金屬3D打印技術(shù)及其專用電源的研究進展
近年來，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于實際產(chǎn)品的制造，特別是金屬材料的制造。在國防領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國家重視3D印刷技術(shù)的發(fā)展，投入大量資金研究，3D印刷金屬部件一直是研究和應(yīng)用的重點。它不能打印模具、自行車、槍支等武器，甚至不能打印汽車、飛機等大型設(shè)備。三維打印作為一種新的制造技術(shù)，在設(shè)備設(shè)計與制造、設(shè)備保障、航空航天等領(lǐng)域顯示出了非常廣闊的應(yīng)用前景，并顯示出強大的發(fā)展勢頭。
1 3D打印概述
1.1 基本概述
3D打印技術(shù)的核心思想起源于19世紀(jì)末的美國，但直到20世紀(jì)80年代中期才形成。1986年，美國查爾斯·赫爾發(fā)明了臺3D打印機。3D打印技術(shù)于1991年在中國開始研究。大約在2000年，這些過程開始從實驗室研究到工程和生產(chǎn)逐漸發(fā)展。當(dāng)時，它的名字是快速原型技術(shù)（RP），這是在開發(fā)樣本之前的物理模型?，F(xiàn)在又被稱為快速成型技術(shù)，材料加成制造。但為了方便公眾接受，這種新技術(shù)統(tǒng)稱為3D打印。三維打印是一種基于數(shù)字模型設(shè)計的快速成型技術(shù)，三維物體的生成技術(shù)是利用金屬粉末或樹脂等粘合材料層層“增料”印刷而成。3D打印被稱為“上個世紀(jì)的思想和技術(shù)，本世紀(jì)的市場”。
1.2 3D打印特點
1)精度高。目前，3D打印裝置的精度可以控制在0.3mm以下。
2）短周期。3D打印不需要模具的制造工藝，大大縮短了模型的生產(chǎn)時間。一般來說，模型可以在幾小時甚至幾十分鐘內(nèi)打印出來。
3)個性化。3D打印對打印模型的數(shù)量沒有限制，無論是否可以以相同的成本進行一個或多個打印。
4）材料的多樣性。3D打印系統(tǒng)可以打印不同的材料，這些材料的多樣性可以滿足不同領(lǐng)域的需要。
5)成本相對較低。雖然目前3D打印系統(tǒng)和3D打印材料相對昂貴，但如果用于制作個性化產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本相對較低。
2 金屬3D打印技術(shù)
金屬零件三維打印技術(shù)是整個三維打印系統(tǒng)中進、最有潛力的技術(shù)，是先進制造技術(shù)的重要發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及應(yīng)用的需要，利用快速成型直接制造金屬功能零件已成為快速成型的主要發(fā)展方向。目前，直接制造金屬功能件的快速成型方法主要有：選擇性激光熔接（SLM）、電子束選擇性熔接（EBSM）、激光工程網(wǎng)成型（透鏡）等。
2.1激光工程清潔成形技術(shù)（透鏡）。
透鏡是桑迪亞國家實驗室提出的一種新的快速成型技術(shù)。它的特點是直接制造具有復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)的金屬功能零件或模具；多種可加工金屬或合金材料可以實現(xiàn)非均勻材料零件的制造；便于加工熔點高、加工難度大的材料。
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透鏡是在激光熔覆技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的金屬零件三維打印技術(shù)。所述金屬粉末采用中強激光同步熔化，并按預(yù)定軌跡逐層沉積在基片上，最終形成金屬零件。1999年，Lens Technology被評為美國工業(yè)“創(chuàng)意的25項技術(shù)”之一。國外學(xué)者對透鏡法制備的奧氏體不銹鋼試樣的硬度分布進行了研究。結(jié)果表明，試樣的維氏硬度隨加工層數(shù)的增加而降低。
