《3D打印新技术制造性能优异的金属制品》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-01-09
  • 英国伯明翰大学、瑞典斯德哥尔摩大学和中国浙江大学组成的一个研究团队最近表示,相比于传统的制造工艺,3D打印新技术所打印的金属可以表现极高的强度和延展性。

    研究人员在“今日材料”上发表的论文中描述了这种新技术,利用3D打印展示出该技术制造强度高延展性好的金属的能力,而且表明了这项研究对于应用该技术制造重型金属零件至关重要性。

    3D打印技术可以快速制造一个复杂或特定形状的物品,长期以来一直被认为是可以改变制造业的技术。随着近年来技术的加速发展,3D打印正在快速的向工业应用领域发展,尤其是金属3D打印。

    例如,制造业巨头General Electric(GE)已经将金属3D打印技术应用在一些重要部件的生产上,比如最新的LEAP飞机发动机中900个分散部件减少到16个,使燃料喷嘴减轻40%,成本减低60%。

    预计到2025年,每年全球应用3D打印技术的收入将超过200亿美元。尽管该技术应用前景好,但3D打印金属制品的质量一直不太理想。在大多数金属3D打印工艺中,原料是金属粉末,这就使得其易于产生缺陷,从而影响机械性能。

    最近从斯德哥尔摩大学到伯明翰大学从事科研的该项目的主要研究人员Leifeng Liu 表示:“强度和延展性是相互矛盾的性质,大多数情况下金属强度高延展性都会下降,众所周知,3D打印技术可以生产出特别复杂形状的零件,我们的工作表明,3D打印技术还可以生产出强度和延展性都有显著提高的下一代结构合金。”

    要想实现上述金属的性能就要保证有特别快的冷却速度,估计在1000℃/秒到1亿℃/秒的范围内,在3D打印技术出现之前这是不可能的事情。这样快的冷却速度可以让金属达到一种非平衡过渡相从而形成特殊的显微结构,如亚微米尺寸的位错网络,这就是改善机械性能的主要因素。

    Liu说:“这项工作会帮助研究者找到一个新的方法去设计具有机械性能优越的合金系统。这也有助于金属3D打印技术应用于如航空航天和汽车工业中的结构部件等要求机械性能非常高的领域。”

  • 原文来源:http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=128248
相关报告
  • 《日企新技术使3D打印金属零部件的制造费降3成》

    • 来源专题:工程机械与高端装备
    • 编译者:赵卫华
    • 发布时间:2024-08-02
    • 日本JFE钢铁集团(JFE Steel Group)旗下的“日本铸造”开发出了可利用3D打印机将金属机械零部件的制造费用降低2~3成的技术。最早将于2024年度面向工业机械等用途使用该技术量产零部件,还会讨论出售技术授权。 使用3D打印机的金属产品存在制造费用过高的课题。如果能够利用新技术促进其普及,将可以轻松应对人手短缺问题。 工业用3D打印机一般用激光来融化金属粉末等,通过层层堆叠形成立体形状。不仅可以缩短交货期,而且与传统的铸造方法相比,更容易制作出复杂的立体形状,因此也被用来制作太空开发用途的零部件。 制作金属粉末时,需要喷上氩气(Argon Gas)等,因此材料成本较高。据日本铸造介绍,在使用3D打印机制造零部件的费用中,材料费占3~5成左右。以该公司为例,使用普通3D打印机制造的零部件大多单价在几万日元到几百万日元之间。大部分产品的制造费用都比较高,这是普及的一大障碍。 日本铸造开发出了在制作金属粉末时使用水的工艺。以前,虽然使用水可以降低成本,但由于会导致粉末的形状变形,很难用打印机制作出有一定强度的形状。该公司利用3D打印机操作技术,通过增加激光的照射量和灵活控制照射方向,使形状更容易保持稳定。据称,已经达到了可以作为机械零部件使用的强度。
  • 《制造轻质晶体结构的新方法——3D打印》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-03-19
    • 仿生学是一门跨学科的研究领域,它模仿生物过程,为复杂的人类问题设计解决方案——结合了金属和聚合物增材制造技术(即3D打印)的发展,已经在生产更耐用的轻质材料和结构方面取得了突破。新加坡ASTAR的科学家们调查研究发现,医学植入材料、汽车和航天部件都将从中受益。 晶格结构如图所示,从上到下的直径分级和空间分级都是统一的标准。图片来源: ASTAR 和 Elsevier 据全球研究机构ASTAR称,铸造和机加工等传统制造工艺并不适合于建造坚固的轻质结构,并且限制了设计的可能性。ASTAR的研究人员发明了一种新方法,使用增材制造技术制造轻质晶体结构,并且提高了其结构的强度和刚度,为制造新型吸水材料和夹层结构开辟了新道路。 此项目由新加坡制造技术研究所(ASTAR)的科学家Stephen Daynes和新加坡国立大学的研究人员合作完成,Stephen Daynes解释说:“此种方法制造的晶格结构优于传统固体材料的结构性能,可用于制造轻质夹层芯、医用植入物材料和具有特殊机械和热性能的特定晶格材料。利用一种新的仿生学方法,我们能够创造出类似于竹子和人类骨骼的细胞和晶格结构。” 研究人员通过结合拓扑和尺寸优化的方法,确定了晶格中被称为等静线的主应力线。由ASTAR发布的新闻指出,这种方法可以调整结构中的每个晶胞的大小、形状和方向,从而显著减少相邻晶胞之间的应力。研究人员称,这种设计方法使晶体刚度提高了172%,强度提高了100%。 Daynes说:“我们的技术可以创造出轻量级的功能梯度晶格,大大提高了增材制造夹层结构的刚度和强度,并且不会增加它们的质量。这些结构特别适合于增材制造过程,因为它们基本不受制造复杂性的约束。” Daynes说:“我们计划将这种方法应用到三维的应力场中,通过采用空间梯度的晶格产生更新颖、更有效的材料。”