來自加利福尼亞州立大學(xué)的論文專業(yè)學(xué)生Reza Hajiha在“采用熱分解硫酸鋁的陶瓷增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的增材制造新方法”中探討了金屬3D打印中更復(fù)雜的問題。'進(jìn)一步研究3D打印的奇跡，Hajiha討論了所生產(chǎn)零件的強(qiáng)度和耐久性要求，特別是金屬基復(fù)合材料（MMCs）。

 

MMC今天引起了人們的關(guān)注，因?yàn)樗鼈兛梢缘挚箿囟群湍Σ粒⑻峁└玫臒岱€(wěn)定性。這些類型的零件提供3D打印和增材制造的所有優(yōu)勢(shì)，包括降低成本，提高生產(chǎn)速度和制造業(yè)的自我可持續(xù)性 - 對(duì)任何級(jí)別的用戶都是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。 Hajiha的研究涉及研究用陶瓷顆粒增強(qiáng)的3D打印MMC零件的新方法，由Yoozbashizadeh博士和加州州立大學(xué)長灘分校的Yavari博士和Northrop Grumman公司申請(qǐng)專利。

 

“目前的方法有一些缺點(diǎn)，例如可以使用的材料的限制和一些這種材料的差的機(jī)械性能。由于歸因于機(jī)器的高成本，上述一些方法包括高費(fèi)用，“Hajiha說。“此外，印刷模型缺乏尺寸精度是證明金屬部件增材制造領(lǐng)域進(jìn)一步研究和發(fā)明的另一個(gè)原因。由于具有出色的機(jī)械性能，MMC是開發(fā)和研究的有吸引力的領(lǐng)域之一。”

 

金屬基復(fù)合材料的分類基于纖維的大小和形狀

 

MMC在航空航天，運(yùn)輸和可穿戴設(shè)備等應(yīng)用中具有很好的應(yīng)用潛力。它們可以分類為顆粒，層，纖維和滲透復(fù)合材料。 Hajiha討論了一些不同類型的3D打印，包括：

 

選擇性激光燒結(jié)（SLS / SLM）

直接金屬激光燒結(jié)（DMLS）

激光工程凈成型（LENS）

傳統(tǒng)的3D打印

Hajiha還討論了諸如逐層打印之類的缺點(diǎn)，經(jīng)常導(dǎo)致由于內(nèi)部壓力因素導(dǎo)致的缺陷。這種變形和多孔性會(huì)導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低和部件性能降低。在使用MMC的生產(chǎn)中，存在一些缺點(diǎn)，例如可以使用有限數(shù)量的金屬添加劑，并且只有最少量的過量非金屬添加劑會(huì)導(dǎo)致過程中斷。在過多空隙的情況下也報(bào)告了更高的收縮水平 - 通常在更復(fù)雜的幾何形狀中看到。

 

MMC的優(yōu)點(diǎn)是更高的延展性和更好的強(qiáng)度，可以減少收縮，不影響熱性能，并且改善機(jī)械性能。 MMC還利用重結(jié)晶，減少實(shí)施方案和置換反應(yīng)。為MMC流程定制的3D打印機(jī)包括以下內(nèi)容：

 

粘合劑溶液輸送系統(tǒng)

供電系統(tǒng)

點(diǎn)膠閥和印刷床控制系統(tǒng)

粉末輸送系統(tǒng)

加熱系統(tǒng)

3D打印機(jī)原型的CAD模型

 

“為了將無機(jī)鹽溶液輸送到打印機(jī)床，加壓空氣被施加在注射器內(nèi)的溶液后面，”研究人員解釋說。“手動(dòng)泵送加壓空氣，類似的儀表監(jiān)測(cè)施加的壓力。溶液通過管道并被輸送到由控制器板控制的螺線管，以連接或斷開溶液流。溶液必須通過過濾器，以確保沒有雜質(zhì)或顆粒到達(dá)螺線管，以防止任何類型的堵塞。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，在解決方案中安裝了一個(gè)10微米的過濾器。”

 

制造過程包括：

 

期望的部分CAD模型圖

模型的G代碼導(dǎo)出

手動(dòng)對(duì)G代碼應(yīng)用修改以使其與原型兼容

將修改后的G代碼放入Mach3中

印刷過程

本研究還應(yīng)用了放電等離子燒結(jié)（SPS），研究人員指出，它具有比HP燒結(jié)更多的優(yōu)點(diǎn)，包括更高的溫升，更高的燒結(jié)速度和更低的運(yùn)行成本。

 

“研究可以進(jìn)一步研究印刷參數(shù)（如速度和溶液比）對(duì)零件表面質(zhì)量和機(jī)械性能的影響，”研究人員表示。“此外，通過使用噴墨打印頭來制造更復(fù)雜和近凈形狀的部件，可以改善打印過程。”

 

“可以收集上述研究的結(jié)果，并有助于開發(fā)模型和軟件，以模擬制造過程并預(yù)測(cè)最終部件的機(jī)械性能。”

使金屬粉末變形。

 

雖然增材制造已經(jīng)被美國宇航局等組織在幕后使用了幾十年，但由于它已經(jīng)成為主流，金屬3D打印已經(jīng)廣泛而迅速地發(fā)展，不僅在為海軍戰(zhàn)艦制造零件方面發(fā)揮作用，而且還在使用不同的材料和金屬粉末。

 

[來源/圖片：通過硫酸鋁熱分解增強(qiáng)陶瓷增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的新方法]

在X方向上前后移動(dòng)使粉末床變平