采用透鏡法制備了承重植入體的多孔梯度結(jié)構(gòu)。所用材料為鎳、鈦等與人體相容性好的合金。植入物的孔隙率為70%，植入物的使用壽命為7-12年?？死锵＜{等人。用Ti6Al4V和CoCrMo合金制備了多孔生物植入體，并對其力學(xué)性能進行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)孔隙率為10%時，楊氏模量可達(dá)90 GPa；當(dāng)孔隙率為70%時，楊氏模量降至2 GPa。張等。制備了網(wǎng)狀鐵基（Fe-B-Cr-C-Mn-Mo-W-Zr）金屬玻璃（MG）模塊，發(fā)現(xiàn)MG的顯微硬度達(dá)到9.52GPA。采用LNS法對GTD-111定向凝固高溫合金進行了修復(fù).采用透鏡法制備了國產(chǎn)薛春芳及其它具有良好組織、顯微硬度和力學(xué)性能的鈷基高溫合金薄壁件。通過透鏡工藝形成非變形Ni-Cu-Sn合金試樣。

1.金屬材料3D打印技術(shù)
三維打印的鈦合金大整體主軸承結(jié)構(gòu)等大型零件的金屬材料性能可以達(dá)到或接近鍛件的水平。利用三維打印技術(shù)對渦扇發(fā)動機葉片進行修復(fù)，實現(xiàn)了三維打印和零件基體結(jié)合區(qū)域的性能，以滿足零件的要求。與傳統(tǒng)焊接相比，金屬3D打印修復(fù)具有以下特點：
主要結(jié)果如下：(1)熱影響區(qū)小，不影響基體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布；
（2）無需加熱及后續(xù)熱處理;
（3）3D打印結(jié)構(gòu)緊湊，與基體冶金結(jié)合，性能接近零件原始結(jié)構(gòu)。
(4)三維打印區(qū)的組織和性能達(dá)到鍛件的水平；
（5）自動化控制，加工余量少。
1.1 大型鍛件局部3D打印成形
以AP 1000核電主管線為例，要求超低碳氮控不銹鋼整體鍛造。鍛件生產(chǎn)的主要難點是形成兩個噴嘴，鍛件的材料利用率低于15%。受渦輪風(fēng)扇發(fā)動機葉片三維打印修復(fù)技術(shù)的啟發(fā)，核電主管道的成形可以簡化為鍛造或擠壓不銹鋼管+三維打印噴嘴。該方法可大大降低核電主管道的生產(chǎn)難度和成本。
具有局部難成形特性的大型鍛件，如核電主管線和多噴嘴頭，可通過三維打印成形。該方法在保證鍛件整體質(zhì)量的前提下，大大降低了鍛件的生產(chǎn)難度、成本和周期。此外，大鍛件局部三維打印的思想還可以擴展到大鍛件的三維打印拼焊技術(shù)。如果三維打印區(qū)、三維打印區(qū)和基體鍵合區(qū)的金屬材料性能能夠滿足鍛件的要求，說明三維打印焊接鍛件可以替代整體大型鍛件。
1.2 大型鍛件缺陷修復(fù)
大型鍛件表面和內(nèi)部的超標(biāo)缺陷，以及由于材料不足而造成的加工余量不足，可能導(dǎo)致整個鍛件報廢，造成巨大的經(jīng)濟損失和能源浪費。由于焊接組織的性能低于鍛件，鍛件一般不允許補焊，但金屬三維打印技術(shù)的出現(xiàn)改變了這種情況。目前，金屬3D打印的一些材料性能已達(dá)到鍛造水平。如果三維打印結(jié)構(gòu)與鍛造基體的結(jié)合能夠滿足鍛造的要求，可以采用三維打印技術(shù)對大鍛件的缺陷區(qū)域進行局部修復(fù)，提高鍛造合格率。未來，隨著3D打印技術(shù)的改進，與大型鑄件的允許補焊類似，大型鍛件也允許3D打印和修復(fù)，這將是大型鍛件生產(chǎn)工藝的革命性突破。
1.3 大型零件在線修復(fù)
發(fā)電機轉(zhuǎn)子、渦輪葉片、船用曲軸等大型零部件在使用過程中會出現(xiàn)局部裂紋、磨損和變形。傳統(tǒng)的補焊方法只能通過機加工、預(yù)熱、焊接、機加工、熱處理等工藝進行修復(fù)。維修工作需要在大型專業(yè)設(shè)備上進行，但維修面積的性能低于原零部件組織的性能，增加了維修成本，維修周期和維修效果不理想。由機器人和3D打印技術(shù)組成的便攜式金屬3D打印設(shè)備，可以改變這種狀況，實現(xiàn)大型零件的現(xiàn)場維修，甚至在線維修。機器人金屬三維印刷技術(shù)修補大部件的具體操作步驟如下：
（1）確定修理方案，對修理區(qū)域進行預(yù)處理；
(2)利用三維成像技術(shù)對修復(fù)區(qū)進行三維逆向建模；
(3)將修復(fù)區(qū)域的三維模型轉(zhuǎn)化為機械手的運動軌跡。
(4)確定3D打印參數(shù)，定位機器人，修復(fù)；
（5）修補區(qū)域的表面處理和檢查。

