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(duì)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)葉片進(jìn)行修復(fù)，實(shí)現(xiàn)了三維打印和零件基體結(jié)合區(qū)域的性能，以滿(mǎn)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(diǎn)：
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(wú)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(dòng)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(diǎn)是形成兩個(gè)噴嘴，鍛件的材料利用率低于15%。受渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)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(jiǎn)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(guò)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(kuò)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(mǎn)足鍛件的要求，說(shuō)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(gè)鍛件報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和能源浪費(fèi)。由于焊接組織的性能低于鍛件，鍛件一般不允許補(bǔ)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(mǎn)足鍛造的要求，可以采用三維打印技術(shù)對(duì)大鍛件的缺陷區(qū)域進(jìn)行局部修復(fù)，提高鍛造合格率。未來(lái)，隨著3D打印技術(shù)的改進(jìn)，與大型鑄件的允許補(bǔ)焊類(lèi)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(jī)轉(zhuǎn)子、渦輪葉片、船用曲軸等大型零部件在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)局部裂紋、磨損和變形。傳統(tǒng)的補(bǔ)焊方法只能通過(guò)機(jī)加工、預(yù)熱、焊接、機(jī)加工、熱處理等工藝進(jìn)行修復(fù)。維修工作需要在大型專(zhuān)業(yè)設(shè)備上進(jìn)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(jī)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(shí)現(xiàn)大型零件的現(xiàn)場(chǎng)維修，甚至在線維修。機(jī)器人金屬三維印刷技術(shù)修補(bǔ)大部件的具體操作步驟如下：
（1）確定修理方案，對(duì)修理區(qū)域進(jìn)行預(yù)處理；
(2)利用三維成像技術(shù)對(duì)修復(fù)區(qū)進(jìn)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(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡。
(4)確定3D打印參數(shù)，定位機(jī)器人，修復(fù)；
（5）修補(bǔ)區(qū)域的表面處理和檢查。

SLM 與SLS的區(qū)別：
SLS為激光燒結(jié)，所用金屬材料為處理過(guò)的低熔點(diǎn)金屬或高分子材料的混合粉末，在加工工藝中熔化低熔點(diǎn)材料，但不熔化高熔點(diǎn)金屬粉。首先，通過(guò)燈管加熱或金屬板熱輻射加熱粉末，超過(guò)結(jié)晶溫度約170攝氏度。采用熔融材料進(jìn)行粘接成型，固體具有孔隙，力學(xué)性能差，如果要使用某些零件，必須在高溫下進(jìn)行再處理。
SLM是選擇性激光熔化。顧名思義，激光在加工過(guò)程中用來(lái)完全熔化粉末，不需要粘合劑。SLM的精度和力學(xué)性能均優(yōu)于SLS。然而，由于可持續(xù)土地管理沒(méi)有熱場(chǎng)，它需要將金屬?gòu)某?0攝氏度加熱到高達(dá)1000度的熔點(diǎn)，這就需要消耗大量的能源。
2 優(yōu)勢(shì)＆技術(shù)限制
SLM主要優(yōu)點(diǎn)：
SLM成形的金屬零件密度高，可達(dá)到90%以上。
拉伸強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)于鑄件，甚至可以達(dá)到鍛造水平。顯微維氏硬度高于鍛件。
在印刷過(guò)程中完全熔化，尺寸精度高；
與傳統(tǒng)減材制造相比，可節(jié)約大量材料。
SLM技術(shù)限制：
