2 增材制造金屬材料研究進展
金屬材料由于良好的力學(xué)強度和導(dǎo)電性,使其在增材制造領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。目前用于增材制造的金屬材料主要有鈦合金、鎂鋁合金、不銹鋼、高溫合金等。
鈦合金Ti6Al4V是目前與人類生物相容性最接近的金屬材料,而通過SLS工藝打印粉末態(tài)的鈦合金而獲得的均勻多孔生物結(jié)構(gòu)可以與人體組織獲得更好的成長結(jié)合,因此,鈦合金在SLS工藝中被用來打印出人類需要置換的各類骨骼、關(guān)節(jié)等器官。國內(nèi)外,這樣的手術(shù)案例已經(jīng)很多,我國在該領(lǐng)域走在世界前列。鈦金屬粉末也被英國的Metalysis公司成功地制成了葉輪和渦輪增壓器等汽車零件。此外,鈦合金在增材制造汽車、航空航天和國防工業(yè)上都將有很廣闊的應(yīng)用前景。
鎂鋁合金因其強度高、比重輕等優(yōu)點,也被應(yīng)用在增材制造技術(shù)中。日本佳能公司就利用增材制造技術(shù)制造出了頂級單反相機殼體上的鎂鋁合金特殊曲面頂蓋。EOS公司新近推出的產(chǎn)品AlSi10Mg Speed1.0,平均粒徑為30 μm,采用增材制造技術(shù)幾乎可以獲得100%的致密度,且制件的抗拉強度可以達到360 MPa,屈服強度可以達到220 MPa。
不銹鋼具有耐化學(xué)腐蝕、耐高溫和力學(xué)性能良好等特性,由于其粉末成型性好、制備工藝簡單且成本低廉,是最早應(yīng)用于增材制造的金屬材料。由于不銹鋼容易制成各種不同的光面和磨砂面,在增材制造常用于制造珠寶、功能構(gòu)件和小型雕刻品等。由于增材制造的不銹鋼制品表面略顯粗糙,且存在麻點。目前的研究主要集中在降低孔隙率、增加強度以及對熔化過程的球化機制等方面。
高溫合金是指以鐵、鎳、鈷為基礎(chǔ),能在600 ℃以上的高溫及一定應(yīng)力環(huán)境下長期工作的一類金屬材料。其具有較高的高溫強度、 良好的抗熱腐蝕和抗氧化性能以及良好的塑性和韌性,目前已成為航空工業(yè)應(yīng)用的主要增材制造材料。Inconel1718合金是鎳基高溫合金中應(yīng)用最早的一種, 也是目前航空發(fā)動機使用量最多的一種合金。美國就利用增材制造技術(shù)制備了IN718鎳基高溫合金轉(zhuǎn)子。
3 增材制造陶瓷材料研究進展
陶瓷材料增材制造技術(shù)始于1989年,當時美國Taxas大學(xué)的Carlckard采用高能激光掃描陶瓷粉末材料,通過逐層疊加燒結(jié)的方式,最終獲得所需形狀的陶瓷工件。隨后,這種方法被繼續(xù)用于制備陶瓷材料并取得了一些成果。SLS技術(shù)根據(jù)燒結(jié)機理還可以分為直接燒結(jié)法和間接燒結(jié)法。直接燒結(jié)法是指陶瓷粉末與聚合物粘結(jié)劑混合在一起,將粉末制備成干燥粉末、液態(tài)懸濁液或者漿料的形式,逐層沉積并用激光掃描。在掃描過程中激光只需要熔化聚合物粘結(jié)劑,即可實現(xiàn)陶瓷顆粒的粘結(jié)成型。因此,直接燒結(jié)過程中所需的激光功率比較小,燒結(jié)溫度也相對較低。這種方法具有生產(chǎn)周期短,制備的工件純度高、致密度高、力學(xué)性能高的優(yōu)點,但也存在制品表面粗糙度較大、 尺寸精度較低的缺點。Wilkes等制成了氧化鋁-氧化鋯制品,將預(yù)熱溫度提高到1 800 ℃,雖然制造的陶瓷制品致密度接近100%且強度達到538 MPa,但表面質(zhì)量及精度都比較差。
未完待續(xù)；
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