金屬粉末和金屬絲激光金屬沉積（LMD）三維打印技術(shù)
工藝概述：
激光金屬沉積(LMD)是一種焊接過(guò)程。該材料被引入高功率激光產(chǎn)生的熔池中。LMD屬于定向能量沉積(DED)過(guò)程。通常，填充材料是粉末，通過(guò)激光束周圍的錐形環(huán)形噴嘴噴射。添加的材料形成一個(gè)焊接，然后涂層金屬下面。該工藝用于部件耐磨性增加的包層應(yīng)用、材料添加到磨損部件的修復(fù)應(yīng)用或復(fù)雜幾何形狀的自由制造（3D打?。?。與其他焊接形式相比，LMD在裝配過(guò)程中熱影響范圍較小，稀釋度較低，殘余應(yīng)力較低。
沉積線材：
在當(dāng)今的工業(yè)中，粉末LMD比線沉積更為常見，因?yàn)樗菀子脝我坏母吖β始す庠磳?shí)現(xiàn)。然而，粉末的加工存在許多缺點(diǎn)：
粉末比電線貴得多，這是有問(wèn)題的，因?yàn)長(zhǎng)MD通常用于制造使用大量材料的大中型部件。
此外，并非所有通過(guò)噴嘴注射的粉末都被捕獲在浴中。對(duì)于自由制造，實(shí)際粉末利用率在20-80%之間，很大程度上取決于部分細(xì)度和工藝參數(shù)。從材料成本的角度來(lái)看，這是一個(gè)問(wèn)題，從工程的角度來(lái)看也是一個(gè)問(wèn)題。將粉末沉積頭重新安裝到任何未專門設(shè)計(jì)的加工上都會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重磨損。此外，用戶還需要處理未使用的粉末和粉末材料可能會(huì)造成健康風(fēng)險(xiǎn)。相比之下，盤條的利用率為100%，盤條的原材料不會(huì)造成任何危險(xiǎn)。
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打破傳統(tǒng)打印模式
“隨著個(gè)人終端用戶液態(tài)金屬印刷設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和進(jìn)入市場(chǎng)，意味著打印機(jī)領(lǐng)域電子電路制造模式的新時(shí)代的開啟。劉靜說(shuō)印刷技術(shù)將廣泛用于家庭、辦公室、學(xué)校、工廠甚至工業(yè)設(shè)計(jì)、藝術(shù)探索、文化創(chuàng)意和其他應(yīng)用。
目前，以劉靜為首的研究團(tuán)隊(duì)在近10個(gè)領(lǐng)域探索了液態(tài)金屬電子打印機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用價(jià)值。液態(tài)金屬印刷機(jī)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的大面積柔性印刷電路板、電子傳感器、電子藝術(shù)、電子裝飾、電子建筑設(shè)計(jì)、人物肖像、電路單元、電子賀卡?！皩?shí)時(shí)印刷和制作電子圖案，甚至功能齊全。電子設(shè)備?！皠㈧o說(shuō)。
值得一提的是，在本屆展會(huì)上發(fā)布的液態(tài)金屬噴墨打印設(shè)備、室溫金屬3D打印機(jī)、液態(tài)金屬打印耗材、柔性電子設(shè)計(jì)服務(wù)和應(yīng)用等新產(chǎn)品和新技術(shù)，能夠快速制造出電子電路在任意材料和表面上，也吸引了大量的國(guó)內(nèi)外工人。制造商、知名投資機(jī)構(gòu)和政府部門的關(guān)注。
我們將向中關(guān)村的創(chuàng)始成員推薦液態(tài)金屬打印機(jī)，這樣神奇的是，可以在樹葉上甚至在磚上實(shí)現(xiàn)印刷功能，為北京的文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)和其他行業(yè)的發(fā)展提供更有力的技術(shù)支持?！爸嘘P(guān)村管委會(huì)有關(guān)人員向筆者介紹了這一點(diǎn)。
劉靜解釋說(shuō)，這是因?yàn)橐簯B(tài)金屬打印機(jī)徹底改變了傳統(tǒng)的技術(shù)模式，打破了個(gè)人電子制造的技術(shù)瓶頸和障礙，使打印機(jī)能夠以低成本迅速和隨意地制造電子電路。
精度控制技術(shù)