成形速度低。為了提高加工精度，需要較薄的層厚。用于加工小體積部件的時(shí)間也長(zhǎng)，因此難以應(yīng)用于大規(guī)模制造；
在SLM的過(guò)程中，金屬被瞬時(shí)熔化和凝固(冷卻速率約為10000K/s)，溫度梯度大，并且產(chǎn)生大的殘余應(yīng)力，并且如果基板的剛度不足，則基板可以變形。因此，基底必須足夠堅(jiān)硬，以抵抗殘余應(yīng)力的影響。應(yīng)力退火可消除大部分殘余應(yīng)力。 設(shè)備穩(wěn)定性、可重復(fù)性還需要提高；
表面粗糙度有待提高；
整套設(shè)備價(jià)格昂貴，熔化的金屬粉末比SLS需要更多的功率激光器，能耗更高。
可持續(xù)土地管理的技術(shù)過(guò)程更加復(fù)雜，需要增加支持結(jié)構(gòu)，考慮的也更多。因此，它主要用于工業(yè)級(jí)的增強(qiáng)制造。
五金配件
傳統(tǒng)工業(yè)的測(cè)量數(shù)據(jù)存在誤差，但現(xiàn)在可以通過(guò)三維掃描得到三維數(shù)字模型，對(duì)現(xiàn)有的硬件產(chǎn)品三維數(shù)字模型進(jìn)行修改和設(shè)計(jì)，得到新的產(chǎn)品數(shù)字模型，進(jìn)而得到修改后的硬件模型。產(chǎn)品經(jīng)三維打印，精度提高。
汽車(chē)零件
在之前的文章中，我們了解到，豪華汽車(chē)制造商布加迪通過(guò)激光熔制金屬粉末床三維打印技術(shù)，成功制造出世界上**個(gè)新的8活塞整體式制動(dòng)鉗。2019年初的性能測(cè)試進(jìn)一步揭示了這一創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)化前景。3D打印運(yùn)動(dòng)鉗中的鈦將用于量產(chǎn)汽車(chē)。至此，Bugatti開(kāi)發(fā)了3D打印功能部件-制動(dòng)鉗、擾流板支架、電機(jī)支架和前軸差速器。令人興奮的是，布加迪采用選擇性激光熔化SLM金屬3D打印技術(shù)批量生產(chǎn)電機(jī)支架，這些支架已經(jīng)安裝在新的奇龍系列汽車(chē)上。
金屬3D打印技術(shù)及其專(zhuān)用電源的研究進(jìn)展
近年來(lái)，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的制造，特別是金屬材料的制造。在國(guó)防領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國(guó)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(diǎn)。它不能打印模具、自行車(chē)、槍支等武器，甚至不能打印汽車(chē)、飛機(jī)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(jì)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(qiáng)大的發(fā)展勢(shì)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(guó)，但直到20世紀(jì)80年代中期才形成。1986年，美國(guó)查爾斯·赫爾發(fā)明了第一臺(tái)3D打印機(jī)。3D打印技術(shù)于1991年在中國(guó)開(kāi)始研究。大約在2000年，這些過(guò)程開(kāi)始從實(shí)驗(yàn)室研究到工程和生產(chǎn)逐漸發(fā)展。當(dāng)時(shí)，它的名字是快速原型技術(shù)（RP），這是在開(kāi)發(fā)樣本之前的物理模型?，F(xiàn)在又被稱(chēng)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(chēng)為3D打印。三維打印是一種基于數(shù)字模型設(shè)計(jì)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(shù)脂等粘合材料層層“增料”印刷而成。3D打印被稱(chēng)為“上個(gè)世紀(jì)的思想和技術(shù)，本世紀(jì)的市場(chǎng)”。
1.2 3D打印特點(diǎn)
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(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，模型可以在幾小時(shí)甚至幾十分鐘內(nèi)打印出來(lái)。
3)個(gè)性化。3D打印對(duì)打印模型的數(shù)量沒(méi)有限制，無(wú)論是否可以以相同的成本進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)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(mǎn)足不同領(lǐng)域的需要。
