一種低成本實用新型金屬熔融沉積3D打印技術

增材制造技術是制造技術原理的一次革命性突破，它形成了最能代表信息化時代特征的制造技術，即以信息技術為支撐，以柔性化分布式的產品制造方式最大限度地滿足個性化需求。增材制造技術的基本原理是先將零件三維圖形離散劃分成一系列薄片（切片過程），再利用2D制造工藝依次制作這些薄片,并逐層疊加（生長）獲得最終的3D 零件,增材制造技術又被形象地稱為“ 3D打印”。增材制造技術在發(fā)展初期主要應用于概念驗證、模具制造、以及用于組裝和功能測試的樣件快速成型等方面。

近十年來，由于該項技術不斷取得突破，增材制造技術逐漸被應用于實際產品的加工。金屬零部件最終產品的增材制造技術發(fā)展尤其迅速，在結構復雜、材料昂貴的產品生產，以及小批量定制生產方面，成本、效率和質量優(yōu)勢更加突出。美歐等發(fā)達國家非常重視增材制造技術的發(fā)展，投入巨資加以研究，而金屬零部件增材制造技術一直是研究和應用的熱點。

通常，根據(jù)填充材料方式的不同，金屬增材制造可以分為預鋪粉和同步送粉或送絲兩種，結合激光、電子束兩種高能束能量源，預鋪粉的增材制造技術具體可分為激光選區(qū)熔化增材制造（SLM）技術以及選區(qū)電子束熔化增材制造（EBM）技術，同步送粉或送絲增材制造技術主要可分為激光熔化沉積（LMD）技術以及電子束熔絲沉積（EBFF）技術兩種。

目前基于FDM原理打印的材料只局限于熱塑性（尼龍、PLA和ABS等）材料，打印溫度一般控制在200-300℃左右，對于不銹鋼、鈦合金等高溫合金材料，一般用激光燒結合金粉末的方式或者以電子束、微弧焊、焊接三維成型等方式實現(xiàn)，而激光燒結技術制造的金屬件存在組織疏松，強度達不到實際使用要求，且設備復雜昂貴等缺點。而電子束、微弧焊、焊接三維成型等方式沒有噴頭約束金屬液滴，成型精度很難保證。

中科院寧波材料所增材制造技術與裝備團隊專注于提供一種低成本、結構簡單、精度高、打印效率高、適合任何一種高溫金屬的熔融沉積成型的3D打印裝備。

主要集中解決3個主要問題，一是采用超高頻電磁感應的加熱方式，（非接觸式，具有可靠性高、無污染、效率高以及加熱溫度容易控制等優(yōu)點），通過自動調節(jié)感應線圈功率，可以熔化不同種類的合金，熔化溫度最高可達3000℃以上，即使是航空航天領域的鎢合金和鉬合金也能被瞬間熔化。

其次采用主動冷卻技術，可以有效的緩解熔液回流、送絲不暢、噴頭堵料等現(xiàn)象。最后通過設計加工特殊的噴頭材質，使打印金屬精度大幅提升。


與現(xiàn)有技術相比，中科院寧波材料所增材制造技術與裝備團隊的優(yōu)勢在于：

1、用熔融沉積成型原理實現(xiàn)低溫和高溫合金的打印，從鋁合金到高溫合金，幾乎適用于所有金屬材料打印，可以大幅降低打印成本，真正實現(xiàn)民用化。

2、采用特殊材質的噴嘴可以大幅提高打印精度，打印精度可以根據(jù)噴嘴直徑調節(jié)，打印精度明顯優(yōu)于弧焊和電子束。

3、感應線圈可以對打印物體局部預熱和保溫，有利用層與層之間的結合強度。

中科院寧波材料所增材制造技術與裝備團隊的研究工作初步已經證明低成本金屬熔融沉積成型的可行性，未來，中科院寧波材料所增材制造技術與裝備團隊繼續(xù)在低溫合金及高溫合金方面進行深入研究，力爭在如何增強層與層的結合力、改善組織結構、提高打印精度等方面取得突破，實現(xiàn)鋁、銅、鈦、鎢合金零部件的打印，廣泛應用于醫(yī)療、模具、汽車、航空航天等行業(yè)。3D打印世界