材料加成制造的精度取決于材料層厚的增加和加料單元的尺寸和精度控制。加料制造和切削制造*大的區(qū)別在于材料需要一個(gè)逐層累積的系統(tǒng)，所以重涂是材料累積的必要過(guò)程。涂層厚度直接決定了零件在累積方向上的精度和表面粗糙度。材料添加單元的控制直接決定了零件的*小特征制造。零件的能力和精度。在現(xiàn)有的制造方法中，激光或電子束常常用來(lái)在材料上逐點(diǎn)形成添加單元，如激光熔化微熔池的尺寸和金屬直接成形過(guò)程中外部氣氛的控制等，這直接影響到零件的制造精度和性能。激光光斑在0.1毫米到0.2毫米之間。激光作用于金屬粉末。金屬粉末熔化形成的熔池對(duì)成形精度有重要影響。通過(guò)激光或電子束光斑直徑、成形過(guò)程(掃描速度、能量密度)和材料性能的協(xié)調(diào)，有效控制加入元件的尺寸是提高零件精度的關(guān)鍵技術(shù)。隨著激光技術(shù)、電子束技術(shù)和光投射技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)將發(fā)展兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：一是在金屬直接制造中控制激光光斑較小；二是逐點(diǎn)掃描，使添加單元達(dá)到微納米級(jí)，提高精度。二是平面投影光固化成型技術(shù)，投影控制。隨著液晶技術(shù)的發(fā)展，單元的分辨率逐漸提高，加入單元更小，可以實(shí)現(xiàn)高精度、高效率的制造。發(fā)展目標(biāo)是將增加層的厚度和增加單元的尺寸減少10到100倍，從現(xiàn)有的0.1mm提高到0.01～0.001mm，并且制造精度達(dá)到微納米級(jí)。

目前，3D打印技術(shù)在大眾消費(fèi)、工業(yè)、生物工程等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)開始，并具有不同的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。在歐洲和美國(guó)，3D印刷的流行率高于中國(guó)。2012年，世界3D印刷行業(yè)產(chǎn)值12億-13億元，中國(guó)約10億元。美國(guó)和德國(guó)的3D打印產(chǎn)值約占行業(yè)總收入的80%。中國(guó)的市場(chǎng)規(guī)模與日本相同。在大眾消費(fèi)領(lǐng)域，中國(guó)正在推出3D攝影館和3D創(chuàng)作者，杭州、北京、西安、上海等城市也相繼開設(shè)了3D攝影館。如何將3D打印技術(shù)應(yīng)用于大眾消費(fèi)領(lǐng)域，尚缺乏成熟的商業(yè)模式。這個(gè)問(wèn)題不僅存在于大眾消費(fèi)層面，也存在于產(chǎn)業(yè)層面和生物工程層面。傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式是生產(chǎn)設(shè)備和銷售設(shè)備。無(wú)論市場(chǎng)用戶的需求如何，設(shè)備都是在上市前生產(chǎn)的。目前，3D打印產(chǎn)業(yè)仍走傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的老路。這種方式似乎行不通，否則3D打印技術(shù)在全球市場(chǎng)產(chǎn)值超過(guò)20億美元？“3D打印應(yīng)全面取代傳統(tǒng)制造業(yè)。在未來(lái)，我們可以在家里打印任何我們想要的東西，不需要工廠、車間、工人或外出?！白孕熊嚭惋w機(jī)可以用3D打印機(jī)打印”，“3D打印將使工廠告別車床、鉆頭、沖壓機(jī)、模具制造機(jī)等。傳統(tǒng)的工具被更復(fù)雜的計(jì)算機(jī)軟件所支配…這是很多人的觀點(diǎn)，也經(jīng)常被一些媒體引用。根據(jù)3D打印技術(shù)的原理，不可否認(rèn)，3D打印實(shí)際上可以打印出設(shè)計(jì)之外的任何東西。
3D打印技術(shù)在我國(guó)未來(lái)發(fā)展的前景分析
