LLNL開發出全新的「直接金屬寫入」3D列印技術

3D虎訊（編輯 Sunshine）近日，Lawrence Livermore國家實驗室的研究人員正在開發一種名為「直接金屬寫入」的金屬3D列印方法。該方法可以幫助克服基於粉末金屬3D列印技術【如選擇性激光熔化（SLM）】的局限性。使用半固體金屬作為其基礎製造材料的直接金屬寫作被稱為「一種全新的金屬3D列印方法」。

毫無疑問，金屬3D列印對製造商越來越有吸引力，因為它能夠創建複雜結構的零件和低批量生產，以及減少材料浪費。大多數金屬3D列印工藝目前使用細金屬粉末作為基材，其被激光燒結以建立物體。雖然金屬粉末3D列印工藝有其優點，但有些人認為它們也有其局限性，因為許多金屬3D列印部件由於該工藝而存在間隙或缺陷。

為了解決這些局限性，Lawrence Livermore國家實驗室與伍斯特理工學院合作，創建了一個全新的金屬3D列印過程，稱為直接金屬寫入，添加劑製造方法涉及擠出半固體金屬，稱為「剪切稀化材料」。特殊金屬已被設計成使其在靜止時表現得像固體，但當施加力時像液體一樣流動。

「我們在新的領域已經推出了一種人們還沒有意識到的新的金屬添加劑製造技術。我認為很多人都會對這項工作感興趣，並擴大到其他合金。」LLNL材料科學家Wen Chen說。據悉，該項研究已經持續了三年，研究結果最近發表在」應用物理學報「上。

簡而言之，該方法包括使用加熱的金屬錠，直至其處於半固體狀態，此時通過噴嘴擠出。擠出力使得剪切稀化材料液體足夠擠出，但當其靜置時，其作為固體起作用，並隨著材料的冷卻而變硬。據研究人員介紹，該方法減少了放入3D列印部件中的氧化物和殘留應力的結合量。

目前，「直接金屬寫入」還遠未完美，研究人員還面臨一些挑戰，包括能夠使用「工業友好」材料（如鋁和鈦）製造更高解析度的部件。他們一直在研究這種技術的材料是一種鉍錫混合物，由於其低熔點（儘管研究人員花了很多時間將材料混合物正確地用於平滑擠出），因此效果很好。

LLNL工程師Andy Pascall表示：「主要問題是對流量的控制需要非常的嚴格。 你需要精確控制溫度。你怎麼攪拌，攪拌多快，都有所標準。如果你可以獲得正確的流量屬性，那麼你可以真正做出一些令人難易置信的3D列印對象。我們所做的是真正了解材料流經噴嘴的方式。現在我們已經得到了很好的控制，我們可以列印自支撐結構，這在以前從來沒有做過。「

目前，研究人員正在尋求一種鋁合金列印，如果成功，可能會對許多製造業（包括航空航天、交通運輸等）有很大的吸引力。直接金屬寫入的主要優點將是消除3D列印部件當前必須經受的耗時的驗證和分析過程，以及更高的材料效率。

據悉，該研究項目是由「實驗室指導研究與開發」（LDRD）資助的。

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