導讀：傳統的金屬3D打印技術多是采用高能束將材料熔化后完成冶金結合，由于熔化過程涉及固液相變，導致材料在打印中難免產生缺陷。MELD制造公司推出的攪拌摩擦沉積3D打印技術則另辟蹊徑，開發出了一種不使用高能熱源，也不需要保護氣氛的新型攪拌摩擦沉積增材制造技術，且擁有十倍于粉末床熔融技術的成形速度。

2022年3月7日，位于弗吉尼亞州克里斯蒂安斯堡的3D打印技術開發商MELD制造公司已經與弗吉尼亞理工大學開展合作，以尋求進一步推進其增材制造摩擦沉積技術。

一直以來，MELD制造公司都在持續推進金屬摩擦沉積工藝的開發和研究，同時制造基于該技術的3D打印機。現在，來自弗吉尼亞理工大學材料科學和工程實驗室的Yu研究小組已經開始以學術身份帶頭研究該技術。

據弗吉尼亞理工大學稱，其研究方向包括工藝基礎，如溫度、材料流動和變形，動態相和微結構演變，以及異質結構材料的設計和制造。該團隊還希望利用磁性材料、金屬玻璃和形狀記憶材料開發新的應用。

MELD制造公司的首席執行官兼創始人NanciHardwick解釋說："我們與弗吉尼亞理工大學材料科學部有著密不可分的聯系。他們的專業知識對我們非常關鍵，大學里已經引進了我們公司的一臺機器，同時輔以世界級的表征設備，可謂是天作之合。因為這是一個新的過程，我們的客戶需要知道很多關于我們打印材料的信息，而弗吉尼亞理工大學正在幫助我們獲得這些信息。"

△增材制造攪拌摩擦沉積技術。照片來自MELD制造公司。

增材式攪拌摩擦沉積法是如何工作的？

MELD制造公司擁有十幾項增材制造攪拌摩擦沉積工藝的專利，與其他金屬3D打印技術不同的是，該技術是一個固態過程，在低于熔化溫度的情況下進行，往往不會熔化打印材料。

從這項技術中我們可以看到一個固體進料桿（打印材料）被推過一個空心旋轉工具，當送料桿接觸到下面的基材時，它開始涂抹并通過摩擦粘在基材上，發生塑性變形，但絕不會熔化。快速旋轉的工具具有加熱材料的作用，使其具有足夠的可塑性，從而發生如此嚴重的塑性變形。一旦第一層被涂上，送料桿就會被簡單地抬起并推回，以打印更多的層，直到最后的三維部件完成。

摩擦沉積工藝與各種金屬兼容，如鋁、鈦、鋼和鎳基超合金。MELD的3D打印應用主要是在國防領域，包括零件涂層、部件維修、金屬連接和定制金屬基復合材料坯料。

由于其固態性質，與傳統的激光3D打印相比，增材制造攪拌摩擦沉積技術具有較低的殘余應力和明顯較低的能量需求。它還與那些不容易出現孔隙、熱裂和其他與熔融技術有關的問題的材料兼容。

此外，MELD的技術是一個單一步驟的過程，所以用戶不必擔心燒結或熱等靜壓（HIP）等繁瑣的后處理工作流程來提高零件質量。

△獲得專利的MELD固態工藝。照片來自MELD制造。

尺寸和速度的結合

據MELD稱，增材攪拌摩擦沉積技術能夠以前所未有的規模生產大型金屬零件。這可以歸因于這樣一個事實，即該技術不限于小型粉末床或真空系統，它是一種可以在開放的大氣環境下實施的工藝，不受操作環境或材料表面條件的限制。MELD公司還聲稱，該技術的材料沉積速度比粉末床熔融等工藝快十倍以上。

哈德威克補充說："我們能夠制造大尺寸的部件，而這些零件以前只能通過鍛造完成。我們能夠制造出其他3D打印技術不能打印的合金，而且能夠露天制作，這就消除了規模上的任何限制。這是一個令人難以置信的可擴展的技術。"

△前沿作戰基地的MELD增材制造維修概念圖。圖片來自MELD制造公司

增材制造攪拌摩擦沉積只是近年來亮相的眾多3D打印工藝之一。就在本周，總部位于巴塞羅那的BCN3D宣布了新的粘性光刻制造（VLM）3D打印技術，標志著該公司進入了樹脂市場。該方法是一種多材料的方法，使用戶能夠同時用兩種高粘性樹脂進行打印。

在其他地方，一個包括空中客車公司、賽峰集團著陸系統公司和蘇格蘭國家制造研究所（NMIS）在內的財團最近開始為航空航天領域研究一種新的混合定向能量沉積（DED）3D打印工藝。據報道，這項新技術旨在克服傳統制造公司目前面臨的挑戰，將解決與制造成本和交貨時間有關的一些問題。