在印刷行業(yè)3D打印機(jī)是必備的。3D打印主要由設(shè)備、軟件和材料組成，材料是必不可少的環(huán)節(jié)。目前，行業(yè)研究設(shè)備和軟件，并沒(méi)有足夠重視材料研究。三維打印對(duì)粉末材料的粒度分布、堆積密度、含氧量、流動(dòng)性等性能提出了更高的要求。根據(jù)不同的用途，金屬材料制備的工件還要求強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫、比重小、燒結(jié)性能好等。同時(shí)要求材料無(wú)毒環(huán)保，性能穩(wěn)定，滿足打印機(jī)連續(xù)可靠運(yùn)行。功能應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如導(dǎo)電材料、水溶性材料、耐磨材料等已經(jīng)被提出。當(dāng)然，前提是要保證經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，隨著三維打印技術(shù)的成熟，金屬材料的形貌也越來(lái)越豐富，如粉狀、絲狀、帶狀等。金屬材料在生物醫(yī)學(xué)、航空航天等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景和生命力。
此外，雖然 3D 打印減少了切割等環(huán)節(jié)，增加了軟件、設(shè)計(jì)、材料等環(huán)節(jié)，但如果產(chǎn)品合格率低造成的浪費(fèi)，實(shí)際節(jié)省的成本仍然難以推廣。事實(shí)上，印刷成本過(guò)高是不爭(zhēng)的事實(shí)。每克的成本是10到100元，在某些行業(yè)可能不值得。總之，3D打印的價(jià)值將經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。然而，當(dāng)你真正看到樹脂產(chǎn)品和工藝從三維打印機(jī)出來(lái)，你可能仍然對(duì)這**行的技術(shù)有點(diǎn)失望。印刷時(shí)間長(zhǎng)，精度不夠，色彩不那么逼真。然而，所有這些并不能阻止3d打印成為熱門話題。畢竟，它還處于初級(jí)階段，成熟后，確實(shí)會(huì)改變生產(chǎn)方式，使我們的生活發(fā)生一些變化。
EOS北美航空航天業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理Scott Killian表示，當(dāng)公司開始時(shí)，他們很容易轉(zhuǎn)向增材制造服務(wù)供應(yīng)商的部分零件。 “一旦公司投入生產(chǎn)，他們就必須弄清楚供應(yīng)鏈?zhǔn)欠袢阅軡M足他們的需求，”他補(bǔ)充說(shuō)。 “現(xiàn)在有很多潮流和流動(dòng)讓供應(yīng)鏈增加?！?br>許多航天公司直接與EOS（一家德國(guó)3D打印機(jī)制造商）或由增材制造服務(wù)提供商運(yùn)營(yíng)的EOS設(shè)備上的打印部件合作。 Killian唯一可以討論的火箭客戶是Launcher。這家開發(fā)3D打印銅雙金屬發(fā)動(dòng)機(jī)的紐約公司已同意與EOS展開聯(lián)合營(yíng)銷活動(dòng)。
“他們希望公開談?wù)撍麄冋谧鍪裁匆约八麄冋谧鍪裁?，”基利安說(shuō)。 “他們還希望在他們前進(jìn)的過(guò)程中與我們密切合作。”
Launcher在5月發(fā)布推文，它生產(chǎn)出世界上最大的3D打印燃燒室，由單個(gè)部件組成。
由于EOS開始公開談?wù)撈渑cLauncher的合作，許多運(yùn)載火箭開發(fā)商已聯(lián)系該公司討論增材制造。 Killian說(shuō)，一些早期公司已經(jīng)考慮了EOS機(jī)器的價(jià)格標(biāo)簽并決定不購(gòu)買機(jī)器。
“我們實(shí)際上遇到過(guò)這些創(chuàng)業(yè)公司的情況，他們與我們交談并決定與服務(wù)部門合作，直到將設(shè)備帶入并自行完成工作才有意義，”Killian說(shuō)。 “我們不一定會(huì)直接與很多火箭公司做很多事情，但我們的平臺(tái)在那里幫助他們?！?br> 3D打印新型熱電裝置創(chuàng)效率記錄-3d打印資訊
英國(guó)的研究人員在3D打印電子產(chǎn)品的性能方面取得了突破，通過(guò)一種新穎的制造方法創(chuàng)造出一種新型熱電裝置，將廢熱轉(zhuǎn)化為能源。該團(tuán)隊(duì)在《先進(jìn)能源材料》雜志上發(fā)表了一篇關(guān)于其工作的論文。
研究人員表示，該裝置由斯旺西大學(xué)SPECIFIC創(chuàng)新和知識(shí)中心的研究人員開發(fā)，將熱量轉(zhuǎn)換為電能，其效率比以前打印設(shè)備的最佳性能高50％。該中心旨在開發(fā)減少碳排放的技術(shù)，包括更高效的建筑和工業(yè)流程。