手板是用實物表現(xiàn)設(shè)計，使設(shè)計更具體直觀，是用創(chuàng)造性的工藝，創(chuàng)新產(chǎn)品！無論機器設(shè)備多先進，手板始終離不開精細(xì)的手工處理；先進的軟件可以模擬出非常逼真的產(chǎn)品圖，但手板不是模擬，而是真實地表現(xiàn)設(shè)計。任何缺陷與瑕疵都可以在產(chǎn)品開發(fā)的前期得以彌補和改良，廣東手板模型，使產(chǎn)品在開模之前有一個成熟的設(shè)計，汽車手板模型廠，降低產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險。
國內(nèi)手板模型工業(yè)發(fā)展到今天，經(jīng)歷了一個艱辛歷程。自1977年以來，由于我國機械、電子、輕工、儀表、交通等工業(yè)部門蓬勃發(fā)展，對鑄造模具需求數(shù)量上越來越多，質(zhì)量要求越來越高，供貨期越來越短。因此，手板模型 硅橡膠。在鑄造模具工業(yè)高度重視，將模具列為'六五''七五'規(guī)劃重點科研攻關(guān)項目，派人出國學(xué)習(xí)考察，引進國外鑄造模具先進技術(shù)，制定有關(guān)鑄造模具國家標(biāo)準(zhǔn)。通過這一系列措施，使得鑄造模具工業(yè)有了很大發(fā)展，并某些技術(shù)方面有所突破。
3D打印技術(shù)的流行詞匯，大概對每個人來說都不陌生。雖然它在全國的應(yīng)用還很有限，但目前的3d打印技術(shù)還不完善。盡管如此，它仍然顯示出強大的吸納資金的能力。此外還有大量的國家投資和大量的民間資本。它也開始涌入這個行業(yè)，人們對這項可能具有劃時代意義的技術(shù)非常樂觀。實際上，3D打印技術(shù)和3D打印技術(shù)是不同的，并且可以認(rèn)為3D打印技術(shù)不是所有的3D打印技術(shù)。其實，3D打印技術(shù)本身就是一個多技術(shù)的產(chǎn)業(yè)，未來3D打印技術(shù)的發(fā)展需要多個產(chǎn)業(yè)的合作才能完成。如材料、軟件、自動化等。如果這些行業(yè)存在技術(shù)上的局限性，也會影響3d打印技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。打印一個模型，或一個小工藝，一個玩具，現(xiàn)在一個非常普通的千美元打印機可以完成。但是如果你想打印一個金屬機械零件，你需要幾十萬，幾百萬美元的打印機。盡管它們都是3D打印機，但是它們的再成形過程和技術(shù)困難完全不同，一個是ABS材料，僅僅需要通過加熱裝置熔化ABS材料，并且可以由噴頭重新形成，而另一個是金屬粉末的需要，然后通過激光燒結(jié)來重新形成。還有其他的3D打印技術(shù)，如技術(shù)，將使用細(xì)胞和細(xì)胞液。因此，小編認(rèn)為3D打印技術(shù)是一個包含多種技術(shù)的產(chǎn)業(yè)。如果沒有其他許多行業(yè)的支持，3D打印技術(shù)將很難取得重大突破。因此，3D印刷技術(shù)在20多年的發(fā)展中并沒有形成眾所周知的發(fā)展，而不是人們的關(guān)注，而是受到其他行業(yè)的發(fā)展的限制。只有3D打印技術(shù)突破瓶頸的條件。
pcm（無模鑄造制造）是由清華大學(xué)激光快速成型中心研制的。將快速成型技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的樹脂砂型鑄造工藝。首先，從零件cad模型中得到鑄件cad模型。從模具CAD模型的STL文件中獲取輪廓信息，然后由層信息生成控制信息。當(dāng)成型時，**噴嘴通過計算機控制地在每層型砂上噴灑粘合劑，第二噴嘴沿著相同的路徑噴灑催化劑。兩者通過膠合反應(yīng)，固化型砂層堆積形成。粘合劑和催化劑共同作用的地方，局部成型砂凝固在一起，其他局部成型砂仍處于顆粒狀狀態(tài)..一層固化后，下一層粘合。所有層粘合后，獲得空間實體。生砂仍然是干燥的沙子，那里的粘合劑是不噴灑，這是更容易。中間未溶解的干砂，可以得到一定壁厚的鑄件。砂型內(nèi)表面經(jīng)涂層或浸漬后，可用于澆注金屬。
與傳統(tǒng)的模具制造技術(shù)相比，無模具制造技術(shù)具有無可比擬的優(yōu)勢.它不僅使鑄造工藝高度自動化、敏捷化，降低了工人的勞動強度，而且突破了傳統(tǒng)工藝的諸多障礙，大大降低了設(shè)計和制造的約束條件。具體表現(xiàn)在：制造時間短，制造成本低，無需木模，集成造型，模芯同時成型，無拉模傾斜，可制造自由曲面（曲線）鑄件。