作为全球领先的3D打印研究中心之一，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）在金属3D打印领域硕果累累，LLNL不仅致力于复杂金属3D打印零部件的开发，通过他们的建模能力、数据挖掘技术和不确定性分析来优化3D打印金属零件，还致力于研发金属3D打印的新材料和新工艺。
最近三年以来，LLNL 开展了一个新的金属3D打印技术研究项目–金属直写技术（Direct Metal Writing），并希望通过该技术克服目前粉末床3D打印技术所存在的不足。
挤出半固体的金属材料
金属直写技术（Direct Metal Writing）是由LLNL与伍斯特理工学院合作进行研发的。与粉末床3D打印技术不同的是，金属直写技术所使用的打印材料不是金属粉末，而是由金属铸块加热而成的半固体状材料，材料中的固体金属颗粒被液体金属所包围，呈现出膏体一样的状态。像膏体一样的金属材料在压力的作用下，通过打印喷嘴挤出。
图片来源：LLNL
LLNL实验室的材料科学家指出，这是一种剪切稀化材料，当材料静止时，固体金属颗粒聚集从而使得结构变为固态。当材料流动时，固体颗粒就会断裂，从而使材料变得像液体基质一样。这种材料在冷却时变得坚硬，因而在金属直写技术3D打印的零件中氧化物和残余应力更少。
以往在进行金属零部件的3D打印时，分析和验证零部件的缺陷是一个很大的工作量，而金属直写3D打印技术的成熟将有可能减少这些工作。
前期进行的打印零件测试取得了成功，但LLNL表示该技术目前尚未成熟，接下来还需要探索打印精度更高的工业级材料，如铝和钛。
LLNL 通过金属直写设备3D打印铋锡混合物材料
图片来源：LLNL
在项目小组2017年2月发表于Applied Physics Letters 期刊的论文中，可以看到研究小组已使用熔点低于300摄氏度的铋锡混合物材料来打印零件，由于在打印中遇到了固体金属堵塞喷头的问题，该试验经过多次迭代才取得成功。
LLNL的工程师Andy Pascall表示，金属直写3D打印技术研发的一个关键点是，如何精确控制温度和材料的流动，掌握材料的流动属性。目前，研究小组已经可以对流动进行良好的控制，打印出自支撑结构。据3D科学谷的市场研究，LLNL实验的高性能计算能力可以准确模拟材料的流动，该技术在开发碳纤维复合材料的“直接墨水书写”3D打印工艺时已经应用过。当时，LLNL模拟了碳纤维复合材料流经3D打印机喷头，以数以千计的液滴形成固体的过程。
在打印材料方面，研究小组正在研究可应用于金属直写3D打印技术的铝合金材料，但由于铝合金材料熔点较高，这项研究中尚存在一些需要攻克的问题。如果能够成功开发出铝合金材料，那么该技术将引起航空航天、交通等行业用户的兴趣。
版权所有3D Science Valley,转载请链接至：www.51shape.com
网站投稿:editor@51shape.com
