组研究人员在《Advanced Manufacturing Technology(先进制造技术)》杂志上发表了一篇文章,肯定了基于金属线的技术的优势,并认为这可能是金属3D打印技术未来的发展方向。Wollongong_2

这篇文章一开始就列举了金属线3D打印技术(以下简称金属线技术)的一些优点,比如基于金属粉末的技术由于其低沉积速率使得他们不太适于打印中到大型金属部件;此外,由于金属线技术的材料使用效率更高(接近100%),这就使该技术的材料成本更低,而且更加环保。基于这些原因,他们认为,有必要对于金属线技术进行更加深入的研究。

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研究人员根据金属线技术所采用的能量来源(激光、电弧焊和电子束)不同将其分为了三类。每种类型都有其长处和短处,作者从效率、能源和材料等方面对其进行了深入的对比分析。其中最有趣的一种是由美国宇航局(NASA)申请专利的电子束无模成形(EBF,Electron Beam Freeform)技术,这一技术可以用来构建复杂的、接近最终形状的对象。该技术使用的材料显著较少,而且与传统的方法相比,需要的精加工工作量也更少。EBF技术的原理是使用聚焦电子束将原料(金属丝)在高真空环境中熔成熔池。该技术的3D打印速率或者金属的沉积速度可以达到惊人的2500毫升/小时,而且沉积速度越低,其打印的精细度就越高。此外,其3D打印的精细度还与作为原料的金属丝直径有关,金属丝越细,获得的精细度就越高。
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文章中介绍的每个技术都包括了其优势和缺点。不过作者把更多的注意力放在了如何解决金属丝技术目前的不足。尤其是对于以电弧焊为热源的金属丝技术,如何解决对于残余应力的控制和变形问题,对于该技术在大型金属对象的打印应用非常重要。

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