5)成本相對(duì)較低。雖然目前3D打印系統(tǒng)和3D打印材料相對(duì)昂貴，但如果用于制作個(gè)性化產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本相對(duì)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(gè)三維打印系統(tǒng)中最先進(jìn)、最有潛力的技術(shù)，是先進(jìn)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室首次提出的一種新的快速成型技術(shù)。它的特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)非均勻材料零件的制造；便于加工熔點(diǎn)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(lái)的金屬零件三維打印技術(shù)。所述金屬粉末采用中強(qiáng)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(píng)為美國(guó)工業(yè)“最具創(chuàng)意的25項(xiàng)技術(shù)”之一。國(guó)外學(xué)者對(duì)透鏡法制備的奧氏體不銹鋼試樣的硬度分布進(jìn)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。植入物的最大孔隙率為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(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)孔隙率為10%時(shí)，楊氏模量可達(dá)90 GPa；當(dāng)孔隙率為70%時(shí)，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(duì)GTD-111定向凝固高溫合金進(jìn)行了修復(fù).采用透鏡法制備了國(guó)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(guò)透鏡工藝形成非變形Ni-Cu-Sn合金試樣。

手板處理工藝的流程為：
1。手板模膜印刷：在聚合物膜上印刷各種圖案。
2、噴涂底漆：許多材料必須涂上膠粘劑，如金屬、陶瓷等，如果要傳遞不同的圖案，必須使用不同的背景顏色，如木紋基本使用棕色、卡其卡其色等，石線基本上使用白色等。
3。薄膜延伸：將薄膜水平放置在水面上，等待薄膜平滑拉伸。
4.活化：用一種特殊的溶劑(活化劑)將轉(zhuǎn)移膜的圖案激活到油墨狀態(tài)。
5。轉(zhuǎn)?。河盟畨簩⒒罨瘓D案印在手版印刷面上。
6.洗：用水沖洗印刷工件上剩余的雜質(zhì)。
7。手工烘干：將印刷好的工件烘干，溫度取決于材料質(zhì)量和熔點(diǎn)。
8.噴涂：待印刷物體表面受?chē)娡客该鞣雷o(hù)涂料的保護(hù)。
9。干燥：干燥涂漆物體的表面
以上是水轉(zhuǎn)移手板模型的表面處理工藝和具體制造工藝流程的一些情況。
使用3D打印服務(wù)是您在3D打印體驗(yàn)中遇到的許多障礙的絕佳解決方案，但它并不是一切的完美答案，3D打印服務(wù)也有著它的利與弊。
1、優(yōu)勢(shì)
·嘗試新材料而不會(huì)產(chǎn)生浪費(fèi)。
即使只購(gòu)買(mǎi)一種新型長(zhǎng)絲也是一項(xiàng)重大投資。一些更先進(jìn)和不尋常的材料，如木材、玻璃和金屬，需要更多的時(shí)間和金錢(qián)。如果您只想將它們用于一兩項(xiàng)特殊項(xiàng)目，則3D打印服務(wù)將為您提供訪問(wèn)權(quán)限，而不會(huì)丟失額外的現(xiàn)金或休息。
·獲得更好的層分辨率和精細(xì)度。
如果不想購(gòu)買(mǎi)能夠提供對(duì)象所需的詳細(xì)信息級(jí)別的3D打印機(jī)，則3D打印服務(wù)可以幫助。它們?cè)试S您在其專(zhuān)業(yè)級(jí)別輸入計(jì)算機(jī)，這僅僅是您的平臺(tái)升級(jí)的一小部分。
·尺寸更大。
3D打印服務(wù)讓您可以隨意使用對(duì)象的大小。大型3D打印機(jī)具有大規(guī)模定價(jià)，但它允許您體驗(yàn)其中一臺(tái)打印機(jī)，而無(wú)需花費(fèi)大量資金。只為一次的需求付出更少的代價(jià)。
同樣，如果您不是定期3D打印物體，3D打印機(jī)服務(wù)將比購(gòu)買(mǎi)您自己的設(shè)備更具成本效益。一次性完成的價(jià)格結(jié)構(gòu)允許您清除每個(gè)預(yù)算打印的成本。
2.需要考慮的事情
使用玻璃等不常見(jiàn)的材料會(huì)增加3D打印服務(wù)的成本。
3D打印服務(wù)成本取決于許多因素。每一個(gè)選擇都將決定你的工作和成本。
尺寸：模型的尺寸是一個(gè)直接的因素，因?yàn)樗馕吨嗟脑牧?，更長(zhǎng)的印刷時(shí)間和更高的運(yùn)輸成本。特別是大規(guī)模3D打印服務(wù)的成本可能很高。在完全投資您自己的機(jī)器之前，嘗試打印通常更可行。然而，它也是昂貴的使用，因?yàn)檫@臺(tái)機(jī)器是昂貴的。大規(guī)模3D打印服務(wù)的成本可能從數(shù)千元到數(shù)萬(wàn)元不等。
材料：ABS和PLA是兩種最常見(jiàn)的3D打印材料，它們的長(zhǎng)絲比銅、玻璃或碳聚合物等高端原材料便宜得多。好消息是，它仍然是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)比你自己的材料，尤其是如果你只需要打印一個(gè)或有限數(shù)量的項(xiàng)目。
·復(fù)雜：您的物體需要是實(shí)心的還是空心的？您要打印支持的區(qū)域嗎？它是否使用各種彩色長(zhǎng)絲？這些因素是影響3D打印服務(wù)成本的因素。
·運(yùn)輸：就像您在互聯(lián)網(wǎng)上訂購(gòu)的任何其他商品一樣，運(yùn)輸時(shí)間與您愿意支付的金額直接相關(guān)。特別是如果您打印了重磅和/或重磅的打印產(chǎn)品，則優(yōu)先郵件或閃存的交付速度會(huì)非常快。世界各地有許多3D打印服務(wù)。如果您擔(dān)心國(guó)際電子郵件速率，請(qǐng)?jiān)谀膰?guó)家或地區(qū)找到3D打印服務(wù)。


材料加成制造有著廣闊的發(fā)展前景，但也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。目前*困難的問(wèn)題是材料的物理化學(xué)性質(zhì)制約了其實(shí)現(xiàn)技術(shù)。例如，在成型材料中，目前主要是有機(jī)高分子材料和金屬材料。金屬材料的直接成形是近十年來(lái)的研究熱點(diǎn)。它逐漸在工業(yè)上得到應(yīng)用。難點(diǎn)在于如何提高精度。新的研究方向是通過(guò)添加材料制造技術(shù)，直接堆積軟組織材料(生物基質(zhì)材料和細(xì)胞)，形成類(lèi)似生命的生物體，并通過(guò)體外和體內(nèi)培養(yǎng)制造復(fù)雜的組織和器官。關(guān)鍵技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)將有力地推動(dòng)材料添加技術(shù)的發(fā)展。
金屬3D打印技術(shù)及其專(zhuān)用電源的研究進(jìn)展
近年來(lái)，3D打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的制造，特別是金屬材料的制造。在國(guó)防領(lǐng)域，歐美發(fā)達(dá)國(guó)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(diǎn)。它不能打印模具、自行車(chē)、槍支等武器，甚至不能打印汽車(chē)、飛機(jī)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(jì)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(qiáng)大的發(fā)展勢(shì)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(guó)，但直到20世紀(jì)80年代中期才形成。1986年，美國(guó)查爾斯·赫爾發(fā)明了第一臺(tái)3D打印機(jī)。3D打印技術(shù)于1991年在中國(guó)開(kāi)始研究。大約在2000年，這些過(guò)程開(kāi)始從實(shí)驗(yàn)室研究到工程和生產(chǎn)逐漸發(fā)展。當(dāng)時(shí)，它的名字是快速原型技術(shù)（RP），這是在開(kāi)發(fā)樣本之前的物理模型?，F(xiàn)在又被稱(chēng)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(chēng)為3D打印。三維打印是一種基于數(shù)字模型設(shè)計(jì)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(shù)脂等粘合材料層層“增料”印刷而成。3D打印被稱(chēng)為“上個(gè)世紀(jì)的思想和技術(shù)，本世紀(jì)的市場(chǎng)”。
1.2 3D打印特點(diǎn)
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(shí)間。一般來(lái)說(shuō)，模型可以在幾小時(shí)甚至幾十分鐘內(nèi)打印出來(lái)。
3)個(gè)性化。3D打印對(duì)打印模型的數(shù)量沒(méi)有限制，無(wú)論是否可以以相同的成本進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)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(mǎn)足不同領(lǐng)域的需要。
5)成本相對(duì)較低。雖然目前3D打印系統(tǒng)和3D打印材料相對(duì)昂貴，但如果用于制作個(gè)性化產(chǎn)品，其生產(chǎn)成本相對(duì)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(gè)三維打印系統(tǒng)中最先進(jìn)、最有潛力的技術(shù)，是先進(jìn)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室首次提出的一種新的快速成型技術(shù)。它的特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)非均勻材料零件的制造；便于加工熔點(diǎn)高、加工難度大的材料。